(57)【要約】【課題】遠心操作により血球血漿分離、血漿、較正液の搬送を行うことができ、較正液をセンサから確実に排出し高精度の分析を可能にする。血漿分離時の遠心によるセンサ損傷を防止する。【解決手段】血球血漿分離基板と血漿を分析するセンサ基板とを別体とし脱着可能とした。血球血漿分離は血球分離基板のみを遠心して行う。センサ基板のセンサ溝は、センサ基板に対して第１の遠心力加圧方向に配置し、較正液廃液溜めを第２の遠心力加圧方向に配置する。第１の遠心方向への遠心で較正液貯め内の較正液をセンサ溝に搬送し、センサ較正後に第２の方向に遠心してセンサ溝から較正液を排出する。較正液排出後、センサ基板を血球分離基板と結合し、再度第１の遠心方向に遠心して血球分離基板から血漿をセンサ溝に搬送する。センサに弱い遠心力のみしか印加されないように使用できセンサの損傷を防いで高精度な分析が可能となる。【選択図】      図７
2006052950.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
遠心により全血試料の血漿分離を行い、血液液性成分中の被検成分を分析する血液分析装置において：
(a)血球と血漿とを分離する血球・血漿分離基板と；
(b)血液液性成分の被検成分を分析するセンサを備え、血球・血漿分離基板と脱着可能であるセンサ基板とを備え；
前記血球・血漿分離基板は：
(a-1)遠心力を作用させたときに血球と血漿とを分離するＵ字状流路と、
(a-2)Ｕ字状流路の湾曲部に設けられた血球溜めと、
(a-3)血漿を前記センサ基板に排出する血漿排出口とを備え；
前記センサ基板は：
(b-1)センサを収容するセンサ溝と；
(b-2)センサを較正する較正液を収容する較正液溜めと；
(b-3)センサ較正後の較正液を収容する較正液廃液溜めと；
(b-4)較正液溜めとセンサ溝とを連通する較正液導入流路と；
(b-5)センサ溝と較正液廃液溜めとを連通する較正液排出流路と；
(b-6)血球・血漿分離基板をセンサ基板に組み付けたときに前記血漿排出口と連通してセンサ溝に血漿を導入する血漿導入流路とを備え、
前記センサ溝は、センサ基板に対して第１の遠心方向に遠心力を作用させた時に、較正液溜め内の較正液を収容可能な側の位置であって、前記血球・血漿分離基板をセンサ基板に組み付けて前記第１の遠心方向に遠心力を作用させた時に、血球・血漿分離基板の血漿排出口から血漿導入流路を介して血漿を収容可能となる位置に配設され；
前記較正液廃液溜めは、第２の遠心方向に遠心力を作用させることにより、センサ溝内の較正液を較正液廃液溜めに収容可能となる位置に配設されていることを特徴とする血液分析装置。
【請求項２】
前記血球溜めは、血球・血漿分離基板をセンサ基板に組み付けて両基板に対して第１の遠心方向に遠心力を作用させて前記Ｕ字状流路内の血漿分画をセンサ基板に排出する時に、血球溜め内の血球分画が流出しない程度の容積を持ち、第１の遠心方向に向かって凹設されていることを特徴とする請求項１の血液分析装置。
【請求項３】
前記センサ溝は、それぞれ異なる被検成分を分析するセンサを収容した複数のセンサ溝であることを特徴とする請求項１または２の血液分析装置。
【請求項４】
前記較正液導入流路は分岐して複数のセンサ溝のそれぞれに第１の遠心力加圧方向側で連通していることを特徴とする請求項３の血液分析装置。
【請求項５】
前記センサは電気化学的センサであることを特徴とする請求項１〜４の血液分析装置。
【請求項６】
前記Ｕ字状流路の血液導入口には、採血針または既に採血された血液を収納した採血機構を取付可能とされていることを特徴とする請求項１の血液分析装置。
【請求項７】
血球・血漿分離基板の前記Ｕ字状流路と、センサ基板の血漿導入流路と較正液導入流路と較正液溜めとセンサ溝とが、それぞれ親水化処理されていることを特徴とする請求項１〜６の血液分析装置。
【請求項８】
前記第１の遠心力加圧方向と前記第２の遠心力加圧方向は略直交していることを特徴とする請求項１〜７の血液分析装置。
【請求項９】
血球・血漿分離基板とセンサ基板とは、センサ基板の第１の遠心力加圧方向と血球・血漿分離基板のＵ字状流路延伸方向とが略直交するように両基板が結合可能とされたことを特徴とする請求項１〜８の血液分析装置。
【請求項１０】
以下のステップからなる血液分析方法：
(1) 遠心力を作用させたときに血球と血漿とを分離するＵ字状流路と、Ｕ字状流路の湾曲部に設けられた血球溜めと、Ｕ字状流路で分離された血漿を排出する血漿排出口とを備えた血球・血漿分離基板を用意し；
(2) 前記Ｕ字状流路に血液試料を導入して、血液溜めが遠心力加圧方向となるように血球・血漿分離基板を遠心し、Ｕ字状流路内で血球・血漿分離を行わせて血球分画を血球溜めに沈澱させ；
(3) センサを収容するセンサ溝と、センサを較正する較正液を収容する較正液溜めと；センサ較正後の較正液を収容する較正液廃液溜めと；較正液溜めとセンサ溝とを連通する較正液導入流路と；センサ溝と較正液廃液溜めとを連通する較正液排出流路と；血球・血漿分離基板をセンサ基板に組み付けたときに前記排出口と連通してセンサ溝に血漿を導入する血漿導入流路とを備えたセンサ基板を用意し；
