(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のゲートを有する物体の流路と、
前記複数のゲートの上流に設けられ、前記流路へ前記物体を流入させる流入口と、
前記複数のゲートの下流に設けられ、前記流路から前記物体を流出させる流出口と、
を備え、前記複数のゲートを流れる前記物体の速度を算出するためのマイクロチップにおいて、
前記複数のゲートは、
前記流入口及び前記流出口のうち少なくとも一方からの距離が互いに異なっており、
前記流入口及び前記流出口のうちいずれか近い一方からの距離が長いものほど流路抵抗が小さいことを特徴とするマイクロチップ。
【請求項２】
前記複数のゲートは、前記流入口及び前記流出口のうちいずれか近い一方からの距離が長いものほど、高さが高いか、或いは幅が広いことを特徴とする請求項１に記載のマイクロチップ。
【請求項３】
前記複数のゲートは、物体の流れ方向に直交する断面積が互いに同一であって、前記流入口及び前記流出口のうちいずれか近い一方からの距離が長いものほど、流れ方向の長さが短いか、或いは表面の摩擦抵抗が小さいことを特徴とする請求項１に記載のマイクロチップ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載のマイクロチップを備えることを特徴とする速度計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロチップ及びこれを備える速度計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、健康に対する関心の高まりとともに、健康のバロメータとして血液の流動性が注目されるようになっている。この血液の流動性を調べる方法としては、複数の微細な流路（ゲート）を有するマイクロチップに血液を通過させて、通過に要する時間を計測する方法が知られている（例えば、特許文献１，２参照）。【０００３】
一方、血液の流動性をより詳細に評価するために、血液中の血球の速度を用いて血液の流動性を定量化することが望まれている。血球の速度を計測する方法としては、血管を連続撮影して得られた複数の血流画像から血球個々の移動距離を求め、この移動距離とカメラのフレームレートの値とから血球個々の速度を算出する方法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。【０００４】
また、血球以外の微細な粒子の速度を計測する方法として、ノズルからの噴流の撮影時にストロボを高速で２回発光させ、得られた多重露出の１つの画像から噴流中の粒子の移動距離を求めて、この移動距離とストロボの発光間隔とから当該粒子の速度を算出する方法が提案されている（例えば、特許文献４参照）。【０００５】
更に、高速カメラで連続撮影された複数の気流の可視化画像をパターンマッチングすることにより、気流中の粒子個々の認識や追跡を行う必要なく、気流の二次元速度マップを作成する方法なども提案されている（例えば、非特許文献１参照）。【０００６】
上記の方法は、いずれも計測対象の撮影画像からその速度を算出している。したがって、血液を通過させたマイクロチップ内を撮影しつつ上記の方法を適用することで、マイクロチップ内の複数のゲートを流れる血球の速度を算出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第２６８５５４４号公報
【特許文献２】特開２００５−２６５６３４号公報
【特許文献３】特開２００６−２２３７６１号公報
【特許文献４】特開２００２−１４８２７０号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】加賀昭和，井上義雄，山口克人，気流分布の画像計測のためのパターン追跡アルゴリズム，可視化情報学会誌，Ｖｏｌ．１４，Ｎｏ．５３，１９９４，１０８−１１５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、マイクロチップ内では、血液の流入口及び流出口からの距離に応じてゲート前後の流路抵抗が各ゲートで異なるために、マイクロチップ内での位置によって各ゲートで血球の速度が異なっている。そのため、異なるゲートを撮影してしまうと、算出された速度に再現性が得られず、信頼性の高い計測を行うことが困難であった。【００１０】
