(57)【要約】【課題】毛管チャンネルを提供する。【解決手段】幅を規定する向き合った壁の第１の対及び深さを規定する向き合った壁の第２の対を含み、チャンネルは、前記幅の前記深さに対する比として定義されるアスペクト比が１０〜１００であり、向き合った壁の第２の対の少なくとも一方の内面を粗くしてある。毛管チャンネルは、好ましくは、センサに組み込まれる。
2010522337.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
毛管チャンネルにおいて、
幅を規定する向き合った壁の第１の対及び深さを規定する向き合った壁の第２の対を含み、
前記チャンネルは、前記幅の前記深さに対する比として定義されるアスペクト比が１０〜１００であり、
前記向き合った壁の第２の対の少なくとも一方の内面を粗くしてある、毛管チャンネル。
【請求項２】
請求項１に記載の毛管チャンネルにおいて、
前記向き合った壁の第２の対の両方の内面を粗くしてある、毛管チャンネル。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の毛管チャンネルにおいて、
前記向き合った壁の第１の対は粗くしてない、毛管チャンネル。
【請求項４】
請求項１、２、又は３に記載の毛管チャンネルにおいて、
前記チャンネルの幅は０．１ｍｍ〜１０ｍｍである、毛管チャンネル。
【請求項５】
請求項１乃至４のうちのいずれか一項に記載の毛管チャンネルにおいて、
前記チャンネルの深さは１０μｍ〜１０００μｍである、毛管チャンネル。
【請求項６】
請求項１乃至５のうちのいずれか一項に記載の毛管チャンネルにおいて、
積層構造を有し、
前記向き合った壁の第１の対は、二枚の平らな基材から形成されており、前記向き合った壁の第２の対は、切断によりスペーサにされ、前記二枚の平らな基材間に挟まれたスペーサから形成されている、毛管チャンネル。
【請求項７】
請求項１乃至６のうちのいずれか一項に記載の毛管チャンネルにおいて、
前記粗くした表面は、正方形、矩形、及び／又は三角形の不連続部を含む、毛管チャンネル。
【請求項８】
請求項７に記載の毛管チャンネルにおいて、
前記不連続部は１０μｍ〜５０００μｍ毎に繰り返す、毛管チャンネル。
【請求項９】
請求項７又は８に記載の毛管チャンネルにおいて、
前記不連続部の高さは１μｍ〜２０００μｍである、毛管チャンネル。
【請求項１０】
請求項７、８、又は９に記載の毛管チャンネルにおいて、
前記不連続部の角部分に丸味が付けてある、毛管チャンネル。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のうちのいずれか一項に記載の毛管チャンネルの、センサの流体試料包含エレメントとしての使用。
【請求項１２】
流体試料中の検体を検出するためのセンサにおいて、
請求項１乃至１０のうちのいずれか一項に記載の毛管チャンネルが組み込まれている、センサ。
【請求項１３】
請求項１２に記載のセンサにおいて、
基材と、検体と結合するための試薬と、前記試薬を照射するための放射線源と、照射時に前記試薬により生成されたエネルギーを電気信号に変換できる焦電気又は圧電エレメントを持つトランスジューサーと、前記トランスジューサーに電子的に接続された電極と、前記電気信号を前記検体の濃度の表示に変換できるプロセッサとを含み、基材には、請求項１乃至１０のうちのいずれか一項に記載の毛管チャンネルが設けられている、センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は毛細管に関し、詳細には、流れを改善するようになされた毛管チャンネル(capillary channel)に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体の流れが毛管流力によって制御される小さなチャンネルを使用することが、生体外診断デバイス（ＩＶＤ: in vitro diagnostic devices）で益々一般的になってきている。大きさが僅か数十μｍ〜数百μｍのチャンネルは、試料及び試薬の容積を小さくでき、多くの場合、数マイクロリットル（μＬ）にできる。これにより、費用、機器の複雑さ、及び試験時間が減少する。その結果、製造が簡単になり、これによりゆとりが大きくなり、優れた再現性が得られる。これらは、両方とも重要である。これは、市場では、主として、使い捨てデバイスが要求されているためである。このようなデバイスは、専門家でないオペレータによる使用、及び「ポイントオブケア(point-of-care)」（ＰｏＣ） の用途で理想的に適している。特に、化学的操作で、免疫学的測定フォーマットにおける抗原／抗体反応を使用する場合に適している。