(4) 前記センサ溝が遠心力加圧方向となるようにセンサ基板を第１の遠心方向に配置して遠心することにより、較正液溜め内の較正液をセンサ溝に導入し；
(5) 前記センサの較正を行い；
(6) 前記較正液溜めが遠心力加圧方向となるようにセンサ基板を第２の遠心方向に配置して遠心することにより、センサ溝内の較正液を較正液溜めに排出し；
(7) 血球・血漿分離基板の血漿排出口とセンサ基板の血漿導入流路が連通するように両基板を結合し；
(8) 結合した両基板を前記センサ溝が遠心力加圧方向となるように第１の遠心方向に配置して遠心することにより、前記Ｕ字状流路内で分画された血漿をセンサ溝に導入し；
(9) センサ溝内の血漿中の液性成分の分析をセンサにより行う。
【請求項１１】
前記第１の遠心力加圧方向と前記第２の遠心力加圧方向は略直交していることを特徴とする請求項１０の血液分析方法。
【請求項１２】
ステップ(4)、(6)、(8)において行う遠心で前記センサに印加される重力加速度は500Ｇ以下であることを特徴とする請求項１０、１１の血液分析方法。
【請求項１３】
ステップ（２）において遠心で行うＵ字状流路に印加される重力加速度は1000Ｇ以上であることを特徴とする請求項１０、１１、１２の血液分析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石英板や高分子樹脂板などの絶縁材基板に作製した超小型の溝流路によって構成された血液分析装置に関する。特に、当該基板上の溝流路に微量（数μＬ以下）の血液を導入して遠心分離を行い、血球成分と血漿成分に分離した後に当該血漿成分中の種々の化学物質濃度を測定する際に、分析センサの較正液や血液等の液体の搬送を遠心力により行うための流路と基板構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の健康診断や疾病状態の診断は、患者から数ｃｃの多量の血液を採取し、その分析に大規模な自動血液分析装置で得た測定値より行われてきた。通常、このような自動分析装置は、病院などの医療機関に設置されており、規模が大きく、また、その操作は専門の資格を有するものに限られるものであった。
【０００３】
しかし、近年、極度に進歩した半導体装置作製に用いられる微細加工技術を応用し、たかだか数mmから数cm四方の基板上に種々のセンサなどの分析装置を配置して、そこに被験者の血液などの体液を導き、被験者の健康状態を瞬時に把握することができる新しいデバイスの開発とその実用化の気運が高まってきている。このような安価なデバイスの出現により、来たるべき高齢化社会において高齢者の日々の健康管理を在宅で可能にすることなどで増加の一途を辿る健康保険給付金の圧縮を図れる。また救急医療の現場においては被験者の感染症（肝炎、後天性免疫不全症など）の有無などを、本デバイスを用いて迅速に判断できれば適切な対応ができるなど、種々の社会的な効果が期待されるために非常に注目されつつある技術分野である。このように従来の自動分析装置に代わって、血液分析を各家庭で自らの手で実施することを目指した小型簡便な血液分析方法ならびに血液分析装置が開発されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２５８８６８号公報
【０００５】
図１は、特許文献１に記載されたマイクロモジュール化された血液分析装置の一例を示す。符号１０１は血液分析装置の下側基板であり、下側基板上にエッチングにより形成した微細な溝流路（マイクロキャピラリ）１０２が設けられている。この下側基板１０１の上には、略同一サイズの上側基板（不図示）が張り合わされ、溝流路１０２を外部から密閉している。
【０００６】
流路１０２には、最上流部から最下流部にかけて、血液採取手段１０３，血漿分離手段１０４，分析手段１０５，移動手段１０６が順次設けられている。流路最前部の血液採取手段１０３には、中空の採血針１０３ａが取り付けられ、この針１０３ａを体内に刺して基板内への血液の取り入れ口とする。分離手段１０４は、流路１０２の途中を湾曲させたもので例えばＵ字形状のマイクロキャピラリからなる。採取した血液をこのＵ字形状のマイクロキャピラリに導いた後、本基板を遠心分離器により一定方向に加速度を加えることによって、Ｕ字部最下部に血球成分を沈殿させ、上清として血漿を分離する。分析手段１０５は、血液中のｐＨ値、酸素、二酸化炭素、ナトリウム、カリウム、カルシウム、グルコース、乳酸などの各濃度を測定するためのセンサである。
【０００７】
流路最下流部に位置する移動手段１０６は、マイクロキャピラリ中で血液を電気浸透流により移動させるものであり、電極１０７、１０８と、その間をつなぐ流路部分１０９からなる。この電極間に電圧印加して生じる電気浸透流により流路内に予め満たしておいた緩衝液を流路下流側に移動させ、生じる吸引力によって流路１０２最前部の採取手段１０３から基板内に血液を取り入れる。また、遠心分離により得られた血漿を分析手段１０５に導く。
【０００８】
１１０は分析手段から情報を取り出すための出力手段であり、電極などから構成される。１１１は、以上の採取手段、血漿分離手段、分析手段、移動手段、出力手段を必要に応じて制御するための制御手段である。
