JP4802925B2 - 分析用デバイス、およびこれを使用する分析装置 - Google Patents

Description

本発明は、生物学的流体を光学的に分析する分析用デバイス、およびその分析用デバイスを用いる分析装置に関するものであり、より詳細には、光学的分析装置で生物学的流体の成分測定に使用する分析用デバイスにおける、溶液成分または固体成分の採取方法に関し、具体的には血液中の血漿成分または血球成分を採取する方法である。

従来、生物学的流体を光学的に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、遠心力を利用してサンプル溶液の計量、固体成分の分離、分離された流体の移送分配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。

遠心力を利用してサンプル溶液を移送する方法としては、図２３に示すように、大型流体室８１と、大型流体室８１に連結されると共に、大型流体室８１に対して半径方向外方に配置された計量室８２と、計量室８２に連結された溢流室８３と、計量室８２に対して半径方向外方に配置された受容室８４と、計量室８２から受容室８４に液体を供給するための毛細管連結手段８５とを、有する回転分析用デバイスがある。

毛細管連結手段８５は、毛細管構造を有するサイフォン８６を含み、サイフォン８６の肘状屈曲部分が、回転分析用デバイスの中心から、計量室８２の半径方向最内方点と実質的に同じ距離になるように位置付けられており、回転分析用デバイスの回転中は毛細管力が遠心力に比べて小さいため、液体／空気の界面は回転分析用デバイスの軸線と同じ軸線を有し、且つ回転分析用デバイスの中心から計量室８２の半径方向最内方点までの距離に等しい長さの半径を持つ回転円筒体の形状と合致して計量室８２は、サンプル溶液で充填され、過剰なサンプル溶液は、溢流室８３に流れ込む。

回転分析用デバイスを止めると、計量室８２内に充填されたサンプル溶液は、毛細管力で毛細管連結手段８５に流入し、再度回転させることで、サイフォンが始動し、計量室８２内に存在する液は、受容室８４に排出される（特許文献１）。

このとき、サンプル溶液に固体成分がある場合、計量室８２または受容室８４で遠心分離を行い、固体成分を沈殿させた後、半径方向内方に位置する部分にサイフォン構造を有する毛細管を連結させておけば、サンプル溶液中の溶液成分だけを、次のプロセスに移送することが可能である。
特表平５−５０８７０９号公報

しかしながら、前記従来の構成では、遠心分離した後、毛細管を連結する位置を調整するだけで、サンプル溶液中の溶液成分だけを移送することはできるが、固体成分は外周方向に沈殿しているため、サイフォンによる移送では、固体成分、もしくは高濃度の固体成分溶液を移送することができないという課題を有していた。

また、サイフォン構造を有する毛細管で溶液成分のみを移送した場合に、残された溶液が回転の停止と共に、再び毛細管内に流入し、次の回転によって毛細管内の溶液が再び移送されるため、液量のばらつきや、毛細管内への固体成分の流入などによって測定精度に影響をあたえるという課題も有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、固体成分、もしくは高濃度の固体成分溶液の移送を行なうことができ、かつ、サンプル溶液の一部を移送した際に、残った溶液が後追いで流入してくることを防ぐことができる分析用デバイス、およびこれを用いた分析装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の分析用デバイスは、分析すべきサンプル溶液が収納され、前記サンプル溶液を内部で移送可能な分析用デバイスにおいて、前記サンプル溶液を、溶液成分と、固体成分とに、該分析用デバイスの回転によって発生する遠心力を用いて分離するための分離室と、前記分離室にて分離された前記固体成分の一部が移送され、これを保持するための保持流路と、前記保持流路と前記分離室との間に設けられた、前記分離室のサンプル溶液を移送するための連結通路により連結される溢流流路と、を備え、前記分離室で分離されて前記連結通路に存在する溶液成分が、前記溢流流路に優先的に流入した後に、前記分離室で分離された固体成分が、前記連結通路を経由して前記溢流流路に充填され、その後に、前記分離室内の固体成分が、前記連結通路から前記溢流流路を経由して前記保持流路に流入し、固体成分の一部が保持される、ことを特徴としたものである。

本発明の分析用デバイスは、前記分析用デバイスにおいて、前記溢流流路内に充填されたサンプル溶液が排出される溢流室を、さらに備え、前記溢流室は、結合部を介して前記溢流流路と接続されており、前記連結通路から前記溢流流路への前記サンプル溶液の移送は、毛細管力によりなされるものであり、前記溢流流路と前記溢流室との間の、前記結合部における前記溢流流路の開口面積が、前記保持流路の開口面積より大きい、ことを特徴とするものである。

本発明の分析用デバイスは、前記分析用デバイスにおいて、前記溢流流路内に充填されたサンプル溶液が排出される溢流室を、さらに備え、前記溢流室は、結合部を介して前記溢流流路と接続されており、前記連結流路から前記溢流流路への前記サンプル溶液の移送は、圧送によりなされるものであり、前記溢流室に設けられた空気孔から、吸引ポンプによって、前記溢流流路および前記連結通路内の空気が吸引され、その吸引によってできる圧力差によって、前記連結通路に存在する溶液成分が、優先して前記溢流流路の前記溢流室との前記結合部に移送される、ことを特徴とするものである。

本発明の分析用デバイスは、前記分析用デバイスにおいて、前記保持流路と連通し、前記固体成分と、希釈溶液または試薬溶液とを混合するための混合室と、前記混合室と連通し、前記希釈溶液または前記試薬溶液を収容する希釈液収容室とを、さらに備えた、ことを特徴とするものである。

本発明の分析用デバイスは、前記分析用デバイスにおいて、前記保持流路は、その流路の体積によって固体成分を計量する、ことを特徴とするものである。

本発明の分析装置は、前記分析用デバイスが装着される分析装置であって、前記分析用デバイスを、その軸心周りに回転させる回転駆動手段を備え、前記分離室にサンプル溶液が収容された状態で前記分析用デバイスを回転させることにより前記サンプル溶液を溶液成分と固体成分に分離し、その後に前記分析デバイスの回転を停止することで、前記分離室から前記連結通路に流入した溶液成分を、毛細管力によって前記溢流流路の前記溢流室との前記結合部に優先して移送し、その後に前記分離室内の固体成分を、毛細管力によって前記保持流路に移送し、再び前記分析デバイスを回転させることで、前記溢流流路およびその結合部に充填された溶液成分と固体成分を、前記溢流室に排出する、ことを特徴とするものである。

本発明の分析装置は、前記分析用デバイスが装着される分析装置であって、前記分析用デバイスを軸心周りに回転させる回転駆動手段と、前記分析用デバイス内の液を吸引するためのポンプと、前記ポンプと前記分析用デバイスの空気孔とを接続するための連結機構と、を備え、前記分離室にサンプル溶液が収容された状態で、前記分析用デバイスを回転させることにより、前記サンプル溶液を溶液成分と固体成分に分離し、その後に、前記分析デバイスの回転を停止させた後に、前記連結機構を前記溢流室の空気孔に接続させて、前記ポンプにて空気を吸引して、前記連結通路内に流入した溶液成分を前記溢流流路の前記溢流室との前記結合部にまで優先して移送させ、さらに、前記結合部が充填された後に、前記保持流路に連結された保持室の空気孔に前記連結機構を接続させて、前記ポンプにて空気を吸引することで、前記分離室内の固体成分を前記保持流路に移送させ、前記保持流路が固体成分で充填された後に、前記連結機構を離脱させ、再び前記分析デバイスを回転させることで、前記溢流流路およびその結合部に充填された溶液成分と固体成分を、前記溢流室に排出させる、ことを特徴とするものである。

本発明の分析装置は、前記分析用デバイスが装着される分析装置であって、前記分析用デバイスをその軸心周りに回転させる回転駆動手段を備え、前記溶液収容室にサンプル溶液が収容された前記分析用デバイスを回転させることにより、前記サンプル溶液を前記液体収容室の外周部に移送させ、その後に、前記分析デバイスの回転を停止することで、前記液体収容室から毛細管力によって、前記保持流路に前記サンプル溶液を吸い出して保持し、さらに、前記液体収容室から毛細管力によって前記サンプル溢流室と連結しているサイフォン構造を有する毛細管流路に、前記サンプル溶液を吸い出して保持し、前記分析デバイスを回転させることで、前記保持流路内に充填されたサンプル溶液を液体保持室に移送させ、前記液体収容室内のサンプル溶液を、前記毛細管流路のサイフォン構造によって、前記サンプル溢流室内に排出させる、ことを特徴とするものである。

本発明の分析装置は、前記分析用デバイスが装着される分析装置であって、前記分析用デバイスを軸心周りに回転させる回転駆動手段と、前記分析用デバイス内の液を移送するためのガス導入機構を備え、溶液収容室にサンプル溶液が収容された前記分析用デバイスを回転させることにより、前記サンプル溶液を前記液体収容室の外周部に移送させ、その後に、前記分析デバイスの回転を停止することで、前記液体収容室から毛細管力によって前記保持流路に前記サンプル溶液を吸い出して保持し、さらに、前記液体収容室から毛細管力によって前記サンプル溢流室と連結しているサイフォン構造を有する毛細管流路に前記サンプル溶液を吸い出して保持し、前記ガス導入機構を、前記保持流路の液分離位置に設けられている空気孔と、前記液体収容室の内周部に設けられている空気孔とに連結し、前記ガス導入機構から空気孔を介してガスを導入することで、前記保持流路内に充填されたサンプル溶液を、前記液分離位置で切り離して前記液体保持室に移送させ、前記液体収容室内のサンプル溶液を前記毛細管流路のサイフォン構造によって、前記サンプル溢流室に排出する、ことを特徴とするものである。

本発明にかかる分析用デバイス、および分析装置によれば、遠心分離した後の固体成分、もしくは高濃度固体成分溶液を、必要量だけ移送することができる。また、サンプル溶液の一部を移送した際に、残った溶液が後追いで流入してくることを防ぐことができ、分析用デバイスの測定精度を向上させることができる。

以下に、本発明の分析用デバイスの実施の形態を図面とともに詳細に説明する。
（実施の形態１）
以下、本発明の請求項１、請求項２、および請求項５に対応する実施の形態１による分析用デバイス１０１、およびこれを用いた分析装置１０００について、図１〜図５を用いて、説明する。

図１は、本発明の実施の形態１による分析用デバイス１０１の構成を示す模式図である。 図１において、本実施の形態１による分析用デバイス１０１は、マイクロチャネル４ａ、４ｂを有する基板１と、平坦な基板２と、両方の基板１および２を、相互に接着する接着層３とで構成されている。また、５は、両方の基板１，２を張り合わせることにより形成されるマイクロチャネルのうちのマイクロチャネル４ａ内に充填された反応溶液である。

上記基板１に形成されるマイクロチャネル４ａ、４ｂは、凹凸のあるマイクロチャネルパターンを射出成形により作製しており、分析すべきサンプル溶液を、該分析用デバイス１０１内に注入し、上記マイクロチャネル４ａ、４ｂを通して内部で該サンプル溶液を移送することが可能となっている。

本実施の形態１では、マイクロチャネル４ａに透過光６ａを照射して、検査すべきサンプル溶液と試薬との反応状態を光学的に分析する。測定時には、マイクロチャネル４ａ内にサンプル溶液と試薬とを反応させた反応溶液５が充填され、該反応溶液５は、サンプル溶液と試薬の反応の割合で吸光度が変化するため、光源部６からマイクロチャネル４ａに透過光を照射し、受光部７にてその透過光の光量を測定することで、反応溶液５を透過した光量の変化を測定することができ、これにより、反応状態を分析することができる。