【０００３】
代表的なデバイス２では、図１に示すように、生物学的流体例えば血液の試料等の流体試料を、試料入口４のところでデバイス２に導入する。流体試料は、毛管力によって第１試薬マイクロチャンネル６に引き込まれ、次いで、例えば混合ラビリンス８内で液体及び／又は固体の試薬と混合するために移動され、最終的には、第２試薬マイクロチャンネル１０を介してデバイス２のセンサ領域１２まで移動される。移動は、例えば、空気流（加圧又は減圧）によって、「フィンガポンプ」を使用する液圧移動によって、又は電気的又は静電的手段によって行うことができる。混合ラビリンス８は重要ではないが、混合速度を高めるために設けられている。混合速度は、たとえ効率が低くても、混合されるべき材料を簡単な制限オリフィスを通過させることによって高めることができる。
【０００４】
従来は、このような使い捨てデバイスの最も一般的な製造方法は射出成形であった。好ましい製造方法は、適当な形状のシート状材料又はダイカットしたシート状材料を感圧接着剤（ＰＳＡｓ）で貼り合わせ、幅が数ｍｍで深さが数十μｍ〜数百μｍの直線状チャンネルを形成することになりつつある。アスペクト比（幅の深さに対する比）が１０〜１００のこのようなチャンネルの一つの問題点は、例えばドライダウン試薬の混合を促すために流体を前後に移動し、表面の乾燥及び再湿潤を何回も繰り返し、そのため気泡即ち空気で充填された空所を形成し、これが、試料／試薬混合物がセンサ領域まで移動したときに発生する信号をひどく損なうということである。
【０００５】
この気泡形成は、多くの場合、チャンネルを形成する表面の疎水性及び親水性の差により生じる。図２は、第１部分１６及び第２部分１８を持つ毛管チャンネル１４を示す。第２部分１８は第１部分１６よりも広幅である。気泡形成は、流体試料２０が毛管チャンネルに進入するときに生じる。時点（ａ）では、流体は、毛管チャンネルの広幅部分に進入し、時点（ｂ）では、流体は、メニスカスを形成する。流体が毛管チャンネルに沿って移動するとき、チャンネルの形状及び表面エネルギーの変化により、流体と毛管チャンネルの壁との間の接触が増大し、時点（ｃ）で望ましからぬ気泡２２が形成する。
【０００６】
かくして、矩形の毛細管では、チャンネルの縁部が直線状である場合には、縁部での毛管力がチャンネルの中央での毛管力よりもかなり大きい。これにより、液体が縁部に沿って流体のバルクの遥かに前方に移動し、チャンネルの中央に気泡を形成する。
【０００７】
この気泡形成は、関連した表面を適当な化学物質でコーティングし、矩形の毛細管の縁部で生じる高められた毛管作用に抗し、関連した表面の「湿潤性」及び液体流れを均等にすることによって或る程度軽減できる。しかしながら、これにより、デバイスの製造に一つ又はそれ以上の別の工程が導入され、費用及び複雑さが増大し、特に、表面特性を変化させる材料上を流体が通過するときにこれらの材料が再溶解する場合、表面特性を変化させるために追加された材料が液体の組成及び続いて行われる検体検出力学に影響を及ぼす場合がある。
【０００８】
別の態様では、幾つかのＩＶＤ開発者は、表面の形態を変化させることによってマイクロレベルの毛管作用を高めることによって、例えばミクロンサイズの小柱、ピーク、又は段を追加することによって、表面の湿潤性を向上させることに取り組んできた。この形態の一例について、ＵＳ２００５／０１３６５５２を参照されたい。このような粗くした表面を追加することは、構成要素が射出成形される場合、例えば型成形工具のマイクロ機械加工によって容易に行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】ＵＳ２００５／０１３６５５２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、ダイカットしたシート状材料から使い捨てデバイスを形成する場合、複雑な多工程熱成形やエンボス予備処理を使用せずに粗くした表面を導入することは遥かに困難である。このような複雑な多工程の方法は、使い捨て積層デバイスの費用に関し、費用が高すぎる。従って、当該技術分野では、積層構造として形成した毛管チャンネルにおける気泡形成の問題に対する解決策が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
従って、本発明は、毛管チャンネルにおいて、幅を規定する向き合った壁の第１の対及び深さを規定する向き合った壁の第２の対を含み、チャンネルは、その幅の深さに対する比として定義されるアスペクト比が１０〜１００であり、向き合った壁の第２の対の少なくとも一方の内面を粗くしてある、毛管チャンネルを提供する。
