(57)【要約】      （修正有）【課題】  全血試料から血漿を高効率で簡便に分離し、感染性の試料であっても安全な作業が可能で、分離後の血漿をただちに分析可能とするマイクロチャンネルデバイスとこれを用いた血漿分離システムを提供する。【解決手段】血液試料を流通させる試料チャンネル（１）と分離された血漿を回収する血漿回収チャンネル（２）とが基板上に配設され、（１）と（２）とが隔壁（４）を介して並設されている分離部において、隔壁を欠いて（１）から（２）への血漿の移行分離を可能にする分離用の架橋チャンネル（５）を複数設け、その各々の深さは２μｍ未満で、その流れ方向に直交する断面の断面積（ＳC）は、（１）の流れ方向に直交する断面の断面積（ＳA）の０．０１〜０．５倍の範囲で、流れ方向に直交する試料チャンネル（１）と血漿回収チャンネル（２）各々の断面の断面積の比（ＳA／ＳB）が１〜1／５０の範囲にする。【選択図】  図１
2006090903.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
全血から血漿分離を行うためのマイクロデバイスであって、血液試料を流通させる試料チャンネルと分離された血漿を回収する血漿回収チャンネルとが基板上もしくは基板とその上部に積載されるカバープレートとの界面域に配設され、試料チャンネルと血漿回収チャンネルとが隔壁を介して並設されている分離部においては、膈壁を欠いて試料チャンネルから血漿回収チャンネルへの血漿の移行分離を可能にする分離用の架橋チャンネルが複数設けられており、該架橋チャンネルの各々の深さは２μｍ未満であって、その流れ方向に直交する断面の断面積（ＳC）は、試料チャンネルの流れ方向に直交する断面の断面積（ＳA）の０．０１〜０．５倍の範囲にあり、流れ方向に直交する試料チャンネルと血漿回収チャンネル各々の断面の断面積の比（ＳA／ＳB）が１〜１／５０の範囲にあって、前記架橋チャンネルの配設ピッチ（Ｐ）が試料チャンネルの幅（ＷA）の０．５〜３倍の範囲であることを特徴とする血漿分離用のマイクロデバイス。
【請求項２】
請求項１のマイクロデバイスを用いる全血から血漿分離を行うためのシステムであって、試料チャンネルには血液試料を、血漿回収チャンネルには回収用液を同一の流れ方向に各々流通させるための供給手段を有し、該供給手段は、単位断面積単位時間あたりの血液試料の流量（ＱA／ＳA）と回収液の流量（ＱB／ＳB）の比を、０≦／ＱBＳA／ＱAＳB＜１の範囲に制御可能としていることを特徴とする血漿分離用のマイクロデバイスシステム。
【請求項３】
血漿回収チャンネルは、イムノアッセイチャンネルに連通されていることを特徴とする請求項２の血漿分離用マイクロデバイスシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願の発明は、全血試料から血漿を高効率で簡便に分離することのできる血漿分離用のマイクロデバイスとそのシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
血液検査は、医療診断において重要なツールである。通常の分析では、血球による影響を避けるため、血漿（あるいは血清）のみを分離して用いる必要がある。しかしながらこれまでは、採血した血液試料を遠沈管に入れて遠心分離し、血餅と血漿を分離しているため、血漿分離作業は時間がかかるうえ、試料が感染性のものであった場合、作業には危険が伴う。さらに、血漿は分離してから時間が経過すると着色してしまうため、血漿分離後ただちに分析することが好ましい。
【０００３】
また、マイクロチャネルを用いて血液分析を行った例（非特許文献１）や血液分析への応用の可能性を示した例（非特許文献２−６）はこれまでにいくつか報告されている。しかしながら、これらは、血漿分離に遠心分離、あるいは高価な加工プロセスを必要としている。
【０００４】
一方、マイクロチャンネルを用いた流体操作については、この出願の発明者らによる提案をはじめとして様々な観点からの改良、工夫が進められてきている。このような工夫の一つとして、細胞やタンパク質等の小さなサイズの物質の分別のために、並設された流路間を断続的に連通させる分離流路を架橋させた構造が提案されている（特許文献１）。
【０００５】