本実施の形態１では、上記基板１および基板２の厚みは、１ｍｍ〜５ｍｍで形成しているが、これは特に制限されるものではなく、マイクロチャネル４ａ、４ｂを形成可能な厚みであればよい。また、基板１および基板２の形状についても、特に制限されるものではなく、用途目的に応じた形状、例えば、ディスク状、扇形状、シート状、板状、棒状、その他複雑な形状の成形物などの形状をとることが可能である。

本実施の形態１では、基板１および基板２の材料として、易成形性、高生産性、低価格の面からプラスチックを使用しているが、これは、ガラス、シリコンウェハ、金属、セラミックなど、接合できる材料であれば、特に制限されるものではない。

本実施の形態１では、マイクロチャネル４ａ、４ｂを有する基板１および基板２には、毛細管現象を利用して溶液を移送する場合に、必要に応じてマイクロチャネル４ａ、４ｂ内に親水処理を行っており、これを施せば、マイクロチャネル内の粘性抵抗を減らし流体移動をしやすくすることができる。

本実施の形態１では、プラスチック材料を用いているため、表面に親水処理を行っているが、ガラス等の親水性材料を用いたり、成形時に界面活性剤、親水性ポリマー、シリカゲルの如き親性粉末などの親水化剤を添加させて材料表面に親水性を付与させたりしてもかまわない。また、親水性処理の方法としては、プラズマ、コロナ、オゾン、フッ素等の活性ガスを用いた表面処理方法や、界面活性剤による表面処理が挙げられる。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。

本実施の形態１では、接着剤を用いて基板１と基板２を接合しているが、両方の基板１、２は、使用する材料に応じて溶融接合や陽極接合などの接合方法で接合するようにしてもよい。

図２は、本実施の形態１の分析用デバイス１０１が装着される分析装置１０００の構成を示す模式図である。
図２において、本実施の形態１の分析用デバイス１０１は、本実施の形態１における分析装置１０００の回転駆動手段であるモータ１０２の上に装着され、該モータ１０２を駆動することにより、該分析用デバイス１０１を軸心周りに回転させることができる。該分析用デバイス１０１は、回転によって発生する遠心力を用いて該デバイス内の液を移送させたり、遠心分離させたりすることができる。本実施の形態１では、ディスク形状の分析用デバイスを分析装置に装着しているが、扇形状や、その他の形状のものを、複数個同時に装着するようにしてもよい。

また、本分析装置１０００は、分析用デバイス１０１をモータ１０２によりＣ方向に回転駆動しながら、レーザ光源１０３よりレーザ光を該分析用デバイス１０１に向けて照射する。レーザ光源１０３は、トラバースモータ１０４で駆動される送りねじ１０５に螺合しており、サーボコントロール回路１０６が、レーザ光源１０３を任意の測定箇所に配置できるように、トラバースモータ１０４を駆動して、レーザ光源１０３を径方向に移動できる。

本分析用デバイス１０１の上部には、レーザ光源１０３から照射したレーザ光のうち、分析用デバイス１０１を透過した透過光の光量を検出するフォトディテクタ１０７、フォトディテクタ１０７の出力のゲインを調整する調整回路１０８、調整回路１０８の出力をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器１０９、Ａ／Ｄ変換されたデータを処理する透過光量信号処理回路１１０、透過光量信号処理回路１１０で得られたデータを保存するメモリー１１３、これらを制御するＣＰＵ１１１、そして分析された結果を表示する表示部１１２を有している。

次に、本実施の形態１の分析用デバイス１０１のマイクロチャネル構成、およびサンプル溶液の移送プロセスについて詳細に説明する。
図３は本実施の形態１の分析用デバイス１０１のマイクロチャネル構成を示す平面図である。また、図４（ａ），（ｂ）は本実施の形態１の分析用デバイス１０１の注入／分離過程を説明するための図、図５（ａ），（ｂ），（ｃ）は本実施の形態１の分析用デバイス１０１の計量過程、および測定セル２８の充填過程を説明するための図である。

図３、図４、図５に示すように、本実施の形態１の分析用デバイス１０１のマイクロチャネル構成は、分析するために必要な量のサンプル溶液を注入／収容するための液体収容室９と、サンプル溶液を、溶液成分と固体成分とに、分析用デバイスの回転によって発生する遠心力を用いて分離するための分離室１０と、分離室１０にて分離された固体成分の一部が移送され、これを保持するための保持流路１３と、保持流路１３と分離室１０との間において、分離室１０のサンプル溶液を移送するための連結通路１１により連結される溢流流路１２と、溢流流路１２内に充填されたサンプル溶液が排出される溢流室１５と、保持流路１３内に充填された固体成分を保持し、その固体成分と試薬を混合／反応させて、その混合した液の吸光度、濁度、または細胞の個数を測定するための測定セル２８とで構成されている。

ここで、本実施の形態１では、測定セル２８内に、固体成分と反応させるための試薬が担持されている。また、本実施の形態１では省略しているが、保持流路１３と測定セル２８との間には、サンプル溶液を試薬と反応させる試薬反応室や、攪拌を行うための攪拌室等を設けてもよい。

本実施の形態１では、液体収容室９、分離室１０、溢流室１５、測定セル２８の深さを０.３ｍｍ〜２ｍｍで形成しているが、これは、サンプル溶液の量や、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）によって調整可能である。

液体収容室９は分離室１０と連結しており、図４（ａ）に示すように注入口８からあらかじめ計量された量のサンプル溶液を注入／収容し、本分析用デバイス１０１を回転させて遠心力を発生させることで、図４（ｂ）に示すように、サンプル溶液を分離室１０に移送することができる。

さらに、本実施の形態１では、分離室１０にサンプル溶液を一定量保持させるための計量機能を設けていないが、サンプル溶液注入前の工程を減らすために、分離室１０にサンプル溶液を計量するための計量機能、例えば分析用デバイスを回転させた時に、分離室の必要量を保持できる液面位置から溢流流路を介して溢流室に過剰な液を流出させるような構成、または分離室から分析用デバイスの外部まで連通して形成される毛細管流路を設け、サンプル溶液をその毛細管流路の毛細管力によって吸引し、その毛細管流路の体積によってサンプル溶液を計量し、遠心力によって毛細管流路内のサンプル溶液を分離室へ移送するような構成を設けてもよい。

本実施の形態１では、液体収容室９と分離室１０を同じ深さにして連結しているが、注入時にサンプル溶液が分離室１０へ流入するのを防ぐために、分離室１０に空気孔を設け、深さ５０μｍ〜２００μｍの毛細管流路で連結してもよい。

分離室１０は、分離室１０の半径方向最外方位置より、連結通路１１を介して溢流流路１２と連結している。
連結通路１１は、通路幅を０.５ｍｍ〜２ｍｍ、深さを５０μｍ〜２００μｍで形成しているが、これは、分析用デバイスの回転停止時に発生する毛細管力によって、連結通路１１内にサンプル溶液を充填できるのであれば、特にこれに限定されるものではない。

本実施の形態１の構成では、該分析用デバイス１０１を回転させて、サンプル溶液を液体収容室９から分離室１０に移送させた際に、連結通路１１と溢流流路１２との連結位置を超えて、該サンプル溶液が分離室１０から流出しないように、あらかじめ計量されるサンプル溶液の量から、分離室１０の大きさ、連結通路１１と溢流流路１２の連結位置等を最適化して、サンプル溶液の流出を防ぐ必要がある。本実施の形態１では、この点に関して、連結通路１１は、分離室１０が一定量のサンプル溶液を保持する時の液面よりも内周位置まで形成しているため、図４（ｂ）に示すように、遠心力によって液体収容室９から移送されたサンプル溶液は、分離室１０および連結通路１１内に保持される。

分離室１０内に保持されたサンプル溶液は、高速回転で数分間回転させることで、図４（ｂ）に示すように、溶液成分３１と、固体成分３２に分離することが可能である。例えば、血液の場合、回転数を４０００ｒｐｍ〜６０００ｒｐｍに設定し、１分〜５分回転させることで、血漿と、血球もしくは高ヘマトクリット血液（血球成分の比率が高い血液）とに、分離することができる。

分離室１０は、連結通路１１と溢流流路１２を介して保持流路１３に連結しており、溢流流路１２は該溢流流路１２よりも外周方向にある溢流室１５と連結し、保持流路１３は該保持流路１３よりも外周方向にある測定セル２８と連結している。

保持流路１３および溢流流路１２の深さは５０μｍ〜２００μｍで形成されており、分析用デバイスの回転を停止すると、毛細管力によって、分離室１０内の分離された固体成分もしくは高濃度の固体成分溶液を保持流路１３および溢流流路１２内に充填する。

その際に、まず、連結通路１１内で分離されている溶液成分３１の全てが毛細菅力により溢流流路１２に移送されるが、溢流室１５の深さが深く形成されているので、溶液成分３１は溢流室１５内へは移送せず、溢流流路１２と溢流室１５の間の結合部３０内に保持される。その後、連結通路１１と分離室１０で分離されている固体成分３２が溢流流路１２を経由して保持流路１３へ移送される。

本実施の形態１における構成では、図４（ｂ）に示すように、サンプル溶液を分離室１０で遠心分離した際に、溢流流路１２と分離室１０をつなぐ連結通路１１の内周部分に溶液成分３１が存在するため、該溶液成分３１がそのまま保持流路１３に流入すると、固体成分の濃度が低下し、測定精度のばらつきを生じる要因となる。そこで、本実施の形態１では、図５（ａ）に示すように、溢流流路１２と保持流路１３の分岐点において、溢流流路１２と溢流室１５との結合部３０における溢流流路１２の開口面積を保持流路１３の開口面積よりも大きくすることで、前記溶液成分３１が優先して溢流流路１２に流入するようにしている。ここで、溢流流路１２の保持流路１３に対する開口面積の比率は、１．５倍〜５倍が望ましい。１．５倍以下では、保持流路１３へ溶液成分３１が流入する可能性があり、５倍以上では、溢流流路１２の面積が大きくなりすぎるため、必要以上に固体成分３２が充填されて、固体成分３２のロスが大きくなってしまう可能性があるためである。

本実施の形態１では、連結通路１１と保持流路１３の間に溢流流路１２を設けており、さらに、このような構成において、保持流路１３と溢流流路１２の分岐点における該２つの流路の各開口面積を、溢流流路１２の開口面積が保持流路１３の開口面積より大きいものとすることにより、溶液成分３１を保持流路１３に比し優先して溢流流路１２に流入させることができる。ただし、これは、連結通路１１から保持流路１３を介して溢流流路１２を設けることも可能である。

保持流路１３および溢流流路１２は、その流路の体積によって溶液を計量することができるため、固体成分３２は、一定の深さを有する保持流路１３および溢流流路１２の開口面積を調整することで、その各々の保持する許容体積が決定され、必要な液量を保持することが可能である。すなわち、溢流流路１２の許容体積は、これが、連結通路１１内に存在する溶液成分３１を全て収容でき、且つ少なくとも収容する溶液成分３１の０.５倍以上の量の固体成分３２を流入できるように設計することで、溶液成分３１が保持流路１３に流入するのを抑制することができる。

保持流路１３に充填された液は、分析用デバイスを回転させて遠心力を加えることで、空気孔１９から空気が混入して保持流路１３と溢流流路１２の境界に圧力がかかり、繋がっていた液は空気孔１９の位置、すなわち保持流路１３と溢流流路１２の境界で破断し、空気孔１９から空気孔２０の間に充填されていた液が測定セル２８に流入する。