【０００９】
採取手段１０３より採取された血液は、分離手段１０４にて血漿と血球成分に分離され、この血漿を分析手段１０５に導き、そこで血漿中のｐＨ値、酸素、二酸化炭素、ナトリウム、カリウム、カルシウム、グルコース、尿素窒素、クレアチニン、乳酸などの各濃度を測定する。各手段間の血液の移動は、電気泳動や電気浸透などの現象を用いたものなどポンプ能力を有する移動手段１０６により行う。なお、図１では流路１０２の下流域は５つに分岐し、このそれぞれに分析手段１０５，移動手段１０６が設けられている。
【００１０】
このような血液分析装置の基板には石英などのガラス材料が用いられることが多かったが、装置を大量にまた低コストで製作するのにより適し、また使い捨ての際の廃棄を考慮して近年樹脂素材が用いられるようになってきている。
【００１１】
図１に示した従来の血液分析装置では、血液試料を装置内に導入するときに電気浸透ポンプ１０６のような移動手段が必要である。導入した血液を基板ごと遠心分離して血漿を得た後は、この血漿を分析手段１０５に移動させるため電気浸透ポンプ１０６を再度作動させることが必要となる。また、分析手段が特に電気化学的原理に基づき構成されるセンサである場合には、このセンサを予め較正液を用いて較正する必要がある。すなわち、血漿をセンサに導く前にこのセンサを較正液に浸してセンサの較正を行い、較正後の較正液を分析手段から排出しなければならない。このような較正液の移送にもポンプなどの移動手段が必要となる。
【００１２】
移動手段は、図１のように同一基板内に設けた電気浸透ポンプや、あるいは基板外の設置した負圧ポンプなどを用いることが考えられ、これらの移動手段により血液や血漿、および較正液などを圧送または吸引して移動させることになる。このとき所望の液体を血液分析装置内の所望の位置まで移動させるためには移動手段の吸引力等を的確に制御する必要がある。このためには、液体の位置センサを新たに血液分析装置内またはその外部に設置しなければならず、これらの制御機構や位置センサを付加するために装置が高価になるという問題があった。
【００１３】
分析手段が電気化学的原理に基づき構成されるセンサである場合には、既知濃度の被検成分を含有する較正液（標準液）でセンサを較正した後、この較正液を分析手段から排出しなければならない。しかし、較正液を排出しても、分析手段や流路手段の表面には、表面の濡れ性に応じて若干較正液が残留する。前述したように今対象としている血液分析装置は数マイクロリットル程度の微量血液中に存在する種々の化学物質の濃度を分析するために、流路手段などの装置を構成する手段のサイズは小さくなっている。一般に物体の大きさが小さくなるとその表面積（Ｓ）と体積（Ｖ）の比Ｓ／Ｖは大きくなり、これは表面の効果が顕著に現れてくることを意味している。従って、流路手段や分析手段表面に残留する較正液の量が僅かであっても、導入される血漿量が少ない分析装置では、測定される化学物質濃度に変動を及ぼすという問題があった。このためには較正後の較正液を確実に分析手段より排出してから血漿を分析手段へと導入することが必要である。
【００１４】
本発明者らは、このような事情に鑑み、遠心操作により流路内で血漿分離を行う血液分析装置であって、ポンプなどを用いることなく装置内で血液、血漿、較正液の搬送を行うことができ、さらに較正液をセンサ部分から確実に排出することにより高精度の分析を可能にする血液分析装置の開発を試みた（例えば、特許文献２参照）。
【００１５】
【特許文献２】特願２００３−０４０４８１
【００１６】
図２は、特許文献２（未公開）に記載された血液分析装置の一例を示す。符号２０１は流路が形成された上側基板であり、２０２はセンサ電極２０３やセンサ信号を外部に取り出す電極端子２０４が形成された下側基板である。上側基板２０１には採血針２０５が取り付けられ、採取された血液は案内流路２０６を介して血液溜め２０７に、吸引・圧送口２０８から外部ポンプ（不図示）の負圧によって移動させる。流路２０９と流路２１０はこの上側基板２０１の側壁の設けられた開口孔２１１、２１２にそれぞれ接続されているが、血液を吸引するときは血液分析基板を取り付けるホルダー（不図示）によって開口孔２１１、２１２は閉じられる。同様に、較正液溜め２１３は、吸引・圧送口２０８から注入された較正液を収容する。
【００１７】
この血液分析装置基板の動作の一例を次に述べる。まず、第１の遠心力中心２１４を中心として血液分析装置基板を遠心すると、較正液溜め２１３中の較正液は、案内流路２１５、２１６を経由して、複数のセンサ２０３を収容した複数のセンサ溝２１７に搬入される。センサ２０３の較正後、血液分析装置基板を時計方向に９０度回して遠心機に載置する。すなわち、図２上の左側に位置する第２の遠心力中心２１８を中心として基板を遠心すると、センサ溝２１７を満たしている較正液は案内流路２１６、２１９を経由して較正液廃液溜め２２０に収容される。
【００１８】