しかしこの提案においては、全血からの血漿分離という特有の対象と目的についての検討が行われておらず、背景技術としては有益であるものの、血漿分離のためには使用できず、マイクロチャンネル構造とそのシステムとしての実用化のためには抜本的な対応が必要とされていた。
【非特許文献１】Japan Soc. ME & BE, Dec. 2001, 2p3
【非特許文献２】Micro Total Analysis System 2002, Kluwer Academic Publishers, 2002, p.627
【非特許文献３】Sens. Actuators, A. 1996, 54, 704
【非特許文献４】Lab Chip, 2003, 3, 62
【非特許文献５】Anal. Chem., 1999, 71, 1464
【特許文献１】特開２００４−４２０１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この出願の発明は、以上のとおりの背景から、全血試料から血漿を高効率で簡便に分離することができ、感染性の試料であっても安全な作業が可能とされ、分離後の血漿をただちに分析可能とする、新しい血漿分離用のマイクロチャンネルデバイスとこれを用いた血漿分離システムを提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この出願の発明は、上記課題を解決するものとして以下の特徴を有している。
【０００８】
第１：全血から血漿分離を行うためのマイクロデバイスであって、血液試料を流通させる試料チャンネルと分離された血漿を回収する血漿回収チャンネルとが基板上もしくは基板とその上部に積載されるカバープレートとの界面域に配設され、試料チャンネルと血漿回収チャンネルとが隔壁を介して並設されている分離部においては、隔壁を欠いて試料チャンネルから血漿回収チャンネルへの血漿の移行分離を可能にする分離用の架橋チャンネルが複数設けられており、該架橋チャンネルの各々の深さは２μｍ未満であって、その流れ方向に直交する断面の断面積（ＳC）は、試料チャンネルの流れ方向に直交する断面の断面積（ＳA）の０．０１〜０．５倍の範囲にあり、流れ方向に直交する試料チャンネルと血漿回収チャンネル各々の断面の断面積の比（ＳA／ＳB）が１〜1／５０の範囲にあって、前記架橋チャンネルの配設ピッチ（Ｐ）が試料チャンネルの幅（ＷA）の０．５〜３倍の範囲である血漿分離用のマイクロデバイス。
【０００９】
第２：上記のマイクロデバイスを用いる全血から血漿分離を行うためのシステムであって、試料チャンネルには血液試料を、血漿回収チャンネルには回収用液を同一の流れ方向に各々流通させるための供給手段を有し、該供給手段は、単位断面積単位時間あたりの血液試料の流量（ＱA／ＳA）と回収液の流量（ＱB／ＳB）との比を、０≦／ＱBＳA／ＱAＳB＜１の範囲に制御可能としている血漿分離用のマイクロデバイスシステム。
【００１０】
第３：血漿回収チャンネルは、イムノアッセイチャンネルに連通されている上記の血漿分離用マイクロデバイスシステム。
【発明の効果】
【００１１】
上記のとおりのこの出願の発明によれば、この出願の発明者らが開発してきたマイクロチャンネルデバイス技術を踏まえることで、全血試料から血漿を高効率で簡便に分離することができ、感染性の試料であってもマイクロチャンネルの特有の構造と操作によって安全な作業が可能とされ、しかも分離後の血漿をただちに分析可能とする。このように、新しい血漿分離用のマイクロチャンネルデバイスとこれを用いた血漿分離システムが実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
この出願の発明は上記のとおりの特徴をもつものであるが、以下にその実施の形態について説明する。
【００１３】
添付した図面の図１、図２、図３は、この出願の発明の一実施形態を例示するものであって、図１は、血漿分離用マイクロデバイスの要部概要を例示した斜視図であり、図２は、カバープレートを装着した状態の断面概要図であり、図３は、その全体の平面概要図である。
【００１４】