同様に、溢流流路１２に充填された液も、空気孔１８と空気孔１９の位置で破断し、空気孔１８の位置から空気孔１９の位置間に充填されていた液が溢流室１５に流入し、空気孔１８の位置から分離室１０の間に充填されていた液は、遠心力によって分離室１０内に戻される。

図５（ｂ）に示すような状態に保持流路１３が満たされた後、本分析用デバイス１０１を再度回転させることで、保持流路１３内に保持されている固体成分は、図５（ｃ）に示すように遠心力で測定セル２８に移送され、一方、溢流流路１２に充填されていたサンプル溶液は溢流室１５に移送される。

測定セル２８内に流入した固体成分は、回転の加減速や、回転停止中の液の拡散によって測定セル２８内に担持されている試薬と混合されるが、振動などの外的な力を用いて混合することも可能である。

測定セル２８内にて試薬と混合された固体成分内に含まれる分析すべき成分は、その試薬との反応状態を吸光度測定などによって測定することで、サンプル溶液中の濃度を算出することができる。

このような本実施の形態１の分析用デバイス１０１、および分析装置によれば、分析すべきサンプル溶液が収納され、サンプル溶液を内部で移送可能な分析用デバイスにおいて、サンプル溶液を、溶液成分と、固体成分とに、該分析用デバイスの回転によって発生する遠心力を用いて分離するための分離室１０と、分離室にて分離された固体成分の一部が移送され、これを保持するための保持流路１３と、保持流路と前記分離室との間に設けられた、分離室のサンプル溶液を移送するための連結通路１１により連結される溢流流路１２とを備え、分離室で分離され、かつ連結通路に存在する溶液成分が溢流流路を優先的に流入した後に、分離室で分離された固体成分が連結通路を経由して溢流流路に充填され、その後に、前記分離室内の固体成分が、前記連結通路から前記溢流流路を経由して前記保持流路に流入し、固体成分の一部が保持されるものとし、さらに、溢流流路内に充填されたサンプル溶液が排出される溢流室１５を備え、該溢流室は、結合部３０を介して溢流流路と接続され、連結通路から溢流流路へのサンプル溶液の移送は、溢流流路と溢流室との間の結合部における溢流流路の開口面積が、保持流路の開口面積より大きく、毛細管力によりなされるものとしたので、溢流流路の開口面積が保持流路の開口面積より大きいものとすることにより、溶液成分を保持流路に比し優先して溢流流路に流入させて排出でき、また、保持流路および溢流流路の開口面積を調整することで、各流路が保持する許容体積を決定でき、遠心分離した後の固体成分、もしくは高濃度固体成分溶液を、必要量だけ保持流路に移送することができ、分析用デバイスの測定精度を向上させることができる効果がある。

（実施の形態２）
以下、本発明の請求項１、請求項３、および請求項５に対応する実施の形態２による分析用デバイス２０１、およびこれを用いた測定装置について、図６〜図８を用いて、説明する。
なお、本実施の形態２による分析用デバイス２０１の主な構成、および該分析用デバイスが装着される分析装置１０００の構成については、実施の形態１におけると同様であり、ここでは説明を省略する。

図６は、本実施の形態２の分析用デバイス２０１のマイクロチャネル構成を示す平面図である。また、図７（ａ），（ｂ）は本実施の形態２の分析用デバイス２０１の注入／分離過程を説明するための図、図８（ａ），（ｂ），（ｃ）は本実施の形態２の分析用デバイス２０１の計量過程、および測定セル２８の充填過程を説明するための図である。

図６、図７、図８に示すように、本実施の形態２の分析用デバイス２０１のマイクロチャネル構成は、分析するために必要な量のサンプル溶液を注入／収容するための液体収容室９と、サンプル溶液を、溶液成分と固体成分とに、該分析用デバイス２０１の回転によって発生する遠心力を用いて分離するための分離室１０と、分離室１０にて分離された固体成分の一部が移送され、これを保持するための保持流路１３と、保持流路１３と分離室１０との間において、分離室１０のサンプル溶液を移送するための連結通路１１により連結される溢流流路１２と、溢流流路１２内に充填されたサンプル溶液が排出される溢流室１５と、保持流路１３内に充填された固体成分を保持し、その固体成分と試薬を混合／反応させて、その混合した液の吸光度、濁度、または細胞の個数を測定するための測定セル２８とで構成されている。

ここで、本実施の形態２では、測定セル２８内に、固体成分と反応させるための試薬が担持されている。また、本実施の形態２では省略しているが、保持流路１３と測定セル２８との間には、サンプル溶液を試薬と反応させる試薬反応室や、攪拌を行うための攪拌室等を設けてもよい。

また、本実施の形態２では、液体収容室９、分離室１０、溢流室１５、測定セル２８の深さを０.３ｍｍ〜２ｍｍで形成しているが、これは、サンプル溶液の量や吸光度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）によって調整可能である。

液体収容室９は分離室１０と連結しており、図７（ａ）に示すように注入口８からあらかじめ計量された量のサンプル溶液を注入／収容し、該分析用デバイス２０１を回転させて遠心力を発生させることで、図７（ｂ）に示すように、サンプル溶液を分離室１０に移送することができる。

さらに、本実施の形態２では、分離室１０にサンプル溶液を一定量保持させるための計量機能を設けていないが、サンプル溶液注入前の工程を減らすために、分離室１０にサンプル溶液を計量するための計量機能、例えば分析用デバイスを回転させた時に、分離室の必要量を保持できる液面位置から溢流流路を介して溢流室に過剰な液を流出させるような構成、または分離室から分析用デバイスの外部まで連通して形成される毛細管流路を設け、サンプル溶液をその毛細管流路の毛細管力によって吸引し、その毛細管流路の体積によってサンプル溶液を計量し、遠心力によって毛細管流路内のサンプル溶液を分離室へ移送するような構成、を設けてもよい。

本実施の形態２では、液体収容室９と分離室１０を同じ深さにして連結しているが、注入時にサンプル溶液が分離室１０へ流入するのを防ぐために、分離室１０に空気孔を設け、液体収容室９と分離室１０とを、深さ５０μｍ〜２００μｍの毛細管流路で連結してもよい。

分離室１０は、分離室１０の半径方向最外方位置より、連結通路１１を介して溢流流路１２および保持流路１３と連結している。
連結通路１１は、通路幅を０.５ｍｍ〜２ｍｍ、深さを５０μｍ〜２００μｍで形成しているが、これは、特にこれに限定されるものではない。

本実施の形態２の構成では、該分析用デバイス２０１を回転させて、液体収容室９から分離室１０に移送させた際に、連結通路１１と溢流流路１２の連結位置を超えて、サンプル溶液が分離室１０から流出しないように、あらかじめ計量されるサンプル溶液の量から、分離室１０の大きさ、連結通路１１と溢流流路１２の連結位置等を最適化して、サンプル溶液の流出を防ぐ必要がある。本実施の形態２では、この点に関して、連結通路１１は、分離室１０が一定量のサンプル溶液を保持する時の液面よりも内周位置まで形成しているため、図７（ｂ）に示すように、遠心力によって液体収容室９から移送されたサンプル溶液は、分離室１０および連結通路１１内に保持される。

分離室１０内に保持されたサンプル溶液は、高速回転で数分間回転させることで、図７（ｂ）に示すように、溶液成分３１と固体成分３２に分離することが可能である。例えば、血液の場合、回転数を４０００ｒｐｍ〜６０００ｒｐｍに設定し、１分〜５分回転させることで、血漿と、血球もしくは高ヘマトクリット血液（血球成分の比率が高い血液）とに、分離することができる。

溢流流路１２は溢流流路１２よりも外周方向にある溢流室１５と連結し、保持流路１３は保持流路１３よりも外周方向にある測定セル２８と連結している。

保持流路１３および溢流流路１２の深さは５０μｍ〜２００μｍで形成されており、保持流路１３および溢流流路１２への溶液の充填は、吸引力によって行われる。

本実施の形態２における構成では、図７（ｂ）に示すように、サンプル溶液を分離室１０で遠心分離した際に、溢流流路１２と分離室１０をつなぐ連結通路１１の内周部分に溶液成分３１が存在するため、該溶液成分３１がそのまま保持流路１３に流入すると、固体成分の濃度が低下し、測定精度のばらつきを生じる要因となる。そこで、本実施の形態２では、図８（ａ）に示すように、溢流室１５に設けた空気孔２９と、吸引ポンプ（図示省略）をチューブなどの連結手段（図示省略）によって接続し、その吸引ポンプの駆動によって、溢流流路１２および連結通路１１内の空気を吸引し、その吸引によってできる圧力差によって連結通路１１内に存在する溶液成分３１を溢流流路１２の溢流室１５との結合部３０に優先して移送する。その後、測定セル２８に設けた空気孔３３に、吸引ポンプをチューブなどの連結手段によって接続し、空気孔３３から同様に吸引することで、分離室１０内の固体成分３２を保持流路１３に充填することができる。このとき、空気孔１９、空気孔２９は密閉されることが好ましい。

保持流路１３および溢流流路１２は、その流路の体積によって溶液を計量することができるため、固体成分３２は、一定の深さを有する保持流路１３および溢流流路１２の開口面積を調整することで許容体積が決定され、必要な液量を保持することが可能である。すなわち、溢流流路１２の許容体積は、連結通路１１内に存在する溶液成分３１を全て収容でき、且つ少なくとも収容する溶液成分３１の０.５倍以上の量の固体成分３２が流入できるように設計することで、溶液成分３１が保持流路１３に流入するのを抑制することができる。

保持流路１３に充填された液は、該分析用デバイス２０１を回転させて遠心力を加えることで、空気孔１９から空気が混入して保持流路１３と溢流流路１２の境界に圧力がかかり、繋がっていた液は空気孔１９の位置、すなわち保持流路１３と溢流流路１２の境界で破断し、空気孔１９から測定セル２８の間に充填されていた液が測定セル２８に流入する。

同様に、溢流流路１２に充填された液も、空気孔１９の位置で破断し、空気孔１９の位置から溢流室１５の間に充填されていた液が、溢流室１５に流入し、空気孔１９の位置から分離室１０の間に充填されていた液は、遠心力によって分離室１０内に戻される。

図８（ｂ）に示すような状態に保持流路１３が満たされた後、本分析用デバイス２０１を再度回転させることで、保持流路１３内に保持されている固体成分は、図８（ｃ）に示すように遠心力で測定セル２８に移送され、一方、溢流流路１２に充填されていたサンプル溶液は溢流室１５に移送される。

測定セル２８内に流入した固体成分は、回転の加減速や、回転停止中の液の拡散によって測定セル２８内に担持されている試薬と混合されるが、振動などの外的な力を用いて混合することも可能である。

測定セル２８内にて試薬と混合された固体成分内に含まれる分析すべき成分は、その試薬との反応状態を吸光度測定などによって測定することで、サンプル溶液中の濃度を算出することができる。