この点、常に同一のゲートを特定できるように同じ位置を撮影すれば、再現性を得ることは可能である。ところが、マイクロチップとカメラとは計測時の振動等により互いの位置をずらしてしまううえに、ゲートは幅が約１０μｍと極めて微細であるため、常に同じ位置を撮影して同一のゲートを特定することが困難であった。マイクロチップやカメラを強固に固定することは可能ではあるが、煩雑な固定作業やコストアップを伴ってしまう。【００１１】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたもので、煩雑な固定作業やコストアップを伴うことなく、より信頼性の高い速度計測を行うことのできるマイクロチップ及びこれを備える速度計測装置の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
複数のゲートを有する物体（例えば、血球）の流路と、
前記複数のゲートの上流に設けられ、前記流路へ前記物体を流入させる流入口と、
前記複数のゲートの下流に設けられ、前記流路から前記物体を流出させる流出口と、
を備え、前記複数のゲートを流れる前記物体の速度を算出するためのマイクロチップにおいて、
前記複数のゲートは、
前記流入口及び前記流出口のうち少なくとも一方からの距離が互いに異なっており、
前記流入口及び前記流出口のうちいずれか近い一方からの距離が長いものほど流路抵抗が小さいことを特徴とする。【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のマイクロチップにおいて、
前記複数のゲートは、前記流入口及び前記流出口のうちいずれか近い一方からの距離が長いものほど、高さが高いか、或いは幅が広いことを特徴とする。【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のマイクロチップにおいて、
前記複数のゲートは、物体の流れ方向に直交する断面積が互いに同一であって、前記流入口及び前記流出口のうちいずれか近い一方からの距離が長いものほど、流れ方向の長さが短いか、或いは表面の摩擦抵抗が小さいことを特徴とする。【００１５】
請求項４に記載の発明は、速度計測装置において、
請求項１〜３のいずれか一項に記載のマイクロチップを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、複数のゲートは、流入口及び流出口のうちいずれか近い一方からの距離が長いものほど流路抵抗が小さいので、複数のゲートを流れる血球の速度がより均一化される。これにより、異なるゲートでの血球の速度を計測した場合であっても、より高い再現性を得ることができる。したがって、マイクロチップやカメラを強固に固定して煩雑な固定作業やコストアップを伴うことなく、より信頼性の高い速度計測を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】速度計測装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】（ａ）マイクロチップの平面図であり、（ｂ）側面図である。
【図３】マイクロチップの部分拡大図である。
【図４】（ａ）（ｂ）マイクロチップのゲートを説明するための図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）マイクロチップのゲートを説明するための図である。
【図６】ゲートを流れる血球の速度を相対表示した速度比テーブルである。
【図７】ゲートの別例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について、図を参照して説明する。
【００１９】
図１は、本発明に係る速度計測装置１の全体構成を示すブロック図である。
【００２０】
この図に示すように、速度計測装置１は、血液を供給槽１０からマイクロチップ２に通して排出槽１１へ導き、その過程で取得される情報から血液中の血球の速度を算出するものである。
【００２１】
具体的には、速度計測装置１は、マイクロチップ２と、マイクロチップ２内の血液の流れを撮影するＴＶカメラ３と、ＴＶカメラ３で撮影された血流画像に基づいて血球の速度を算出するパソコン（ＰＣ）７と、血流画像等を表示するディスプレイ８と、マイクロチップ２内の血流を制御する差圧制御部９とを備えている。
【００２２】