これらの図面に沿って説明すると、血漿分離用マイクロデバイスは、全血から血漿分離を行うためのものであって、血液試料を流通させる試料チャンネル（１）と分離された血漿を回収する血漿回収チャンネル（２）とが基板（３）上に配設され、試料チャンネル（１）と血漿回収チャンネル（２）とが隔壁（４）を介して並設されている分離部（Ｓe）においては、隔壁を欠いて試料チャンネル（１）から血漿回収チャンネル（２）への血漿の移行分離を可能にする分離用の架橋チャンネル（５）が複数設けられている。そして、この架橋チャンネル（５）の各々の深さ（Ｄ）は２μｍ未満であって、その流れ方向に直交する断面の断面積（ＳC）は、試料チャンネル（１）の流れ方向に直交する断面の断面積（ＳA）の０．０１〜０．５倍の範囲にあり、流れ方向に直交する試料チャンネル（１）と血漿回収チャンネル（２）各々の断面の断面積の比（ＳA／ＳB）が１〜１／５０の範囲にあって、前記架橋チャンネル（５）の配設ピッチ（Ｐ）が試料チャンネル（１）の幅（ＷA）の０．５〜３倍の範囲であることを特徴としている。
【００１５】
マイクロデバイスとしては、たとえば図２に例示したように基板（３）の表面にカバープレート（６）が載置された構造を有しているものとする。
【００１６】
以上のような特有な構造の血漿分離用マイクロデバイスにおいては、基板（３）、そしてカバープレート（６）の材質は各種のものであってよく、従来公知のガラス、樹脂、セラミックス、シリコン、あるいは金属等であってよい。なかでも、透明性の高いガラス等が好適なものの一つとして例に挙げられる。試料チャンネル（１）、血漿回収チャンネル（２）、架橋チャンネル（５）を形成するための手段としては、従来より知られているリソグラフィー、エッチングの各種手段が採用されてよい。
【００１７】
マイクロチャンネル（流路）の特徴である層流を実現し、血液試料からの血漿分離を効率的に行うための一般的目安としてのサイズ（寸法）は、試料チャンネル（１）および血漿回収チャンネル（２）については、幅３０μｍ〜５００μｍ、深さ１０〜１００μｍとすることが考慮される。そして、血漿を移行分離可能とするための架橋チャンネル（５）については、その深さ（Ｄ）、つまり基板（１）表面位置からの切り込み深さは２μｍ以下とする。このことは、血球のサイズが、赤血球：径７〜８．５μｍ（円盤状、厚さ：中央部１μｍ、辺縁部２μｍ）、白血球：径６〜２０μｍ、血小板：径２〜４μｍであることや、血液試料の粘性、その変質の時間ファクター等のことを考慮し、実際的に分離操作として検証を行うことから導かれている。同様にして、この架橋チャンネル（５）については、図１にも示したその流れ方向に直交する断面の断面積（ＳC）は、試料チャンネル（１）の流れ方向に直交する断面の断面積（ＳA）に対し、ＳC／ＳAが０．０１〜０．５倍の範囲内にあることを必須としている。また、この断面積比（ＳC／ＳA）は、流れ方向に直交する試料チャンネル（１）と血漿回収チャンネル（２）の各々の断面の断面積（ＳA、ＳB）の比が、ＳA／ＳBとして１〜1／５０の範囲にあることを必須としている。さらには、複数の架橋チャンネル（５）の配設のためのピッチ（Ｐ）については、試料チャンネル（１）の幅（ＷA）の０．５〜３倍の範囲にあることを必須としている。
【００１８】
上記のとおりの深さ（Ｄ）、断面積比ＳC／ＳA、ＳA／ＳB、そして配設ピッチＰが上記範囲内にない場合には、血球の血漿への混入や短時間での血球と血漿の分離が困難となり、血液分析を行うための必要量の血漿の実際的な回収は容易ではない。
【００１９】
マイクロデバイスの隔壁（４）の幅については、実際のエッチング等の加工精度や隔壁としての強度にもよるが、安定した血漿分離を可能とするためには、一般的には、１０μｍ〜４０μｍの範囲とすることが考慮される。
【００２０】
この隔壁（４）と架橋チャンネル（５）の形状については、図１、図３に例示した矩形だけでなく、たとえば図４の平面図に例示したように、試料チャンネル（１）から血漿回収チャンネル（２）側への傾斜を設けてもよい。この場合にはその傾斜角度（α）としては、６０°〜１２０°の範囲が考慮される。このような傾斜の配置は、マイクロチャンネル内の流体の流れを乱さないという利点がある。
【００２１】
また、複数個配置することのできる架橋チャンネル（５）の分離部（Ｓe）における配置数については、分離効率の観点を考慮することができる。一般的には、その数は１０〜１０００個の範囲とすることができる。
【００２２】