この後、血液分析装置基板を反時計方向に９０度回し戻して遠心機に載置する。すなわち、第１の遠心力中心２１４を中心として基板を遠心すると、血液溜め２０７から血液が案内流路２２１を経由してセンサ溝２１７に搬送される。この状態で遠心力を掛け続けると、血液中の血球成分は重力の印加される方向、即ちセンサ溝２１７の下方に分画され、血漿成分はセンサ溝２１７の上方に上清として分離される。その領域にセンサ群２０３が配置されているので、血液中のｐＨ値、酸素、二酸化炭素、ナトリウム、カリウム、カルシウム、グルコース、乳酸などの各濃度が各センサに接続した複数の電極端子２０４を介して外部の計測器によって測定される。
【００１９】
この血液分析装置は異なる２方向への遠心操作を可能にしたものであり、第１の遠心方向への遠心操作により較正液溜め内の較正液をセンサ部へ搬送し、センサ較正後には、第２の遠心方向に遠心することにより、センサ部から較正液を確実に排出できるようにしたものである。較正液排出後は、第１の遠心方向に遠心することにより、血液溜め内の血液をセンサ部に搬送すると共に、血球と血漿に分離することができる。
【００２０】
然るに、これらの利点を有しながらも、遠心力を用いる故に短時間に血液分析を行うためには無視できない問題が判明した。
【００２１】
血液分析装置チップによる測定時間は極力短いことが大切であることは云うまでも無い。この血液分析装置においては、遠心中心軸からチップ中心までの距離は５ｃｍであり、通常、較正液の注入や排出に要する時間は３０００ｒｐｍ以下の低遠心力のもとでも一秒程度である。しかし、血液中の血球と血漿を数秒〜数分で分離するには血球分離領域において少なくとも４０００ｒｐｍ以上の遠心力を必要とする。図１５は、このときの回転数(rpm)と加速度（Ｇ）の関係を示したもので、３０００ｒｐｍでは５００Ｇの重力加速度、４０００ｒｐｍでは１０００Ｇの重力加速度を印加したことに相当する。
【００２２】
検討の結果、このような大きな重力加速度による血球・血漿分離の遠心操作を行うと、センサの出力が低下することが判明した。例えば、較正液（137ｍＭナトリウムイオン含有）をナトリウムイオンセンサで測定したときの出力電圧を見ると、図３に示すように遠心回転数（ｒｐｍ）により影響を受けていた。回転数３０００ｒｐｍ程度までは、センサ出力は約２００ｍＶの安定した値を示すが、それ以上の回転数では、センサ出力が減少傾向を示すと共に、値の分散が増大した。本測定では、１０００ｒｐｍまでは約２００ｍＶの安定した値を示すセンサを各回転実験に対して用意して置き、それを用いた。特に示さないがカリウムイオン測定でも同傾向が見出された。
【００２３】
ナトリウムイオン濃度測定センサでは、ナトリウムイオンを捕獲するイオン感応膜のBis(12-crown-4)と、その感応膜中に血漿中のアニオン(陰イオン)が侵入することを防止する役目を果たすアニオン排除剤をＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）に混ぜ、これをカーボン電極上に固定化してセンサとしている。その際、ナトリウムイオンが感応膜中に取り込み易くするため、大量の可塑剤をＰＶＣに混ぜる。センサ１個当たりの重量から、7000ｒｐｍ時の遠心力を見積もると、センサにかかる力はピコニュートン程度である。しかし、この高回転数でのセンサ出力の低下の原因は、このイオン感応膜などを含有した可塑剤入りＰＶＣ膜が、強い遠心力によってカーボン電極上で変形し、ＰＶＣ膜の一部がカーボン電極から剥れ、水が浸入したためではないかと推察している。膜の組成を変えて膜を硬化し膜のカーボン電極への固定化を強化することも考えられるが、膜を硬化することは本来の電気化学的センサの特性を失うことになる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、遠心操作により血漿分離を行う血液分析装置であって、ポンプなどを用いることなく装置内で血漿、較正液の搬送を行うことができ、較正液をセンサ部分から確実に排出し、さらに血漿分離時の遠心操作によってセンサが損傷を受けることが無く、より高精度の分析を可能にする血液分析装置を提供することを第１の目的とする。
【００２５】
また本発明は、遠心操作だけで装置内で血漿、較正液の搬送を行うことができ、較正液をセンサ部分から確実に排出すると共に、血漿分離時の遠心操作によってセンサが損傷を受けることが無く、より高精度の分析を可能にする血液分析方法を提供することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
本発明によれば、第１の目的は、血球と血漿とを分離する血球・血漿分離基板と、血液液性成分の被検成分を分析するセンサを有するセンサ基板であって血球・血漿分離基板と脱着可能であるセンサ基板とを備える血液分析装置により達成される。
【００２７】
ここで血球・血漿分離基板は、遠心力を作用させたときに血球と血漿とを分離するＵ字状流路と；Ｕ字状流路の湾曲部（最下部）に設けられた血球溜めと；血漿をセンサ基板に排出する血漿排出口とを備える。またセンサ基板は、センサを収容するセンサ溝と；センサを較正する較正液を収容する較正液溜めと；センサ較正後の較正液を収容する較正液廃液溜めと；較正液溜めとセンサ溝とを連通する較正液導入流路と；センサ溝と較正液廃液溜めとを連通する較正液排出流路と；血球・血漿分離基板をセンサ基板に組み付けたときに前記血漿排出口と連通してセンサ溝に血漿を導入する血漿導入流路とを備える。