なお、速度計測装置１は、生理食塩水や生理活性物質などの液体を血液と混合してマイクロチップ２に導けるよう、ミクサー１２を介して血液流路に連結された複数の溶液びん１３等を更に備えている。そして、生理食塩水や生理活性物質などの液体と混合された血液（以下、単に「血液」という）は、差圧制御部９がマイクロチップ２前後の差圧を調整することにより、マイクロチップ２内を所望量だけ流れるようになっている。また、差圧制御部９やミクサー１２の他、供給槽１０のバルブ１０ａは、シーケンス制御部１７によって統合制御されている。
【００２３】
図２（ａ）は、マイクロチップ２の平面図であり、図２（ｂ）は、側面図である。
【００２４】
この図に示すように、マイクロチップ２は、矩形状のガラス平板２０及びベース板２１を重ね合わせて形成されている。
【００２５】
ガラス平板２０は、平板状に形成されており、ベース板２１の内側面（図２（ｂ）では上側の面）を覆っている。
【００２６】
ベース板２１は、両端部に窪み部２１０，２１１を、これら窪み部２１０，２１１の間に複数の溝部２１２，…を有している。
【００２７】
このうち、窪み部２１０は、供給槽１０と連通されて血液の流入口２７を形成する貫通口２１０ａを底面に有しており、血液を貯留する上流側貯留部２２をガラス平板２０との間に形成している。
【００２８】
同様に、窪み部２１１は、排出槽１１と連通されて血液の流出口２８を形成する貫通口２１１ａを底面に有しており、血液を貯留する下流側貯留部２３をガラス平板２０との間に形成している。
【００２９】
また、複数の溝部２１２，…は、窪み部２１０と窪み部２１１とを結ぶ方向（図中のＸ方向）に対して平行に延在するよう配設され、Ｘ方向に延在するテラス部２１３によって、Ｘ方向に直交する方向（図中のＹ方向）に仕切られた状態となっている。これら複数の溝部２１２，…は、互い違いに窪み部２１０、または窪み部２１１に連通しており、これにより、上流側貯留部２２から血液を流入させる上流側血液回路２４と、下流側貯留部２３に血液を流入させる下流側血液回路２５とを、ガラス平板２０との間に形成している。本実施形態においては、各３つの上流側血液回路２４と下流側血液回路２５とが、５つのテラス部２１３によって仕切られている。
【００３０】
図３は、マイクロチップ２の部分拡大図であり、図４（ａ）（ｂ）及び図５（ａ）〜（ｃ）は、後述するゲート２６を説明するための図である。なお、図４（ａ）（ｂ）ともに、上側の図は、テラス部２１３の平面図であり、下側の図は、その側断面図である。
【００３１】
図３及び図４（ａ）（ｂ）に示すように、テラス部２１３の上端部には、六角形状の土手部２１４がＸ方向に複数配列されており、頂面でガラス平板２０に当接している。
【００３２】
これら複数の土手部２１４，…は、互いとの間に峡間部２１５を形成している。峡間部２１５は、ガラス平板２０の下面との間に、Ｙ方向に平行なＺ方向（以下、流れ方向Ｚという）へ血液を流す微細な流路としてのゲート２６を形成している。
【００３３】
このように、ゲート２６の幅は、凝集量を計測する計測対象の血球種の血球径よりも狭くして、血球１個が変形しながら通過可能な幅とすることが好ましい。これにより、このゲート２６を通過する血球の変形の様子を観察することができる。なお、ゲート２６の幅は、凝集量を計測する計測対象の血球種の血球径に対し、当該血球径と同程度の幅、或いは血球径よりも広い幅であって血球２個が並列して同時に通過できない幅とすることもできる。
【００３４】
また、複数の土手部２１４，…は、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、各テラス部２１３において、Ｘ方向の両端側のものほど長くなるように、Ｙ方向の長さがそれぞれ異なる長さに形成されている。同時に、複数の土手部２１４，…は、５つのテラス部２１３のうち、Ｙ方向両端の２つのテラス部２１３ａ，２１３ａと、両端から２番目の２つのテラス部２１３ｂ，２１３ｂと、中央のテラス部２１３ｃ（図２参照）とで、Ｙ方向の長さがそれぞれ異なる長さに形成されている。より詳しくは、Ｙ方向両端のテラス部２１３ａ，２１３ａに形成された土手部２１４，…が最も短く、中央のテラス部２１３ｃに形成された土手部２１４，…が最も長く、両端から２番目のテラス部２１３ｂ，２１３ｂに形成された土手部２１４，…がこれらの中間の長さとなるように、それぞれ異なる長さに形成されている。
【００３５】
つまり、複数の土手部２１４，…は、マイクロチップ２全体として見たときに、Ｘ方向においてその両端側のものほど長くなり、Ｙ方向においてその両端側のものほど短くなるように、Ｙ方向の長さがそれぞれ異なる長さに形成されている。