このような本実施の形態２の分析用デバイス２０１、およびこれを用いた分析装置によれば、サンプル溶液を、溶液成分と固体成分とに、該分析用デバイスの回転によって発生する遠心力を用いて分離するための分離室１０と、分離室にて分離された固体成分の一部が移送され、これを保持するための保持流路１３と、保持流路と分離室との間において、前記分離室のサンプル溶液を移送するための連結通路により連結される溢流流路１２とを備え、分離室で分離され、かつ連結通路に存在する溶液成分３１が溢流流路を優先的に流入した後に、前記分離室で分離された固体成分３２が連結通路を経由して溢流流路に充填され、その後に、前記分離室内の固体成分が、前記連結通路から前記溢流流路を経由して前記保持流路に流入し、固体成分の一部が保持されるものとし、さらに溢流流路内に充填されたサンプル溶液が排出される溢流室１５を備え、該溢流室は、結合部３０を介して溢流流路と接続され、連結流路から溢流流路へのサンプル溶液の移送は、溢流室に設けられた空気孔２９から吸引ポンプによって溢流流路および連結通路内の空気が吸引され、その吸引によってできる圧力差によって、連結通路に存在する溶液成分が優先して溢流流路の溢流室との結合部に移送されることにより、連結通路に存在する溶液成分を排出でき、また、保持流路および溢流流路の開口面積を調整することで、各流路が保持する許容体積を決定でき、遠心分離した後の固体成分、もしくは高濃度固体成分溶液を、必要量だけ移送することができ、分析用デバイスの測定精度を向上させることができる効果がある。

（実施の形態３）
以下、本発明の請求項６、請求項７、請求項９、および請求項１０に対応する実施の形態３による分析用デバイス３０１、およびこれを用いた測定装置について、図９〜図１１を用いて、説明する。

なお、本実施の形態３による分析用デバイス３０１の主な構成、および分析用デバイスが装着される分析装置については、実施の形態１で説明した内容と同じであるため、ここでは説明を省略する。

図９は本実施の形態３による分析用デバイス３０１のマイクロチャネル構成を示す平面図である。また、図１０（ａ），（ｂ）は本実施の形態３における分析用デバイス３０１の注入／分離過程を説明するための図、図１１（ａ），（ｂ）は本実施の形態３における分析用デバイス３０１の計量過程、および測定セル２８の充填過程を説明するための図である。

図９に示すように、本実施の形態３の分析用デバイス３０１のマイクロチャネル構成は、分析するために必要な量のサンプル溶液を注入／収容するための液体収容室９と、サンプル溶液を、溶液成分と、固体成分とに、該分析用デバイス３０１の回転によって発生する遠心力を用いて分離するための分離室１０と、分離室１０にて分離された溶液成分の一部が移送され、これを保持するための保持流路１３と、分離室１０内に残るサンプル溶液を排出するためのサンプル溢流室１７と、分離室１０とサンプル溢流室１７を連結する連結通路１４と、保持流路１３内に充填された溶液成分を保持し、その溶液成分と試薬を混合／反応させて、その混合した液の吸光度や濁度を測定するための測定セル２８とで構成されている。

ここで、本実施の形態３では、測定セル２８内に、溶液成分と反応させるための試薬が担持されている。また、本実施の形態３では省略しているが、保持流路１３と測定セル２８との間には、サンプル溶液を試薬と反応させる試薬反応室や、攪拌を行うための攪拌室等を設けてもかまわない。

本実施の形態３では、液体収容室９、分離室１０、サンプル溢流室１７、測定セル２８の深さを０.３ｍｍ〜２ｍｍで形成しているが、これは、サンプル溶液の量や吸光度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）によって調整可能である。

液体収容室９は分離室１０と連結しており、図１０（ａ）に示すように注入口８からあらかじめ計量された量のサンプル溶液を注入／収容し、本分析用デバイス３０１を回転させて遠心力を発生させることで、図１０（ｂ）に示すように、サンプル溶液を分離室１０に移送することができる。

本実施の形態３では、分離室１０にサンプル溶液を一定量保持させるための計量機能を設けていないが、サンプル溶液注入前の工程を減らすために、分離室１０にサンプル溶液を計量するための計量機能、例えば分析用デバイスを回転させた時に、分離室の必要量を保持できる液面位置から溢流流路を介して溢流室に過剰な液を流出させるような構成、または分離室から分析用デバイスの外部まで連通して形成される毛細管流路を設け、サンプル溶液をその毛細管流路の毛細管力によって吸引し、その毛細管流路の体積によってサンプル溶液を計量し、遠心力によって毛細管流路内のサンプル溶液を分離室へ移送するような構成、を設けてもよい。

本実施の形態３では、液体収容室９と分離室１０を同じ深さにして連結しているが、注入時にサンプル溶液が分離室１０へ流入するのを防ぐために、分離室１０に空気孔を設け、深さ５０μｍ〜２００μｍの毛細管流路で連結してもよい。

分離室１０は、分離されたサンプル溶液の溶液成分が存在する位置より、連結通路１１を介して保持流路１３と連結するとともに、分離室１０の半径方向最外方位置より外方位置に、サイフォン形状を有する連結通路１４を介してサンプル溢流室１７と連結している。

連結通路１１および連結通路１４は、通路幅を０.５ｍｍ〜２ｍｍ、深さを５０μｍ〜２００μｍで形成しているが、これは、分析用デバイスの回転停止時に発生する毛細管力で連結通路１１および連結通路１４内をサンプル溶液で充填できるのであれば、特にこれに制限されるものではない。

本実施の形態３の構成では、本分析用デバイス３０１を回転させて、液体収容室９から分離室１０に移送させた際に、連結通路１１と保持流路１３の連結位置、および連結通路１４のサイフォンの屈曲点を超えて、サンプル溶液が分離室１０から流出しないように、あらかじめ計量されるサンプル溶液の量から、分離室１０の大きさ、連結通路１１と保持流路１３の連結位置、連結通路１４のサイフォンの屈曲点位置等を最適化して、サンプル溶液の流出を防ぐ必要がある。このため、本実施の形態３では、連結通路１１は、分離室１０が一定量のサンプル溶液を保持する時の液面よりも内周位置まで形成しており、連結通路１４も、分離室１０が一定量のサンプル溶液を保持する時の液面よりも内周位置にサイフォンの屈曲点を形成しており、これにより、図１０（ｂ）に示すように、遠心力によって液体収容室９から移送されたサンプル溶液は分離室１０および連結通路１１、連結通路１４内に保持される。

分離室１０内に保持されたサンプル溶液は、高速回転で数分間回転させることで、図１０（ｂ）に示すように、溶液成分３１と固体成分３２に分離することが可能である。例えば、血液の場合、回転数を４０００ｒｐｍ〜６０００ｒｐｍに設定し、１分〜５分回転させることで、血漿と、血球もしくは高ヘマトクリット血液（血球成分の比率が高い血液）とに、分離することができる。

分離室１０は、連結通路１１を介して、保持流路１３に連結しており、保持流路１３は保持流路１３よりも外周方向にある測定セル２８と連結している。

保持流路１３の深さは５０μｍ〜２００μｍで形成されており、本分析用デバイス３０１の回転を停止すると、毛細管力によって、分離室１０内の分離された溶液成分を保持流路１３内に充填する。

保持流路１３は、その流路の体積によって溶液を計量することができるため、溶液成分３１は、一定の深さを有する保持流路１３の開口面積を調整することで、許容体積が決定され、必要な液量を保持することが可能である。

保持流路１３に充填された液は、分析用デバイスを回転させて遠心力を加えることで、空気孔１８から空気が混入して保持流路１３と連結通路１１の境界に圧力がかかり、繋がっていた液は空気孔１８の位置、すなわち保持流路１３と連結通路１１の境界で破断し、空気孔１８から空気孔１９の間に充填されていた液が測定セル２８に流入する。

図１１（ａ）に示すような状態で保持流路１３が満たされた後、分析用デバイスを再度回転させることで保持流路１３内に保持されている溶液成分は、図１１（ｂ）に示すように、遠心力で測定セル２８に移送される。

ここで、本実施の形態３では、分離室１０内に残留しているサンプル溶液が、保持流路１３内の液を測定セル２８に移送した後、分析用デバイスの回転を停止させた時に、毛細管力によって再び保持流路１３に流入して、次の回転時に測定セル２８へ再度流入し、測定セル２８内の液の混合比がかわるのを防ぐために、連結通路１４のサイフォン効果によって、分離室１０内のサンプル溶液をサンプル溢流室１７に排出している。

測定セル２８内に流入した溶液成分は、回転の加減速や、回転停止中の液の拡散によって測定セル２８内に担持されている試薬と混合されるが、振動などの外的な力を用いて混合することも可能である。

測定セル２８内にて試薬と混合された溶液成分内に含まれる分析すべき成分は、その試薬との反応状態を吸光度測定などによって測定することで、サンプル溶液中の濃度を算出することができる。

このような本実施の形態３による分析用デバイス３０１、およびこれを用いた分析装置によれば、サンプル溶液を収容するための液体収容室９と、液体収容室と連通し、毛細管力によって液体収容室からサンプル溶液を移送し、サンプル溶液の一部を保持するための保持流路１３と、分析用デバイスの回転によって発生する遠心力によって移送された保持流路内のサンプル溶液を保持するための測定セル２８と、該分析用デバイスを軸心回りに回転させる際、液体収容室に対して前記軸心より外側に位置し、サイフォン構造を有する連結通路１４を介して液体収容室と連結されているサンプル溢流室１７とを備えたものとしたので、遠心分離した後の液体成分を、必要量だけ移送することができる。また、サンプル溶液の一部を移送した際に、残った溶液が後追いで流入してくることを防ぐことができ、分析用デバイスの測定精度を向上させることができる効果が得られる。

（実施の形態４）
以下、本発明の請求項６、請求項８、請求項９、および請求項１０に対応する実施の形態４による分析用デバイス４０１、およびこれを用いた測定装置について、図１２〜図１４を用いて、説明する。

なお、本実施の形態４による分析用デバイス４０１の主な構成、および分析用デバイスが装着される分析装置については、前記実施の形態１で説明した内容と同じであるため、ここでの説明は省略する。

図１２は本実施の形態４における分析用デバイス４０１のマイクロチャネル構成を示す平面図である。また、図１３（ａ），（ｂ）は本実施の形態４における分析用デバイス４０１の注入／分離過程を説明するための図、図１４（ａ），（ｂ）は本実施の形態４における分析用デバイス４０１の計量過程、および測定セル充填過程を説明するための図である。

図１２に示すように、本実施の形態４の分析用デバイス４０１のマイクロチャネル構成は、分析するために必要な量のサンプル溶液を注入／収容するための液体収容室９と、サンプル溶液を、溶液成分と固体成分とに、分析用デバイスの回転によって発生する遠心力を用いて分離するための分離室１０と、分離室１０にて分離された溶液成分の一部が移送され、これを保持するための保持流路１３と、分離室１０内に残るサンプル溶液を排出するためのサンプル溢流室１７と、分離室１０とサンプル溢流室１７を連結する連結通路１４と、保持流路１３内に充填された溶液成分を保持し、その溶液成分と試薬を混合／反応させて、その混合した液の吸光度や濁度を測定するための測定セル２８とで構成されている。

ここで、本実施の形態４では、測定セル内に溶液成分と反応させるための試薬が担持されている。また、本実施の形態４では省略しているが、保持流路１３と測定セル２８の間には、サンプル溶液を試薬と反応させる試薬反応室や、攪拌を行うための攪拌室等を設けてもよい。

本実施の形態４では、液体収容室９、分離室１０、サンプル溢流室１７、測定セル２８の深さを０.３ｍｍ〜２ｍｍで形成しているが、サンプル溶液の量や吸光度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）によって調整可能である。

液体収容室９は分離室１０と連結しており、図１３（ａ）に示すように注入口８からあらかじめ計量された量のサンプル溶液を注入／収容し、分析用デバイスを回転させて遠心力を発生させることで、図１３（ｂ）に示すように、サンプル溶液を分離室１０に移送することができる。