【００２８】
センサ溝は、センサ基板に対して第１の遠心方向に遠心力を作用させた時に、較正液溜め内の較正液を収容可能な側の位置であって、血球・血漿分離基板をセンサ基板に組み付けて第１の遠心方向に遠心力を作用させた時に、血球・血漿分離基板の排出口から血漿導入流路を介して血漿を収容可能となる位置に配設する。そして、較正液廃液溜めは、第２の遠心方向に遠心力を作用させることによりセンサ溝内の較正液を較正液廃液溜めに収容可能な側に位置している。
【００２９】
すなわち、本発明の血液分析装置は、血球血漿分離を行う基板と、分離した血漿中の被検成分を分析するセンサ基板とを別体とし、脱着可能としたものである。血球・血漿分離は、血球・血漿分離基板のみを高回転で遠心することにより行い、このときの強い遠心力でセンサ基板内のセンサが損傷を受けないようにしたものである。センサ基板は単独で異なる２方向への遠心操作が可能であり、第１の遠心方向への遠心操作により較正液溜め内の較正液をセンサ溝へ搬送し、センサ較正後には第２の遠心方向に遠心することによりセンサ溝から較正液を確実に排出できる。このときの遠心は低回転で行うことが出来、センサに過大な遠心力がかかって損傷することを防止できる。
【００３０】
較正液排出後は、血球・血漿分離基板をセンサ基板に結合して、第１の遠心方向に遠心することにより血漿・分離基板内で分離された血漿をセンサ基板内のセンサ溝に搬送することが出来る。このときの遠心力も血球・血漿分離に要するような過大な遠心力とする必要がないので、センサが損傷することがない。なお血球・血漿分離基板に設けた血球溜めを、Ｕ字状流路から第１の遠心方向側を指向するように湾曲させ凹設しておけば、遠心による血漿搬送時に血球分画がセンサ基板内へ流出することを防止できる。
【００３１】
センサ溝への較正液搬送及び血漿搬送を行う第１の遠心方向と、センサ溝から較正液の排出を行う第２の遠心方向とは略直交していることが好ましい。例えば四角形状のセンサ基板の下辺側にセンサ溝を設ける場合には、この下辺と略直交する右辺（また左辺）側に較正液廃液溜めを設ける。血漿導入流路と較正液溜めは、基板の中央部、右辺または上辺側に位置することになる。また血球・血漿分離基板をセンサ基板と結合させたときには、血球・血漿分離基板内のＵ字状流路とその血漿排出口はセンサ基板の上方に位置する。すなわち、血球・血漿分離基板とセンサ基板とは、センサ基板の第１の遠心力加圧方向（血漿搬送方向）と血球・血漿分離基板のＵ字状流路延伸方向とが略直交するように配置されるのが好ましい。但し、第１、第２の遠心方向は必ずしも略直交する必要はない。第１の遠心方向に遠心して血漿をセンサ溝に導入するときに、較正液がセンサ溝に逆流しないように較正液廃液溜めとその較正液廃液流路が配設されていればよい。
【００３２】
センサ溝を複数設けて、各センサ溝に異なる被検成分を分析するための複数のセンサを収容してもよい。この場合には、較正液導入流路は分岐して複数のセンサ溝のそれぞれに第１の遠心力加圧方向側（基板下辺側）で連通させる。その際、複数のセンサ溝は第１の遠心力加圧方向と略平行に配置しておくことが好ましい。
【００３３】
血球・血漿分離基板のＵ字状流路の血液導入口に採血針を取付可能とすれば、採血針から採血した全血をＵ字状流路に導入することができる。或いは、既に採血された血液を収納した採血機構を血液導入口に取付可能としてもよい。Ｕ字状流路を親水化処理しておくことにより、血液試料の導入を円滑に行うことができる。センサ基板の血漿導入流路、較正液導入流路、較正液溜め及びセンサ溝もそれぞれ親水化処理しておくことにより較正液搬送、血漿搬送がより円滑になる。
【００３４】
本発明の第２の目的は、以下のステップからなる血液分析方法：
(1) 遠心力を作用させたときに血球と血漿とを分離するＵ字状流路と、Ｕ字状流路の湾曲部に設けられた血球溜めと、Ｕ字状流路で分離された血漿を排出する血漿排出口とを備えた血球・血漿分離基板を用意し；
(2) 前記Ｕ字状流路に血液試料を導入して、血液溜めが遠心力加圧方向となるように血球・血漿分離基板を遠心し、Ｕ字状流路内で血球・血漿分離を行わせて血球分画を血球溜めに沈澱させ；
(3) センサを収容するセンサ溝と、センサを較正する較正液を収容する較正液溜めと；センサ較正後の較正液を収容する較正液廃液溜めと；較正液溜めとセンサ溝とを連通する較正液導入流路と；センサ溝と較正液廃液溜めとを連通する較正液排出流路と；血球・血漿分離基板をセンサ基板に組み付けたときに前記排出口と連通してセンサ溝に血漿を導入する血漿導入流路とを備えたセンサ基板を用意し；
(4) 前記センサ溝が遠心力加圧方向となるようにセンサ基板を第１の遠心方向に配置して遠心することにより、較正液溜め内の較正液をセンサ溝に導入し；
(5) 前記センサの較正を行い；
(6) 前記較正液溜めが遠心力加圧方向となるようにセンサ基板を第２の遠心方向に配置して遠心することにより、センサ溝内の較正液を較正液溜めに排出し；
(7) 血球・血漿分離基板の血漿排出口とセンサ基板の血漿導入流路が連通するように両基板を結合し；