【００３６】
この複数の土手部２１４，…のＹ方向の長さは、図６に示す速度比テーブルに基づいて決定されている。この速度比テーブルの各欄は、マイクロチップ２の上面視でのゲート２６の位置に対応しており、図中の左右方向がＸ方向、上下方向がＹ方向の各位置に対応している。但し、図中の各欄は一部を省略して例示したものであり実際の各ゲート２６と各欄とが一対一に対応している訳ではない。複数の土手部２１４，…のＹ方向の長さは、全てのゲート２６，…が、対応する速度比テーブルの欄の値に比例する流路抵抗の関係を互いに有するように決定されている。
【００３７】
この速度比テーブルは、予め行われた予備計測におけるゲート中の血球の速度を相対表示したものである。予備計測で用いたマイクロチップは、本実施形態におけるマイクロチップ２での全ての土手部２１４，…のＹ方向の長さを同じ長さに形成したものである。
【００３８】
つまり、この速度比テーブルより、全ての土手部２１４，…のＹ方向の長さを同じ長さに形成した場合には、Ｘ方向に並んで配列された位置関係にある複数のゲート２６，…での血球の速度は、いずれのＹ方向位置においても両端で速く、中央で遅くなることが分かる。また、Ｙ方向に並んで配列された位置関係にある複数のゲート２６，…での血球の速度は、いずれのＸ方向位置においても両端で遅く、中央で速くなることが分かる。したがって、全てのゲート２６，…が、対応する速度比テーブルの欄の値に比例する流路抵抗の関係を互いに有するよう当該ゲート２６，…を形成することで、この全てのゲート２６，…を流れる血球の速度をより均一化することができる。
【００３９】
なお、全ての土手部２１４，…のＹ方向の長さを同じ長さに形成した場合に、複数のゲート２６，…での血球の速度がそれぞれ異なるのは、流入口２７及び流出口２８からの距離に応じて、ゲート２６前後の流路抵抗が各ゲート２６で異なるためと考えられる。つまり、流入口２７又は流出口２８から近い（血液の経路が短い）ゲート２６ほど、血液が流れる経路での正味の流路抵抗が小さいために、血球の速度が速くなる。したがって、複数のゲート２６，…は、流入口２７及び流出口２８のうち、いずれか近い一方からの距離が長いものほど流路抵抗が小さくなるように形成されていればよい。このようにすることにより、各ゲート２６での血液が流れる経路での正味の流路抵抗が同一となる。ここで、流入口２７（流出口２８）からの距離とは、より正確には、上流側貯留部２２（下流側貯留部２３）に開口している流入口２７（流出口２８）の開口面の中心からの距離を指している。
【００４０】
以上の構成を具備するマイクロチップ２では、上流側貯留部２２，上流側血液回路２４，下流側血液回路２５，下流側貯留部２３及び複数のゲート２６，…を含んで構成される血液（血球）の流路が形成されている。そして、供給槽１０から流入口２７を通じて当該流路へ流入した血液（血球）は、上流側貯留部２２で貯留され、上流側血液回路２４からゲート２６，下流側血液回路２５を通過した後、下流側貯留部２３に貯留されて流出口２８を通じて流路から流出し、排出槽１１へ排出される。この過程で、ゲート２６を流れる血液中の血球、例えば赤血球は、このゲート２６内を変形しながら通過する。
【００４１】
また、マイクロチップ２の上流及び下流には、マイクロチップ２の入口及び出口近傍での血液の圧力を計測する圧力センサＥ１及び圧力センサＥ２が設けられている（図１参照）。これら圧力センサＥ１及び圧力センサＥ２は、計測したチップ上流圧力Ｐ１及びチップ下流圧力Ｐ２を差圧制御部９へ出力する。
【００４２】
ＴＶカメラ３は、図１に示すように、マイクロチップ２のガラス平板２０に対向して設置され、ゲート２６を通過する血液の流れをガラス平板２０越しに撮影する。このＴＶカメラ３は、例えばデジタルＣＣＤカメラであり、血液の流れを撮影するための高速カメラ、或いは動画が撮影可能なカメラである。ＴＶカメラ３で撮影された血流画像は、パソコン７に出力されるとともに、ディスプレイ８に表示される。
【００４３】
パソコン７は、ＴＶカメラ３から入力された血流画像を解析して血球の速度を算出する演算処理部７０を備えている。血流画像から血球の速度を算出する方法としては、例えば特開２００６−２２３７６１号公報等に記載の、従来より公知の方法を用いることができる。
【００４４】
ディスプレイ８は、ＴＶカメラ３が出力した血流画像や、パソコン７で算出された算出結果等を表示する。
【００４５】