本実施の形態４では、分離室１０にサンプル溶液を一定量保持させるための計量機能を設けていないが、サンプル溶液注入前の工程を減らすために、分離室１０にサンプル溶液を計量するための計量機能、例えば分析用デバイスを回転させた時に、分離室の必要量を保持できる液面位置から溢流流路を介して溢流室に過剰な液を流出させるような構成、または分離室から分析用デバイスの外部まで連通して形成される毛細管流路を設け、サンプル溶液をその毛細管流路の毛細管力によって吸引し、その毛細管流路の体積によってサンプル溶液を計量し、遠心力によって毛細管流路内のサンプル溶液を分離室へ移送するような構成を設けてもかまわない。

本実施の形態４では、液体収容室９と分離室１０を同じ深さにして連結しているが、注入時にサンプル溶液が分離室１０へ流入するのを防ぐために、分離室１０に空気孔を設け、深さ５０μｍ〜２００μｍの毛細管流路で連結してもよい。

分離室１０は、分離されたサンプル溶液の溶液成分が存在する位置より、連結通路１１を介して保持流路１３と連結するとともに、分離室１０の半径方向最外方位置より外方位置に、サイフォン形状を有する連結通路１４を介してサンプル溢流室１７と連結している。

連結通路１１および連結通路１４は、通路幅を０.５ｍｍ〜２ｍｍ、深さを５０μｍ〜２００μｍで形成しているが、分析用デバイスの回転停止時に発生する毛細管力で連結通路１１および連結通路１４内をサンプル溶液で充填できるのであれば特に制限はない。

本分析用デバイス４０１を回転させて、液体収容室９から分離室１０に移送させた際に、連結通路１１と保持流路１３の連結位置、および連結通路１４のサイフォンの屈曲点を超えて、サンプル溶液が分離室１０から流出しないように、あらかじめ計量されるサンプル溶液の量から、分離室１０の大きさ、連結通路１１と保持流路１３の連結位置、連結通路１４のサイフォンの屈曲点位置等を最適化して、サンプル溶液の流出を防ぐ必要がある。本発明では、連結通路１１は、分離室１０が一定量のサンプル溶液を保持する時の液面よりも内周位置まで形成しており、連結通路１４も、分離室１０が一定量のサンプル溶液を保持する時の液面よりも内周位置にサイフォンの屈曲点を形成しているため、図１３（ｂ）に示すように、遠心力によって液体収容室９から移送されたサンプル溶液は分離室１０および連結通路１１、連結通路１４内に保持される。

分離室１０内に保持されたサンプル溶液は、高速回転で数分間回転させることで、図１３（ｂ）に示すように、溶液成分３１と固体成分３２に分離することが可能である。例えば、血液の場合、回転数を４０００ｒｐｍ〜６０００ｒｐｍに設定し、１分〜５分回転させることで、血漿と血球もしくは高ヘマトクリット血液（血球成分の比率が高い血液）に分離することができる。

分離室１０は、連結通路１１を介して、保持流路１３に連結しており、保持流路１３は保持流路１３よりも外周方向にある測定セル２８と連結している。

保持流路１３の深さは５０μｍ〜２００μｍで形成されており、分析用デバイスの回転を停止すると、毛細管力によって、分離室１０内の分離された溶液成分を保持流路１３内に充填する。

保持流路１３は、その流路の体積によって溶液を計量することができるため、溶液成分３１は、一定の深さを有する保持流路１３の開口面積を調整することで許容体積が決定され、必要な液量を保持することが可能である。

保持流路１３に充填された液は、分析用デバイスの回転を停止させた状態で、空気孔１８にガス導入機構（図示省略）を接続し、空気孔１８からのガスの導入によって、保持流路１３と連結通路１１の境界に圧力がかかり、繋がっていた液は空気孔１８の位置、すなわち保持流路１３と連結通路１１の境界で破断し、空気孔１８から測定セル２８の間に充填されていた液が測定セル２８に流入する。ここで、ガス導入機構は圧縮ポンプや、高圧ガスボンベなどの空気や窒素などのガスを送り出すことができるガス発生源と、そのガス発生源と分析用デバイスを接続するための配管から構成されており、分析用デバイスの空気孔１８に脱着可能である。

図１４（ａ）に示すような状態で保持流路１３が満たされた後、分析用デバイス内へのガスの導入によって、保持流路１３内に保持されている溶液成分は、図１４（ｂ）に示すように、ガスの圧力で測定セル２８に移送される。

ここで、本実施の形態４では、分離室１０内に残留しているサンプル溶液が、保持流路１３内の液を測定セル２８に移送した後、分析用デバイス内へのガスの導入を停止させた時に、毛細管力によって再び保持流路１３に流入して、次の回転やガス導入時に測定セル２８へ再度流入し、測定セル２８内の液の混合比がかわるのを防ぐために、連結通路１４のサイフォン効果によって、分離室１０内のサンプル溶液をサンプル溢流室１７に排出している。

測定セル２８内に流入した溶液成分は、回転の加減速や、回転停止中の液の拡散によって測定セル２８内に担持されている試薬と混合されるが、振動などの外的な力を用いて混合することも可能である。

測定セル２８内にて試薬と混合された溶液成分内に含まれる分析すべき成分は、その試薬との反応状態を吸光度測定などによって測定することで、サンプル溶液中の濃度を算出することができる。

このような本実施の形態４による分析用デバイス４０１、およびこれを用いた分析装置によれば、サンプル溶液を収容するための液体収容室９と、液体収容室と連通し、毛細管力によって液体収容室からサンプル溶液を移送し、サンプル溶液の一部を保持するための保持流路１３と、保持流路の液分離位置に設けられている空気孔１８からのガスの導入によって発生する圧力差によって移送された持流路内のサンプル溶液を保持するための測定セル２８と、該分析用デバイスを軸心回りに回転させる際、液体収容室に対して軸心より外側に位置し、サイフォン構造を有する連結通路１４を介して液体収容室９と連結されているサンプル溢流室１７とを備えたものとしたので、遠心分離した後の液体成分を、必要量だけ移送することができる。また、サンプル溶液の一部を移送した際に、残った溶液が後追いで流入してくることを防止でき、分析用デバイスの測定精度を向上させることができる効果が得られる。

（実施の形態５）
以下、本発明の請求項４、請求項１１、および請求項１２に対応する実施の形態５による分析用デバイス、およびこれを用いた測定装置について、図１５〜図１８を用いて、説明する。

なお、本実施の形態５の分析用デバイス５０１の主な構成、および該分析用デバイスが装着される分析装置については、実施の形態１におけると同様であり、ここでは説明を省略する。

図１５は本実施の形態５における分析用デバイス５０１のマイクロチャネル構成を示す平面図である。また、図１６（ａ），（ｂ）は本実施の形態５における分析用デバイス５０１の注入／分離過程を説明するための図、図１７（ａ），（ｂ）は本実施の形態５における分析用デバイス５０１の計量過程を説明するための図、図１８（ａ）,（ｂ）,（ｃ）は本実施の形態５における分析用デバイス５０１の混合／測定セル充填過程を説明するための図である。

図１５に示すように、本実施の形態５の分析用デバイス５０１のマイクロチャネル構成は、分析するために必要な量のサンプル溶液を注入／収容するための液体収容室９と、サンプル溶液を、溶液成分と固体成分とに、分析用デバイスの回転によって発生する遠心力を用いて分離するための分離室１０と、分離室１０にて分離された固体成分の一部が移送され、これを保持するための保持流路１３と、保持流路１３と分離室１０の間において、分離室１０のサンプル溶液を移送するための連結通路１１により連結される溢流流路１２と、溢流流路１２内に充填されたサンプル溶液が排出される溢流室１５と、分離室１０内に残るサンプル溶液を排出するためのサンプル溢流室１７と、分離室１０とサンプル溢流室１７を連結する連結通路１４と、固体成分を希釈または特定の試薬／抗体と反応させるための変性剤を含む希釈液を注入／収容するための希釈液収容室２２と、希釈液を一定量保持するための計量室２３と、保持流路１３からの固体成分と希釈液とを混合／攪拌するための混合室１６と、その混合した液を保持し、その混合した液の吸光度、濁度、または細胞の個数を測定するための測定セル２８とで構成されている。

ここで、本実施の形態５では省略しているが、混合室１６と測定セル２８の間には、サンプル溶液を試薬と反応させる試薬反応室や、攪拌を行うための攪拌室等を設けてもかまわない。

本実施の形態５では、液体収容室９、分離室１０、サンプル溢流室１７、溢流室１５、希釈液収容室２２、計量室２３、希釈液溢流室２４、混合室１６、測定セル２８の深さを０.３ｍｍ〜２ｍｍで形成しているが、サンプル溶液の量や吸光度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）によって調整可能である。

また、液体収容室９は分離室１０と連結しており、図１６（ａ）に示すように注入口８からあらかじめ計量された量のサンプル溶液を注入／収容し、分析用デバイスを回転させて遠心力を発生させることで、図１６（ｂ）に示すように、サンプル溶液を分離室１０に移送することができる。

本実施の形態５では、分離室１０にサンプル溶液を一定量保持させるための計量機能を設けていないが、サンプル溶液注入前の工程を減らすために、分離室１０にサンプル溶液を計量するための計量機能、例えば分析用デバイスを回転させた時に、分離室の必要量を保持できる液面位置から溢流流路を介して溢流室に過剰な液を流出させるような構成、または分離室から分析用デバイスの外部まで連通して形成される毛細管流路を設け、サンプル溶液をその毛細管流路の毛細管力によって吸引し、その毛細管流路の体積によってサンプル溶液を計量し、遠心力によって毛細管流路内のサンプル溶液を分離室へ移送するような構成を、設けるようにしてもよい。

また、本実施の形態５では、液体収容室９と分離室１０を同じ深さにして連結しているが、注入時にサンプル溶液が分離室１０へ流入するのを防ぐために、分離室１０に空気孔を設け、深さ５０μｍ〜２００μｍの毛細管流路で連結してもよい。

また、分離室１０は、分離室１０の半径方向最外方位置より、連結通路１１を介して溢流流路１２と連結するとともに、分離室１０の半径方向最外方位置より外方位置に、サイフォン形状を有する連結通路１４を介してサンプル溢流室１７と連結している。

また、連結通路１１および連結通路１４は、通路幅を０.５ｍｍ〜２ｍｍ、深さを５０μｍ〜２００μｍで形成しているが、これは、分析用デバイスの回転停止時に発生する毛細管力で、該連結通路１１および連結通路１４内をサンプル溶液で充填できるのであれば、特に制限されるものではない。

本実施の形態５の構成では、本分析用デバイス５０１を回転させて、液体収容室９から分離室１０に移送させた際に、連結通路１１と溢流流路１２の連結位置、および連結通路１４のサイフォンの屈曲点を超えて、サンプル溶液が分離室１０から流出しないように、あらかじめ計量されるサンプル溶液の量から、分離室１０の大きさ、連結通路１１と溢流流路１２の連結位置、連結通路１４のサイフォンの屈曲点位置等を最適化して、サンプル溶液の流出を防ぐ必要がある。このため、本実施の形態５では、連結通路１１は、分離室１０が一定量のサンプル溶液を保持する時の液面よりも内周位置まで形成しており、連結通路１４も、分離室１０が一定量のサンプル溶液を保持する時の液面よりも内周位置にサイフォンの屈曲点を形成しているため、図１６（ｂ）に示すように、遠心力によって液体収容室９から移送されたサンプル溶液は分離室１０および連結通路１１、連結通路１４内に保持される。

分離室１０内に保持されたサンプル溶液は、高速回転で数分間回転させることで、図１６（ｂ）に示すように、溶液成分３１と固体成分３２に分離することが可能である。例えば、血液の場合、回転数を４０００ｒｐｍ〜６０００ｒｐｍに設定し、１分〜５分回転させることで、血漿と血球もしくは高ヘマトクリット血液（血球成分の比率が高い血液）に分離することができる。