(8) 結合された両基板を前記センサ溝が遠心力加圧方向となるように第１の遠心方向に配置して遠心することにより、前記Ｕ字状流路内で分画された血漿をセンサ溝に導入し；
(9) センサ溝内の血漿中の液性成分の分析をセンサにより行う。
により達成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
図４、５は本発明の一実施態様による血液分析装置の血球・血漿分離基板の平面図、図６はこの血球・血漿分離基板と組合わせるセンサ基板の平面図、図７は血球・血漿分離基板とセンサ基板とを結合した状態を示す平面図である。図４は血液試料導入時の血球分離基板、図５は遠心により血球・血漿分離を行った状態の血球・血漿分離基板を示す。
【００３６】
これらの図において、符号１０は血球・血漿分離基板(以下、血球分離基板とも呼ぶ)であり、流路形成された下基板に上基板が積層され接着されている。上下基板は例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリカーボネート（ＰＣ）などの樹脂で作られる。基板１０内部には上下方向に延伸して下部で折り曲げられたＵ字状流路１２と、その下端に設けられた血液溜め１４とが設けられている。Ｕ字状流路上流には血液導入口１６，下流には分離血漿を基板外に排出する血漿排出口１８が設けられている。
【００３７】
血液導入口１６には、既に採血された血液を収納した採血機構２０が嵌挿されている。採血機構２０は外径100μｍのステンレス無痛針２２と、その補強用ステンレス管２４，採血後の血液を収納する一次血液溜め２６とが一体に成形され、この一体となった採血機構２０は、予め滅菌・保管され、採血後に、基板１０の血液導入口１６に挿入される。開口孔１８から負圧で吸引することによって血液はＵ字状流路１２内の全域に搬送される。また、採血機構２０を予め基板１０の血液導入口１６に挿入しておけば、開口孔１８から吸引することにより採血と同時にＵ字状流路１２内に血液試料を導入することが出来る。
【００３８】
血球分離基板１０を遠心機(不図示)に固定し、遠心力中心Ｃ１を中心として遠心すると、図４の全血２８は、図５に示すように血漿３０と血球分画３２とに分画される。すなわち、血球溜め１４内に血球分画３２が沈澱し、遠心上清の血漿分画３０はＵ字状流路１２の上方に分離される。なお、採血機構２０を基板１０の血液導入口１６に挿入したままでこの遠心操作を行えば、、Ｕ字状流路１２内への血液試料の導入と血球血漿分離とを同時に行うことができる。
【００３９】
なお、血漿排出口となる開口孔１８には、後述のセンサ基板４０の血漿導入路開口部と液密に結合するための接続管（不図示）が基板１０裏面側に設けられている。また、基板１０の裏面または上面には、接続用突起３４ａ、３６ａと、接続用係止孔３４ｂ、３６ｂが設けられ、これらによりセンサ基板４０と結合可能とされている。
【００４０】
図６に示したセンサ基板４０は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリカーボネート（ＰＣ）などの樹脂で作られた上下基板を積層したものであり、基板間に流路構造が設けられている。すなわち、センサ基板４０の左上方に較正液溜め４２が基板中央には基板表面側に開口し血球分離基板１０の血漿排出口１８と結合する開口孔４４が設けられている。その下方には複数のセンサ溝４６が、基板右側方には較正液廃液溜め４８が設けられている。
【００４１】
５０は較正液を較正液溜め４２からセンサ溝４６に導入するための較正液導入流路であり、センサ溝４６の下方で分岐して各センサ溝４６の下方に連通している。この較正液導入流路５０は較正液排出流路５２とも連通し、これによりセンサ溝４６は較正液溜め４８と連通している。５２ａは較正液廃液溜め４８からセンサ溝４６への較正液の逆流を防止するための逆流防止堰である。５４は空気逃し用流路である。
【００４２】
５６は血漿導入流路であり、開口孔４４を介して血球分離基板１０の血漿排出口１８と連通し、遠心により血球分離基板１０のＵ字状流路１２から移動する血漿３０をセンサ溝４６に導入する。
【００４３】
各センサ溝４６にはそれぞれセンサ５８が収容され、その各センサの出力はそれぞれの配線６０を介して基板外部に露出した各電極端子６２に導かれる。センサ５８は、例えば銀/塩化銀、カーボンなどの電極、および銀/塩化銀の参照電極から構成されている。配線６０は例えば銀含有カーボン製であり、外部電極６２は例えば銀製である。これらの銀/塩化銀、カーボン電極、銀/塩化銀の参照電極、銀含有カーボン配線、銀電極などは例えばスクリーン印刷で形成される。
【００４４】
センサ基板４０の上面には、突起６４ａ、６６ａと、貫通孔６４ｂ、６６ｂとが設けられている。図５の血球分離基板１０を反時計方向に９０度回転して、図７に示すようにセンサ基板４０に重ねたとき、突起６４ａ、６６ａは血球分離基板の係止孔３４ｂ、３６ｂに係合し、貫通孔６４ｂ、６６ｂには血球分離基板の突起３４ａ、３６ａが係入する。このとき、センサ基板４０の開口孔４４に血球分離基板１０の血漿排出口１８の接続管が係入しする。
【００４５】