差圧制御部９は、シーケンス制御部１７からの制御指令に応じてマイクロチップ２前後の差圧を制御する。具体的には、差圧制御部９は、チップ上流圧力Ｐ１及びチップ下流圧力Ｐ２がそれぞれ所定の圧力となるように、マイクロチップ２上流の加圧ポンプ１５とマイクロチップ２下流の減圧ポンプ１６とをそれぞれ制御する。なお、この差圧制御部９やシーケンス制御部１７は、パソコン７と一体に構成してもよい。
【００４６】
以上のマイクロチップ２によれば、複数のゲート２６，…は、流入口２７及び流出口２８のうちいずれか近い一方からの距離が長いものほどゲート２６の流路抵抗が小さいので、血液が流れる経路での正味の流路抵抗の均一化が図られるので、流量が均一化され、引いては複数のゲート２６，…を流れる血球の速度がより均一化される。これにより、異なるゲート２６での血球の速度を計測した場合であっても、より高い再現性を得ることができる。したがって、マイクロチップ２やＴＶカメラ３を強固に固定して煩雑な固定作業やコストアップを伴うことなく、より信頼性の高い速度計測を行うことができる。
【００４７】
なお、本発明は上記実施形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。
【００４８】
例えば、上記実施形態では、複数のゲート２６，…は、流入口２７及び流出口２８のうちいずれか近い一方からの距離が長いものほど、Ｙ方向（流れ方向Ｚ）の長さが短くなるものとしたが、これに限定されず、図７（ａ）に示すように、ゲートの幅が広くなるものとしてもよいし、図７（ｂ）に示すように、ゲートの高さが高くなる（空間の断面厚みが大きくなる）ものとしてもよいし、図７（ｃ）に示すように、ゲートの表面（例えば、土手部の側面）の摩擦抵抗が小さくなるものとしてもよい。なお、図７（ａ）〜（ｃ）では、Ｘ方向に配列された１列のゲート２６，…のみを例示しており、このうち、図７（ｃ）では、濃淡で摩擦抵抗の大小を表現している（濃度が濃いものほど摩擦抵抗が大きい）。表面での摩擦抵抗の大小は表面荒さを変更したり、ゲート２６の材料あるいは表面のコート層を変更したりすることにより調整することができる。
【００４９】
また、上記のうち、流れ方向Ｚへの長さが短くなるか、或いは表面の摩擦抵抗が小さくなるものとした場合には、複数のゲート２６，…は、血球の流れ方向Ｚに直交する断面積が互いに同一に形成されるので、血球のように変形を伴って流れる物体の速度計測に好ましく用いることができる。
【００５０】
また、マイクロチップ２は、血液中の血球の速度を求めるためのものとしたが、血球の速度でなく、微細な粒子等の物体の速度を求めるためのものとしてもよい。
【００５１】
また、複数のゲート２６，…は、流入口２７及び流出口２８のうち少なくとも一方からの距離が互いに異なるように配列されていればよい。
【００５２】
また、全てのゲート２６，…の流路抵抗を変えなくともよく、撮影範囲内のいくつかのゲート２６，…の流路抵抗のみを変えることとしてもよいし、Ｘ方向及びＹ方向に配列されたゲート２６，…のうち、一方に配列されたゲート２６，…に対してのみ、ゲート２６，…の流路抵抗を変えることとしてもよい。
【００５３】
また、複数のゲート２６，…は、流入口２７及び流出口２８のうちいずれか近い一方からの距離が長いものほど流路抵抗が小さくなるよう形成されているものとしたが、ここでの流入口又は流出口は、上記実施形態における流入口２７又は流出口２８に限定されない。例えば、流入口は、複数のゲート２６，…への血液（血球）の流路が分岐する直前の流路領域としてもよいし、複数のゲート２６，…が複数群形成されて各群への血液の流路が分岐している場合には、その分岐する直前の流路領域としてもよい。また、流出口は、複数のゲート２６，…からの血液の流路が統合された直後の流路領域としてもよいし、複数のゲート２６，…が複数群形成されて各群からの血液の流路が統合されている場合には、その統合された直後の流路領域としてもよい。
【符号の説明】
【００５４】
１  速度計測装置
２  マイクロチップ
２６  ゲート
２７  流入口
２８  流出口
Ｚ  流れ方向
【図１】
0005527322.tif 000002
【図２】
0005527322.tif 000003
【図３】
0005527322.tif 000004
【図４】
0005527322.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
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