分離室１０は、連結通路１１と溢流流路１２を介して、保持流路１３に連結しており、溢流流路１２は溢流流路１２よりも外周方向にある溢流室１５と連結し、保持流路１３は保持流路１３よりも外周方向にある混合室１６と連結している。

保持流路１３および溢流流路１２の深さは５０μｍ〜２００μｍで形成されており、分析用デバイスの回転を停止すると、毛細管力によって、分離室１０内の分離された固体成分もしくは高濃度の固体成分溶液を保持流路１３および溢流流路１２内に充填する。

その際に、まず、連結通路１１内で分離されている溶液成分３１の全てが毛細菅力により溢流流路１２に移送されるが、溢流室１５の深さが深く形成されているので、溶液成分３１は、溢流室１５内へは移送せず、溢流流路１２と溢流室１５の間の結合部３０内に保持される。その後、連結通路１１と分離室１０で分離されている固体成分３２が溢流流路１２を経由して保持流路１３へ移送される。

本実施の形態５では、図１６（ｂ）に示すように、サンプル溶液を分離室１０で遠心分離した際に、溢流流路１２と分離室１０をつなぐ連結通路１１の内周部分に、溶液成分３１が存在するため、そのまま保持流路１３に流入すると、固体成分の濃度が低下し、測定精度のばらつき要因となるため、図１７（ａ）に示すように、溢流流路１２と保持流路１３の分岐点において、溢流流路１２と溢流室１５との結合部３０における溢流流路１２の開口面積を保持流路１３の開口面積よりも大きくすることで溶液成分３１が優先して溢流流路１２に流入するようにしている。ここで、溢流流路１２の保持流路１３に対する開口面積の比率は、１．５倍〜５倍が望ましい。１．５倍以下では、保持流路１３へ溶液成分３１が流入する可能性があり、５倍以上では、溢流流路１２の面積が大きくなりすぎるため、必要以上に固体成分３２が充填されて、固体成分３２のロスが大きくなってしまう可能性がある。

本実施の形態５では、連結通路１１と保持流路１３の間に溢流流路１２を設けているが、保持流路１３と溢流流路１２の分岐点における開口面積を本実施の形態と同じように溢流流路１２の開口面積を保持流路１３の開口面積より大きくすることで、優先して溶液成分３１を溢流流路１２に流入させることができるため、連結通路１１から保持流路１３を介して溢流流路１２を設けることも可能である。

保持流路１３および溢流流路１２は、その流路の体積によって溶液を計量することができるため、固体成分３２は、一定の深さを有する保持流路１３および溢流流路１２の開口面積を調整することで許容体積が決定され、必要な液量を保持することが可能である。溢流流路１２の許容体積は、連結通路１１内に存在する溶液成分３１を全て収容でき、且つ少なくとも収容する溶液成分３１の０.５倍以上の量の固体成分３２が流入できるように設計することで、溶液成分３１が保持流路１３に流入するのを抑制することができる。

保持流路１３に充填された液は、分析用デバイスを回転させて遠心力を加えることで、空気孔１９から空気が混入して保持流路１３と溢流流路１２の境界に圧力がかかり、繋がっていた液は空気孔１９の位置、すなわち保持流路１３と溢流流路１２の境界で破断し、空気孔１９から空気孔２０の間に充填されていた液が混合室１６に流入する。

同様に、溢流流路１２に充填された液も、空気孔１８と空気孔１９の位置で破断し、空気孔１８の位置から空気孔１９の間に充填されていた液が溢流室１５に流入し、空気孔１８の位置から分離室１０の間に充填されていた液は、遠心力によって分離室１０内に戻される。

図１７（ｂ）に示すように保持流路１３が満たされた後、分析用デバイスを再度回転させることで保持流路１３内に保持されている固体成分は、図１８（ａ）に示すように、遠心力で混合室１６に移送される。

ここで、本実施の形態５では、分離室１０内に残留しているサンプル溶液が、保持流路１３内の液を混合室１６に移送した後、分析用デバイスの回転を停止させた時に、毛細管力によって再び保持流路１３に流入して、次の回転時に混合室１６へ再度流入し、混合室１６内の液の混合比がかわるのを防ぐために、連結通路１４のサイフォン効果によって、分離室１０内のサンプル溶液をサンプル溢流室１７に排出している。

希釈液収容室２２は計量室２３と連結しており、図１６（ａ）に示すように注入口２１から希釈液を注入／収容し、分析用デバイスを回転させることで、図１６（ｂ）に示すように、希釈液を計量室２３に移送することができる。

本実施の形態５では、希釈液収容室２２と計量室２３を同じ深さにして連結しているが、希釈液を注入時に、希釈液が計量室２３へ流入するのを防ぐために、深さ５０μｍ〜２００μｍの毛細管流路で希釈液収容室２２と計量室２３を連結することで、希釈液の流入を抑制することが可能である。

計量室２３は、計量室２３より半径方向内方に配置された希釈液溢流室２４の流入口に、希釈液溢流室２４に近接する計量室２３の半径方向内方に位置する溢流口から毛細管流路２５を介して連結され、計量室２３の半径方向最外方に位置する場所から連結通路２６を介して混合室１６に連結されている。希釈液溢流室２４には、希釈液が流入しやすいように空気孔が設けられており、混合室１６にも、希釈液が連結通路２６を流れやすいように空気孔が設けられている。

連結通路２６は、分析用デバイスの回転中心から希釈液溢流室２４の流入口と、毛細管流路２５の界面までの距離より内方に配置される曲管を備えたサイフォン形状である。本発明では、毛細管流路２５および連結通路２６の幅を０.５ｍｍ〜２ｍｍ、深さを５０μｍ〜２００μｍで形成しているが、毛細管力で連結通路２６内を希釈液で充填できるのであれば特に制限はない。

このように計量室２３と混合室１６を連結することで、希釈液収容室２２内に収容された希釈液を分析用デバイスの回転によって計量室２３に移送・充填させても、図１６（ｂ）に示すように、連結通路２６内の希釈液は、分析用デバイスの回転中心から希釈液溢流室２４の流入口と、毛細管流路２５の界面までの半径方向の距離に相当する位置までしか充填されない。計量室２３の充填完了後に分析用デバイスを停止させると、図１７（ａ）に示すように、連結通路２６内は毛細管力が働き、混合室１６の入口まで希釈液で満たされる。このとき、希釈液は混合室１６の深さが深く、毛細管力が連結通路２６の毛細管力に比べて極めて小さいため、混合室１６内には流入しない。

図１７（ｂ）に示すような状態で保持流路１３と連結通路２６が満たされた後、分析用デバイスを再度回転させることで保持流路１３内に保持されている固体成分、および計量室２３内に保持されている希釈液は、図１８（ａ）に示すように、遠心力およびサイフォン効果で混合室１６に移送され、溢流流路１２に充填されていたサンプル溶液は溢流室１５に、分離室１０に保持されていたサンプル溶液はサンプル溢流室１７にそれぞれ移送される。

混合室１６内に流入した固体成分および希釈液は、サイフォン形状を有する連結通路２７を介して測定セル２８に連結しているため、混合室１６内に保持され、希釈された固体成分は回転の加減速や、回転停止中の液の拡散によって混合される。

連結通路２７は、通路幅を０.５ｍｍ〜２ｍｍ、深さを５０μｍ〜２００μｍで形成しているが、毛細管力で連結通路２７内を液で充填できるのであれば特に制限はない。

混合された液は、図１８（ｂ）に示すように、回転の停止とともに、混合された液体で連結通路２７が満たされ、再度回転をさせることで、図１８（ｃ）に示すように、混合室１６内の液を測定セル２８に移送することができる。

サンプル溶液が血液であれば、混合室１６で、希釈液と血球成分を混合することで、血球細胞が破壊されて溶血し、血球内のヘモグロビンが希釈液と混合される。希釈されたヘモグロビンは測定セルにて吸光度を測定することで、血液中のヘモグロビン濃度を算出することができる。

このような本実施の形態５による分析用デバイス５０１、およびこれを用いた分析装置によれば、実施の形態１の分析用デバイスにおいて、保持流路と連通し、固体成分と、希釈溶液または試薬溶液とを混合するための混合室１６と、混合室と連通し、希釈溶液または前記試薬溶液を収容する希釈液収容室２２とを、さらに備えたものとしたので、実施の形態１と同様のプロセスにより、遠心分離した後の固体成分、もしくは高濃度固体成分溶液を、必要量だけ保持流路に移送することができ、さらに、保持流路に移送した固体成分を希釈溶液または試薬溶液と混合して測定セル２８に移送することができる。また、サンプル溶液の一部を移送した際に、残った溶液が後追いで保持流路に流入してくることを防止でき、分析用デバイスの測定精度を向上させることができる効果がある。

（実施の形態６）
以下、本発明の請求項４、請求項１１、請求項１２、および請求項１３に対応する実施の形態６による分析用デバイス６０１、およびこれを用いた測定装置について、図１９〜図２２を用いて、説明する。

なお、本実施の形態６による分析用デバイス６０１の主な構成、および該分析用デバイスが装着される分析装置については、実施の形態１におけると同様であり、ここでは説明を省略する。

図１９は本実施の形態６の分析用デバイス６０１のマイクロチャネル構成を示す平面図である。また、図２０（ａ），（ｂ）は本実施の形態６における分析用デバイス６０１の注入／分離過程を説明するための図、図２１（ａ），（ｂ）は本実施の形態６における分析用デバイス６０１の計量過程を説明するための図、図２２（ａ），（ｂ），（ｃ）は本実施の形態６における分析用デバイス６０１の混合／測定セル充填過程を説明するための図である。

図１９に示すように、本実施の形態６の分析用デバイス６０１のマイクロチャネル構成は、分析するために必要な量のサンプル溶液を注入／収容するための液体収容室９と、サンプル溶液を、溶液成分と固体成分とに、分析用デバイスの回転によって発生する遠心力を用いて分離するための分離室１０と、分離室１０にて分離された溶液成分の一部が分離室１０に連結された連結通路３４を介して移送され、これを保持するための溶液成分保持流路３６と、溶液成分保持流路３６内に充填された溶液成分を保持し、その溶液成分と試薬を混合／反応させて、その混合した液の吸光度や濁度を測定するための測定セル３７と、分離室１０にて分離された固体成分の一部が移送され、これを保持するための保持流路１３と、保持流路１３と分離室１０の間において、分離室１０のサンプル溶液を移送するための連結通路１１により連結される溢流流路１２と、溢流流路１２内に充填されたサンプル溶液が排出される溢流室１５と、分離室１０内に残るサンプル溶液を排出するためのサンプル溢流室１７と、分離室１０とサンプル溢流室１７を連結する連結通路１４と、固体成分を希釈または特定の試薬／抗体と反応させるための変性剤を含む希釈液を注入／収容するための希釈液収容室２２と、希釈液を一定量保持するための計量室２３と、固体成分と希釈液を混合／攪拌するための混合室１６と、その混合した液を保持し、その混合した液の吸光度、濁度、または細胞の個数を測定するための測定セル２８とで構成されている。

ここで、本実施の形態６では、測定セル内に溶液成分と反応させるための試薬が担持されている。また、本実施例では省略しているが、混合室１６と測定セル２８の間、および溶液成分保持流路３６と測定セル３７の間には、サンプル溶液を試薬と反応させる試薬反応室や、攪拌を行うための攪拌室等を設けてもかまわない。