この血液分析装置の使用方法を図４〜７により説明する。まず血液分析の前にセンサの較正を行う。
【００４６】
図６のセンサ基板４０の開口孔４２ａから較正液を導入し、較正液溜め４２を満たす。この較正液溜め４２に満たされることにより、ほぼ１μＬ容量の較正液が秤量される。この較正液は、血液分析を行う直前に導入してもよいし、予め較正液溜め４２に入れておいてもよい。較正液をセンサ基板４０内に導入してから、基板を遠心機に取り付け、遠心軸Ｃ１を中心にして遠心操作を行う。センサ溝４６を遠心力Ｆ１の加圧方向側に位置して遠心することにより、較正液は較正液導入流路５０を通り各センサ溝４６に搬送され、センサ５８を覆う。その際、センサ溝４６内の空気は開口孔４４から追い出される。この状態で各センサの較正が、配線６０と外部電極端子６２を用いて行われる。
【００４７】
センサの較正を行った後にセンサ溝の較正液を排出する。センサ基板４０を遠心機から取り外し、時計回りに９０度回転して遠心機にセットする。すなわち、第２の遠心中心軸Ｃ２を中心にセンサ基板４０を遠心し、Ｆ２の方向に遠心力を印加する。較正液は遠心力によって較正液排出流路５２を経由して較正液廃液溜め４８に移動し、較正液排出が完了する。この遠心力により、センサ上を覆っている較正液を除去することができ、残留較正液による分析値の誤差が生じることが無くなる。
【００４８】
なお、較正液の搬送、排出に使用する遠心力はいずれもセンサ５８が損傷しない程度の重力加速度とするのが好ましく、センサ５８に印加される重力加速度は５００Ｇ以下とすることが好ましい。
【００４９】
血球・血漿分離は、血球分離基板１０のみを遠心することにより行う。図４に示した血球分離基板１０に全血試料２８を導入した後、遠心軸Ｃ１を中心にして遠心すると、血漿と血球が分離され、血球分画３２は血球溜め２８内に沈澱し、血漿３０はＵ字状流路１２の上部に上清として分画される。このときの遠心操作は、血球を完全に分離するために行うためのものであり、Ｕ字状流路最下部に１０００Ｇ以上の重力加速度が印加されるようにするのが好ましい。
【００５０】
血漿を分離した血球分離基板１０を、既にセンサ較正を終えたセンサ基板４０に重ねて結合する。すなわち、図５の血球分離基板１０を反時計回りに９０度回転し、図６のセンサ基板に重ね、両基板の係止突起、係止孔が互いに係合するように固定する。これにより、血球分離基板１０の裏面に突き出した血漿排出口１８の突起状管と、センサ基板４０の開口孔４４とを接続させる。一体化された両基板は図７に示すようになる。
【００５１】
そして、遠心軸Ｃ１を中心にして両基板１０，４０を遠心し、第１の遠心方向Ｆ１に遠心力を印加する。血漿３０は血漿排出口１８、開口孔４４、血漿導入流路５６を経て各センサ溝４６の全域に搬送される。その際、センサ溝４６内の空気は既に空になっている較正液溜め４２の開口孔４２ａから追い出される。図７は、血漿搬送後の両基板の状態を示したものである。
【００５２】
最後に、両基板１０，４０を遠心機から取り外し、各センサ溝４６に収容された血漿中の被検成分を各センサ電極５８により分析する。
【００５３】
上述の実施例は血球分離基板１０をセンサ基板４０の上面に重ねて立体的に結合させたが、図８に示すように、両基板１０Ａ，４０Ａを平面的に結合させてもよい。この第２実施態様では、血球分離基板１０ＡのＵ字状流路１２の血漿排出口１８Ａは基板１２Ａ側面に開口し、その先端には挿入管１８Ｂが設けられる。センサ基板４０Ａには、この挿入管１８Ｂと液密に係合する受け口６８が設けられ、ここに血漿導入流路５６Ａが連通している。図６で示した開口孔４４は省かれている。また両基板には係止用の突起、係合孔も省かれている。その他の構成は第１実施態様と同様である。両基板１０Ａ，４０Ａの結合方法以外の操作方法は第１実施態様と同様である。
【００５４】
第１実施態様の血液分析装置を用いて、センサの較正、血球血漿分離、血漿搬送、被検成分の一連の動作を自動化した例を図９の（ａ）〜（ｊ）に示す。ここで、７０は遠心力を与える遠心機の回転台であり、その両側には回転可能な第１テーブル７２と、回転可能な第２テーブル７４とが対向して配置される。基板の送り機構、基板の回転台７０への固定・脱着機構、較正液導入機構、較正や被検成分の測定器具などは図示していない。
【００５５】
まず、センサ基板４０をその外部電極６２を外側に向けて第１テーブル７２に載置する（図９(a)）。その状態でセンサ基板４０を回転台７０上に点線で示した第１領域７６に固定し、較正液を較正液溜め４２に注入する（図９(b)）。回転台７０を回転させて遠心力により較正液をセンサ溝４６に導入し、センサ基板４０を第１テーブル７２側の位置に来るように回転を止めて、センサ基板４０を第１テーブル７４に移動させて、ここでセンサを較正する。
【００５６】
センサ較正後、第１テーブルを回転してセンサ基板４０を時計方向に９０度回転させた後、再び回転台７０の第１領域７６に移動しここで固定する（図９(c)）。回転台７０を回転し遠心力により較正液を較正液廃液溜め４８に搬送する。センサ基板４０が第２テーブル７４の前に位置する第２領域７８に位置するように回転を止め、較正を終えたセンサ基板４０を第２領域から第２テーブルへ搬送・待避させる（図９(d)）。