この出願の発明についての実際の具体例について説明すると、図５に示した架橋チャンネルの深さ（Ｄ）が１μｍの寸法のマイクロデバイスを作製した。このものの架橋チャンネルの数は、１１個とし、その図３に示したような流れ方向のピッチ（Ｐ）は１００μｍとした。
【００２３】
そして、この出願の発明では、以上の例、特に図１および図２、さらには図５に例示したように、基板（３）上に試料チャンネル（１）、血漿回収チャンネル（２）を配設する構成だけでなく、これらを基板（３）と上記カバープレート（６）との接触界面域に形成してもよい。たとえば図６はその実施の形態を断面として例示したものであって、この例では、基板（３）とカバープレート（６）に形成した溝とによって、両者の界面域に血漿回収チャンネル（２）を形成している。
【００２４】
以上のようなマイクロデバイスを用いての血漿分離の操作では、試料チャンネル（１）には血液試料を、血漿回収チャンネル（２）には緩衝液等の回収用液を、図１および図３に例示したように同一の流れ方向に各々流通させるためのシリンジ、ポンプ等の供給手段を有し、この供給手段は、単位時間あたりの血液試料の流量（ＱA）と回収液の流量（ＱB）について、単位断面積単位時間あたりの血液試料の流量（ＱA／SA）と回収液の流量（ＱB／ＳB）の比を、０≦／ＱBＳA／ＱAＳB＜１の範囲に制御可能としている血漿分離用のマイクロデバイスシステムとすることが好ましい。
【００２５】
流量比ＱBＳA／ＱAＳBが１以上の場合には血漿分離はできない。一方、ＱB／ＳBが０、つまり回収液を停止している場合でも血漿分離は可能である。
【００２６】
この出願の発明においては、マイクロデバイスシステムとして、上記の血漿回収チャンネル（２）を有する分離部（Ｓｅ）の下流域に、各種分析のためのチャンネルを連通させてもよい。たとえば、図７、図８に例示したように、イムノアッセイのためのチャンネルを設け、発明者らがすでに提案しているビーズを用いたマイクロチップイムノアッセイ（Micro Total Analysis System 2002, Kluwer Academic Publishers, 2002, p190）を組合わせてもよいし、分離から分析まで１枚の基板マイクロチップ上に集積化してもよい。もちろん、他の各種の分析手段が採用されてよい。
【００２７】
たとえば、図８のシステムにおいて、血液試料チャンネル（１）と血漿回収チャンネル（２）とが図６の構造を有する分離部（Ｓｅ）のマイクロデバイスを用いて、ＴＬＭ（熱レンズ顕微鏡）により、血液中に添加したα−Fetoproteinの分離検出の効果をイムノアッセイでのＴＬＭの検出シグナル強度の変化による検量線作成として例示したものが図９である。この例からも、この出願の発明の全血からの血漿の高効率分離の特徴がよくわかる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】マイクロデバイスの一実施形態を例示した要部概要斜視図である。
【図２】図１に対応する断面概要図である。
【図３】図１および図２に係わる平面概要図である。
【図４】架橋チャンネルの別の実施形態について例示した部分平面概要図である。
【図５】実際例としてのサイズを示した断面概要図である。
【図６】図５とは別の実施例をサイズとともに示した断面概要図である。
【図７】イムノアッセイを連結したシステムを例示した図である。
【図８】別のイムノアッセイ連結のシステム例を示した図である。
【図９】ＴＬＭによるイムノアッセイの検量線作成を例示した図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  試料チャンネル
２  血漿回収チャンネル
３  基板
４  隔壁
５  架橋チャンネル
６  カバープレート
【図１】
2006090903.tif 000003
【図２】
2006090903.tif 000004
【図３】
2006090903.tif 000005
【図４】
2006090903.tif 000006
【図５】
2006090903.tif 000007
【図９】
2006090903.tif 000008
【図６】
2006090903.tif 000009
【図７】
2006090903.tif 000010
【図８】
2006090903.tif 000011