本実施の形態６では、液体収容室９、分離室１０、サンプル溢流室１７、溢流室１５、希釈液収容室２２、計量室２３、希釈液溢流室２４、混合室１６、測定セル２８、測定セル３７の深さを０.３ｍｍ〜２ｍｍで形成しているが、サンプル溶液の量や吸光度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）によって調整可能である。

液体収容室９は分離室１０と連結しており、図２０（ａ）に示すように注入口８からあらかじめ計量された量のサンプル溶液を注入／収容し、分析用デバイスを回転させて遠心力を発生させることで、図２０（ｂ）に示すように、サンプル溶液を分離室１０に移送することができる。

本実施の形態６では、分離室１０にサンプル溶液を一定量保持させるための計量機能を設けていないが、サンプル溶液注入前の工程を減らすために、分離室１０にサンプル溶液を計量するための計量機能、例えば分析用デバイスを回転させた時に、分離室の必要量を保持できる液面位置から溢流流路を介して溢流室に過剰な液を流出させるような構成、または分離室から分析用デバイスの外部まで連通して形成される毛細管流路を設け、サンプル溶液をその毛細管流路の毛細管力によって吸引し、その毛細管流路の体積によってサンプル溶液を計量し、遠心力によって毛細管流路内のサンプル溶液を分離室へ移送するような構成を、設けるようにしてもよい。

本実施の形態６では、液体収容室９と分離室１０を同じ深さにして連結しているが、注入時にサンプル溶液が分離室１０へ流入するのを防ぐために、分離室１０に空気孔を設け、深さ５０μｍ〜２００μｍの毛細管流路で連結してもよい。

分離室１０は、分離されたサンプル溶液の溶液成分が存在する位置より、連結通路３４を介して溶液成分保持流路３６と連結するとともに、分離室１０の半径方向最外方位置より、連結通路１１を介して溢流流路１２と連結し、更には分離室１０の半径方向最外方位置より外方位置に、サイフォン形状を有する連結通路１４を介してサンプル溢流室１７と連結している。

連結通路１１、連結通路３４、および連結通路１４は、通路幅を０.５ｍｍ〜２ｍｍ、深さを５０μｍ〜２００μｍで形成しているが、分析用デバイスの回転停止時に発生する毛細管力で連結通路１１、連結通路３４、および連結通路１４内をサンプル溶液で充填できるのであれば特に制限はない。

本実施の形態６の構成では、本分析用デバイス６０１を回転させて、液体収容室９から分離室１０に移送させた際に、連結通路１１と溢流流路１２の連結位置、連結通路３４と溶液成分保持流路３６の連結位置、および連結通路１４のサイフォンの屈曲点を超えて、サンプル溶液が分離室１０から流出しないように、あらかじめ計量されるサンプル溶液の量から、分離室１０の大きさ、連結通路１１と溢流流路１２の連結位置、連結通路３４と溶液成分保持流路３６の連結位置、連結通路１４のサイフォンの屈曲点位置等を最適化して、サンプル溶液の流出を防ぐ必要がある。このため、本実施の形態６では、連結通路１１および連結通路３４は、分離室１０が一定量のサンプル溶液を保持する時の液面よりも内周位置まで形成しており、また、連結通路１４も、分離室１０が一定量のサンプル溶液を保持する時の液面よりも内周位置にサイフォンの屈曲点を形成しており、これにより、図２０（ｂ）に示すように、遠心力によって液体収容室９から移送されたサンプル溶液は、分離室１０および連結通路１１、連結通路３４、連結通路１４内に保持される。

分離室１０内に保持されたサンプル溶液は、高速回転で数分間回転させることで、図２０（ｂ）に示すように、溶液成分３１と固体成分３２に分離することが可能である。例えば、血液の場合、回転数を４０００ｒｐｍ〜６０００ｒｐｍに設定し、１分〜５分回転させることで、血漿と、血球もしくは高ヘマトクリット血液（血球成分の比率が高い血液）とに、分離することができる。

分離室１０は、連結通路１１と溢流流路１２を介して、保持流路１３に連結しており、連結通路３４を介して、溶液成分保持流路３６に連結しており、溢流流路１２は溢流流路１２よりも外周方向にある溢流室１５と連結し、保持流路１３は保持流路１３よりも外周方向にある混合室１６と連結し、溶液成分保持流路３６は溶液成分保持流路３６よりも外周方向にある測定セル３７と連結している。

保持流路１３および溢流流路１２の深さは５０μｍ〜２００μｍで形成されており、分析用デバイスの回転を停止すると、毛細管力によって、分離室１０内の分離された固体成分もしくは高濃度の固体成分溶液を保持流路１３および溢流流路１２内に充填する。

その際に、まず、連結通路１１内で分離されている溶液成分３１の全てが毛細菅力により溢流流路１２に移送されるが、溢流室１５の深さが深く形成されているので、溶液成分３１は、溢流室１５内へは移送せず、溢流流路１２と溢流室１５の間の結合部３０内に保持される。その後、連結通路１１と分離室１０で分離されている固体成分３２が溢流流路１２を経由して保持流路１３へ移送される。

本実施の形態６では、図２０（ｂ）に示すように、サンプル溶液を分離室１０で遠心分離した際に、溢流流路１２と分離室１０をつなぐ連結通路１１の内周部分に、溶液成分３１が存在するため、そのまま保持流路１３に流入すると、固体成分の濃度が低下し、測定精度のばらつき要因となるため、図２１（ａ）に示すように、溢流流路１２と保持流路１３の分岐点において、溢流流路１２と溢流室１５との結合部３０における溢流流路１２の開口面積を保持流路１３の開口面積よりも大きくすることで溶液成分３１が優先して溢流流路１２に流入するようにしている。ここで、溢流流路１２の保持流路１３に対する開口面積の比率は、１．５倍〜５倍が望ましい。１．５倍以下では、保持流路１３へ溶液成分３１が流入する可能性があり、５倍以上では、溢流流路１２の面積が大きくなりすぎるため、必要以上に固体成分３２が充填されて、固体成分３２のロスが大きくなってしまう可能性がある。

本実施の形態６では、連結通路１１と保持流路１３の間に溢流流路１２を設けているが、保持流路１３と溢流流路１２の分岐点における開口面積を本実施の形態と同じように溢流流路１２の開口面積を保持流路１３の開口面積より大きくすることで、優先して溶液成分３１を溢流流路１２に流入させることができるため、連結通路１１から保持流路１３を介して溢流流路１２を設けることも可能である。

保持流路１３および溢流流路１２は、その流路の体積によって溶液を計量することができるため、固体成分３２は、一定の深さを有する保持流路１３および溢流流路１２の開口面積を調整することで許容体積が決定され、必要な液量を保持することが可能である。溢流流路１２の許容体積は、連結通路１１内に存在する溶液成分３１を全て収容でき、且つ少なくとも収容する溶液成分３１の０.５倍以上の量の固体成分３２が流入できるように設計することで、溶液成分３１が保持流路１３に流入するのを抑制することができる。

溶液成分保持流路３６の深さは５０μｍ〜２００μｍで形成されており、分析用デバイスの回転を停止すると、毛細管力によって、分離室１０内の分離された溶液成分を溶液成分保持流路３６内に充填する。

溶液成分保持流路３６は、その流路の体積によって溶液を計量することができるため、溶液成分３１は、一定の深さを有する溶液成分保持流路３６の開口面積を調整することで許容体積が決定され、必要な液量を保持することが可能である。

保持流路１３に充填された液は、分析用デバイスを回転させて遠心力を加えることで、空気孔１９から空気が混入して保持流路１３と溢流流路１２の境界に圧力がかかり、繋がっていた液は空気孔１９の位置、すなわち保持流路１３と溢流流路１２の境界で破断し、空気孔１９から空気孔２０の間に充填されていた液が混合室１６に流入する。

同様に、溢流流路１２に充填された液も、空気孔１８と空気孔１９の位置で破断し、空気孔１８の位置から空気孔２０の位置間に充填されていた液が溢流室１５に流入し、空気孔１８の位置から分離室１０の間に充填されていた液は、遠心力によって分離室１０内に戻される。

さらには、溶液成分保持流路３６に充填された液も、空気孔３５の位置で破断し、空気孔３５の位置から測定セル３７の間に充填されていた液が測定セル３７に流入し、空気孔３５の位置から分離室１０の間に充填されていた液は、遠心力によって分離室１０内に戻される。

図２１（ｂ）に示すように保持流路１３および溶液成分保持流路３６が満たされた後、分析用デバイスを再度回転させることで保持流路１３内に保持されている固体成分、および溶液成分保持流路３６内に保持されている溶液成分は、図２１（ａ）に示すように、遠心力でそれぞれ混合室１６と、測定セル３７に移送される。

ここで、本実施の形態６では、分離室１０内に残留しているサンプル溶液が、保持流路１３内の液を混合室１６に移送した後、および溶液成分保持流路３６内の液を測定セル３７に移送した後、分析用デバイスの回転を停止させた時に、毛細管力によって再び保持流路１３および溶液成分保持流路３６に流入して、次の回転時に混合室１６および測定セル３７へ再度流入し、混合室１６および測定セル３７内の液の混合比がかわるのを防ぐために、連結通路１４のサイフォン効果によって、分離室１０内のサンプル溶液をサンプル溢流室１７に排出している。

希釈液収容室２２は計量室２３と連結しており、図２０（ａ）に示すように注入口２１から希釈液を注入／収容し、分析用デバイスを回転させることで、図２０（ｂ）に示すように、希釈液を計量室２３に移送することができる。

本実施の形態６では、希釈液収容室２２と計量室２３を同じ深さにして連結しているが、希釈液を注入時に、希釈液が計量室２３へ流入するのを防ぐために、深さ５０μｍ〜２００μｍの毛細管流路で希釈液収容室２２と計量室２３を連結することで、希釈液の流入を抑制することが可能である。

計量室２３は、計量室２３より半径方向内方に配置された希釈液溢流室２４の流入口に、希釈液溢流室２４に近接する計量室２３の半径方向内方に位置する溢流口から毛細管流路２５を介して連結され、計量室２３の半径方向最外方に位置する場所から連結通路２６を介して混合室１６に連結されている。希釈液溢流室２４には、希釈液が流入しやすいように空気孔が設けられており、混合室１６にも、希釈液が連結通路２６を流れやすいように空気孔が設けられている。

連結通路２６は、分析用デバイスの回転中心から希釈液溢流室２４の流入口と、毛細管流路２５の界面までの距離より内方に配置される曲管を備えたサイフォン形状である。本実施の形態６では、毛細管流路２５および連結通路２６の幅を０.５ｍｍ〜２ｍｍ、深さを５０μｍ〜２００μｍで形成しているが、これは、毛細管力で連結通路２６内を希釈液で充填できるのであれば、特に制限されるものではない。

このように、計量室２３と、混合室１６を連結することで、希釈液収容室２２内に収容された希釈液を分析用デバイスの回転によって計量室２３に移送・充填させても、図２０（ｂ）に示すように、連結通路２６内の希釈液は、分析用デバイスの回転中心から希釈液溢流室２４の流入口と、毛細管流路２５の界面までの半径方向の距離に相当する位置までしか充填されない。計量室２３の充填完了後に分析用デバイスを停止させると、図２１（ａ）に示すように、連結通路２６内は毛細管力が働き、混合室１６の入口まで希釈液で満たされる。このとき、希釈液は混合室１６の深さが深く、毛細管力が連結通路２６の毛細管力に比べて極めて小さいため、混合室１６内には流入しない。