【００５７】
この遠心操作の間に、予め無痛針により血液を採取・収納した採血機構２０（図４参照）を挿入した血球分離基板１０を第１テーブル７２に載置しておく。センサ基板４０が第２テーブルに待避したら、血球分離基板１０を回転台７０上の第１領域７６に移して固定する。この間、第２テーブル７４を回転してセンサ基板４０を反時計方向に９０度回転させておく（図９(e)）。回転台７０を回転して血球分離基板１０内の採血機構に収容された全血試料を遠心力によりＵ字状流路に搬送し血球と血漿に分離し、血球分離基板１０が第１テーブル７２側に来るように回転台７０の回転を停止する（図９(f)）。血球分離後の血球分離基板１０を第１テーブル７２に移動させ、反時計方向に９０度回転させた後、再び回転台７０上の第１領域７６に移動し固定する（図９(g)）。回転台７０を１８０度回転して、血球分離基板１０を第２テーブル７４に対向する第２領域７８に移動させる（図９(h)）。その後、第２テーブル上に待避していたセンサ基板４０を血球分離基板１０上に移動させ、両基板を結合する（図９(i)）。この状態で回転台７０を回転して遠心力により血球分離基板１０内で分離された血漿をセンサ基板４０に搬送させ、図９(i)と同じ位置で回転を停止する。血漿が搬送されたセンサ基板４０を第２テーブル７４に移動させ、そこで被検成分の分析を行う。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
以上のように、本発明の血液分析装置は較正液のセンサ溝への搬入、及びその排出、血球分離と血漿のセンサ部への導入をポンプを一切使わずに遠心力で行うことが可能である。従来のような負圧ポンプを使用する必要が無くなり、安価・簡便な血液分析装置を実現できる。また、血球・血漿分離基板とセンサ基板とを脱着可能としたので、血球分離には血球・血漿分離基板を強い遠心力を与えて確実に行うことが出来る。較正液のセンサ溝への搬入とその排出は、センサ基板のみを弱い遠心力で遠心することにより行うことが出来る。血球・血漿分離基板で分離された血漿は、両基板を結合後、弱い遠心力でセンサ溝への導入することが出来る。従って、センサには弱い遠心力のみしか印加されないように使用できる。多層で異種成分からなるセンサが、血球分離時の強い遠心力によって損傷を受けることがなくなり、より高精度な分析が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】従来のマイクロモジュール化された血液分析装置の一例を示す概念図である。
【図２】発明者らが提案した血液分析装置（未公知）の全体斜視図である。
【図３】較正液（137ｍＭナトリウムイオン含有）をナトリウムイオンセンサで測定したときの出力電圧が遠心回転数（ｒｐｍ）により変化するのを示す図である。
【図４】本発明の一実施態様による血液分析装置の血球・血漿分離基板の平面図であり、血液導入時を示す。
【図５】図４の血球・血漿分離基板において、遠心により血球・血漿分離を行った状態の示す。
【図６】血球・血漿分離基板と組合わせるセンサ基板の平面図である。
【図７】血球分離後の血球・血漿分離基板とセンサ基板とを結合して一体化した本発明の第１実施態様の血液分析装置の平面図であり、遠心により、血漿がセンサ溝内に搬送された状態を示す。
【図８】本発明の第２実施態様による血液分析装置の平面図である。
【図９】本発明の血液分析装置を用いて被検成分を測定する一連の動作を示す図である。
【図１０】半径50mmの回転体を回転したときに生じる重力加速度(G)と回転数(rpm)との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００６０】
１０、１０Ａ  血球・血漿分離基板(血球分離基板)
１２  Ｕ字状流路（血球・血漿分離手段）
１４  血球溜め
１６  血液導入口
１８、１８Ａ  血漿排出口（開口孔）
１８Ｂ  挿入管
２０  採血機構
２２  採血針
２６  一次血液溜め２６
２８  全血
３０  血漿分画
３２  血球分画
３４ａ、３６ａ，６６ａ、６８ａ 接続用突起
３４ｂ、３６ｂ，６６ｂ、６８ｂ 接続用係止孔
４０、４０Ａ  センサ基板
４２  較正液溜め
４４  開口孔
４６  センサ溝
４８  較正液廃液溜め
５０  較正液導入流路
５２  較正液排出流路
５４  空気逃がし用流路
５６、５６Ａ  血漿導入流路
５８  センサ
６０  配線
６２  外部電極端子
６８  挿入管受け口
７０  回転台
７２  回転可能な第１テーブル
７４  回転可能な第２テーブル
７６  回転台上の第１領域
７８  回転台上の第２領域
Ｃ１  第１の遠心力中心
Ｃ２  第２の遠心力中心
【図１】
2006052950.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図８】
2006052950.tif 000009
【図９】
2006052950.tif 000010
【図１０】
2006052950.tif 000011
【図７】
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