図２１（ｂ）に示すように、保持流路１３、溶液成分保持流路３６、連結通路２６が満たされた後、分析用デバイスを再度回転させることで保持流路１３内に保持されている固体成分、溶液成分保持流路３６内に保持されている溶液成分、および計量室２３内に保持されている希釈液は、図２２（ａ）に示すように、遠心力およびサイフォン効果でそれぞれ混合室１６、測定セル３７に移送され、溢流流路１２に充填されていたサンプル溶液は溢流室１５に、分離室１０に保持されていたサンプル溶液はサンプル溢流室１７にそれぞれ移送される。

測定セル３７内に流入した溶液成分は、回転の加減速や、回転停止中の液の拡散によって測定セル３７内に担持されている試薬と混合されるが、振動などの外的な力を用いて混合することも可能である。

測定セル３７内にて試薬と混合された溶液成分内に含まれる分析すべき成分は、その試薬との反応状態を吸光度測定などによって測定することで、サンプル溶液中の濃度を算出することができる。

混合室１６内に流入した固体成分および希釈液は、サイフォン形状を有する連結通路２７を介して測定セル２８に連結しているため、混合室１６内に保持され、希釈された固体成分は回転の加減速や、回転停止中の液の拡散によって混合される。

連結通路２７は、通路幅を０.５ｍｍ〜２ｍｍ、深さを５０μｍ〜２００μｍで形成しているが、毛細管力で連結通路２７内を液で充填できるのであれば特に制限はない。

混合された液は、図２２（ｂ）に示すように、回転の停止とともに、混合された液体で連結通路２７が満たされ、再度回転をさせることで、図２２（ｃ）に示すように、混合室１６内の液を測定セル２８に移送することができる。

サンプル溶液が血液であれば、混合室１６で、希釈液と血球成分を混合することで、血球細胞が破壊されて溶血し、血球内のヘモグロビンが希釈液と混合される。希釈されたへモグロビンは測定セルにて吸光度を測定することで、血液中のヘモグロビン濃度を算出することができる。

このような本実施の形態６による分析用デバイス６０１、およびこれを用いた分析装置によれば、上記実施の形態１の分析用デバイスにおいて、保持流路と連通し、前記固体成分と、希釈溶液または試薬溶液とを混合するための混合室１６と、混合室と連通し、希釈溶液または前記試薬溶液を収容する希釈液収容室２２とを、さらに備えたものとし、さらに、分離室と連結し、分離室内の前記サンプル溶液の、分離された溶液成分の一部を保持するための溶液成分保持流路３６と、該溶液成分保持流路内に充填された溶液成分を保持し、その溶液成分と試薬を混合／反応させて、その混合した液の吸光度や濁度を測定するための測定セル３７とを備えたものとしたので、実施の形態１および実施の形態４と同様のプロセスにより、遠心分離した後の固体成分、もしくは高濃度固体成分溶液を、必要量だけ保持流路に移送するとともに液体成分を測定セル３７に移送することができ、さらに、保持流路に移送した固体成分を希釈溶液または試薬溶液と混合して測定セル２８に移送することができる。また、サンプル溶液の一部を移送した際に、残った溶液が後追いで保持流路に流入してくることを防止でき、分析用デバイスの測定精度を向上させることができる効果がある。

本発明にかかる分析用デバイス、およびその分析用デバイスを用いる分析装置は、遠心分離した後の固体成分、もしくは高濃度固体成分溶液を必要量だけ移送することができるという効果や、サンプル溶液の一部を移送した際に、残った溶液が後追いで流入してくることを防ぐという効果を有し、光学的分析装置で生物学的流体の成分測定に使用する分析用デバイスにおける溶液成分または固体成分の採取方法等として有用である。

本発明の実施の形態１における分析用デバイス１０１の構成を示す模式図 本発明の実施の形態１における分析用デバイス１０１が装着される分析装置１０００の構成を示す図 前記実施の形態１における分析用デバイス１０１のマイクロチャネル構成を示す平面図 前記実施の形態１における分析用デバイス１０１の注入／分離過程を説明するための図 前記実施の形態１における分析用デバイス１０１の計量過程および測定セル充填過程を説明するための図 本発明の実施の形態２における分析用デバイス２０１のマイクロチャネル構成を示す平面図 前記実施の形態２における分析用デバイス２０１の注入／分離過程を説明するための図 前記実施の形態２における分析用デバイス２０１の計量過程および測定セル充填過程を説明するための図 本発明の実施の形態３における分析用デバイス３０１のマイクロチャネル構成を示す平面図 前記実施の形態３における分析用デバイス３０１の注入／分離過程を説明するための図 前記実施の形態３における分析用デバイス３０１の計量過程および測定セル充填過程を説明するための図 本発明の実施の形態４における分析用デバイス４０１のマイクロチャネル構成を示す平面図 前記実施の形態４における分析用デバイス４０１の注入／分離過程を説明するための図 前記実施の形態４における分析用デバイス４０１の計量過程および測定セル充填過程を説明するための図 本発明の実施の形態５における分析用デバイス５０１のマイクロチャネル構成を示す平面図 前記実施の形態５における分析用デバイス５０１の注入／分離過程を説明するための図 前記実施の形態５における分析用デバイス５０１の計量過程を説明するための図 前記実施の形態５における分析用デバイス５０１の混合／測定セル充填過程を説明するための図 本発明の実施の形態６における分析用デバイス６０１のマイクロチャネル構成を示す平面図 前記実施の形態６における分析用デバイス６０１の注入／分離過程を説明するための図 前記実施の形態６における分析用デバイス６０１の計量過程を説明するための図 前記実施の形態６における分析用デバイス６０１の混合／測定セル充填過程を説明するための図 従来例の遠心力を利用したサンプル溶液の分離・移送方法を説明するための図

符号の説明

１ 基板
２ 基板
３ 接着層
４ａ、４ｂ マイクロチャネル
５ａ 反応サンプル
５ 反応溶液
６ 光源部
６ａ 透過光
７ 受光部
８ 注入口
９ 液体収容室
１０ 分離室
１１ 連結通路
１２ 溢流流路
１３ 保持流路
１４ 連結通路
１５ 溢流室
１６ 混合室
１７ サンプル溢流室
１８ 空気孔
１９ 空気孔
２０ 空気孔
２１ 注入口
２２ 希釈液収容室
２３ 計量室
２４ 希釈液溢流室
２５ 毛細管流路
２６ 連結通路
２７ 連結通路
２８ 測定セル
２９ 空気孔
３０ 結合部
３１ 溶液成分
３２ 固体成分
３３ 空気孔
３４ 連結通路
３５ 空気孔
３６ 溶液成分保持流路
３７ 測定セル
８１ 大型流体室
８２ 計量室
８３ 溢流室
８４ 受容室
８５ 毛細管連結手段
８６ サイフォン
１０１,２０１,３０１,４０１,５０１,６０１ 分析用デバイス
１０２ モータ
１０３ レーザ光源
１０４ トラバースモータ
１０５ 送りねじ
１０６ サーボコントロール回路
１０７ フォトディテクタ
１０８ 調整回路
１０９ Ａ／Ｄ変換器
１１０ 透過光量信号処理回路
１１１ ＣＰＵ
１１２ 表示部
１１３ メモリー
１０００ 分析装置

Claims (7)

1. 分析すべきサンプル溶液が収納され、前記サンプル溶液を内部で移送可能な分析用デバイスにおいて、
   前記サンプル溶液を、溶液成分と、固体成分とに、該分析用デバイスの回転によって発生する遠心力を用いて分離するための分離室と、前記分離室にて分離された前記固体成分の一部が移送され、これを保持するための保持流路と、前記保持流路と前記分離室との間に設けられた、前記分離室のサンプル溶液を移送するための連結通路により連結される溢流流路と、を備え、前記分離室で分離されて前記連結通路に存在する溶液成分が、前記溢流流路に優先的に流入した後に、前記分離室で分離された固体成分が、前記連結通路を経由して前記溢流流路に充填され、その後に、前記分離室内の固体成分が、前記連結通路から前記溢流流路を経由して前記保持流路に流入し、固体成分の一部が保持される、ことを特徴とする分析用デバイス。
2. 請求項１に記載の分析用デバイスにおいて、
   前記溢流流路内に充填されたサンプル溶液が排出される溢流室を、さらに備え、前記溢流室は、結合部を介して前記溢流流路と接続されており、前記連結通路から前記溢流流路への前記サンプル溶液の移送は、毛細管力によりなされるものであり、前記溢流流路と前記溢流室との間の、前記結合部における前記溢流流路の開口面積が、前記保持流路の開口面積より大きい、ことを特徴とする分析用デバイス。
3. 請求項１に記載の分析用デバイスにおいて、
   前記溢流流路内に充填されたサンプル溶液が排出される溢流室を、さらに備え、前記溢流室は、結合部を介して前記溢流流路と接続されており、連結流路から前記溢流流路への前記サンプル溶液の移送は、圧送によりなされるものであり、前記溢流室に設けられた空気孔から、吸引ポンプによって、前記溢流流路および前記連結通路内の空気が吸引され、その吸引によってできる圧力差によって、前記連結通路に存在する溶液成分が、優先して前記溢流流路の前記溢流室との前記結合部に移送される、ことを特徴とする分析用デバイス。
4. 請求項１に記載の分析用デバイスにおいて、
   前記保持流路と連通し、前記固体成分と、希釈溶液または試薬溶液とを混合するための混合室と、前記混合室と連通し、前記希釈溶液または前記試薬溶液を収容する希釈液収容室とを、さらに備えた、ことを特徴とする分析用デバイス。
5. 請求項１に記載の分析用デバイスにおいて、
   前記保持流路は、その流路の体積によって固体成分を計量する、ことを特徴とする分析用デバイス。
6. 請求項２に記載の分析用デバイスが装着される分析装置であって、
   前記分析用デバイスを、その軸心周りに回転させる回転駆動手段を備え、前記分離室にサンプル溶液が収容された状態で前記分析用デバイスを回転させることにより前記サンプル溶液を溶液成分と固体成分に分離し、その後に前記分析用デバイスの回転を停止することで、前記分離室から前記連結通路に流入した溶液成分を、毛細管力によって前記溢流流路の前記溢流室との前記結合部に優先して移送し、その後に前記分離室内の固体成分を、毛細管力によって前記保持流路に移送し、再び前記分析用デバイスを回転させることで、前記溢流流路およびその結合部に充填された溶液成分と固体成分を、前記溢流室に排出する、 ことを特徴とする分析装置。
7. 請求項３に記載の分析用デバイスが装着される分析装置であって、
   前記分析用デバイスを軸心周りに回転させる回転駆動手段と、前記分析用デバイス内の液を吸引するためのポンプと、前記ポンプと前記分析用デバイスの空気孔とを接続するための連結機構と、を備え、前記分離室にサンプル溶液が収容された状態で、前記分析用デバイスを回転させることにより、前記サンプル溶液を溶液成分と固体成分に分離し、その後に、前記分析用デバイスの回転を停止させた後に、前記連結機構を前記溢流室の空気孔に接続させて、前記ポンプにて空気を吸引して、前記連結通路内に流入した溶液成分を前記溢流流路の前記溢流室との前記結合部にまで優先して移送させ、さらに、前記結合部が充填された後に、前記保持流路に連結された保持室の空気孔に前記連結機構を接続させて、前記ポンプにて空気を吸引することで、前記分離室内の固体成分を前記保持流路に移送させ、前記保持流路が固体成分で充填された後に、前記連結機構を離脱させ、再び前記分析用デバイスを回転させることで、前記溢流流路およびその結合部に充填された溶液成分と固体成分を、前記溢流室に排出させる、ことを特徴とする分析装置。

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