【００１２】
次に、本発明について添付図面を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、従来技術による毛管チャンネルを組み込んだセンサを示す図である。
【図２】図２は、従来の毛管チャンネルを示す図である。
【図３】図３は、幅が深さよりも大きい本発明による毛管チャンネルを示す図である。
【図４】図４は、本発明の毛管チャンネルを示す図である。
【図５】図５は、本発明による毛管チャンネルの壁の不連続部を示す図である。
【図６】図６は、本発明による毛管チャンネルの壁の不連続部を示す図である。
【図７】図７は、本発明による毛管チャンネルの壁の不連続部を示す図である。
【図８】図８は、本発明の毛管チャンネルを組み込んだセンサを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図３は、本発明による毛管チャンネル１４を示す。毛管チャンネル１４は、幅を規定する、向き合った壁２４の第１の対と、深さを規定する、向き合った壁２６の第２の対とを含み、幅が深さよりも大きい。図４は、本発明の毛管チャンネル１４の断面図であり、向き合った壁２６の第２の対の両方の内面が粗くしてある。向き合った壁２６の第２の対のいずれか一方又は両方を粗くしてあってもよいが、好ましくは、両方が粗くしてある。流体試料を時点（ａ）から、時点（ｂ）を介して、時点（ｃ）まで移動させるとき、粗くした表面により、気泡の形成が最少になるか或いはなくされる。
【００１５】
積層構造として形成された代表的なデバイスでは、チャンネル１４を切断してスペーサにし、例えばダイカットしてプラスチックフィルム層にする。スペーサの厚さは、代表的には５０μｍ〜５００μｍである。適当な材料には、ポリエステル（例えばマイラー（Ｍｙｌａｒ）、メリネックス（Ｍｅｌｉｎｅｘ））、又はポリカーボネート（例えばレクサン（Ｌｅｘａｎ））が含まれる。次いで、スペーサを、スペーサと同様の材料で形成された二つの平らな基材（「蓋」）間にＰＳＡを使用して積層し、必要な流路を形成する。かくして、本発明の好ましい実施形態では、毛管チャンネルは積層構造を有し、向き合った壁２４の第１の対は、二つの平らな基材から形成され、向き合った壁２６の第２の対は、切断によりスペーサにされ、二つの平らな基材間に挟まれたチャンネルから形成される。
【００１６】
本発明の毛管チャンネルは、幅が１ｍｍ〜５ｍｍであり、好ましくは、深さが１０μｍ〜５００μｍである。チャンネルの幅は深さよりも大きく、チャンネルの幅の深さに対する比として定義されるアスペクト比は１０〜１００である。
【００１７】
毛管チャンネル内の流れは、向き合った壁２６の第２の対の表面を粗くすることによって均等にできるということがわかっている。粗くするために、当該技術分野で既知の技術を使用して行うことができる。例えば、向き合った壁２６の第２の対、即ちＰＳＡで積層したスペーサのダイカット縁部に小さな押縁、段、又は「歯」を追加することによって行うことができる。
【００１８】
驚くべきことに、粗くした表面は、チャンネルを通してバルク試料を移動するとき、少量の流体及び／又は空気を保持する。これによりチャンネルの中央の流れを促し、バルク液体がチャンネルに戻るとき、大きな気泡の形成を最少にする。驚くべきことに、より狭幅の又はより浅い表面を粗くすることにより所望の結果が得られる。
【００１９】
本発明の利点は、向き合った壁２４の第１の対を粗くする必要がないということであり、好ましくは、これらの壁の内面は滑らかである。しかしながら、所望であれば、向き合った壁２４の第１の対の一方又は両方の内面を粗くしてもよい。
【００２０】
表面を粗くすることにより、粗くしてない場合には滑らかな表面に、一つ又はそれ以上の不連続部(discontinuities) を導入する。粗くした表面は、正方形、矩形、円形、及び／又は三角形の不連続部を含んでいてもよい。不連続部は、盛り上がっていてもよいし窪んでいてもよい。不連続部は、約１μｍ〜２０００μｍの高さ（又は深さ）を持つようになっている。好ましくは、不連続部は、１０μｍ〜２０００μｍ毎に繰り返す。粗くした表面の可能な形状を図５、図６、及び図７に示す。図５は、正方形形状又は矩形形状の対称的繰り返しパターンを示す。このパターンは、好ましくは、１０μｍ〜２０００μｍ毎に繰り返す。図６は、正方形形状又は矩形形状の非対称な繰り返しパターンを示す。このパターンは、少なくとも一つの正方形又は矩形を１０μｍ〜２０００μｍ毎に繰り返す。図７は、三角形形状の対称的繰り返しパターンを示す。三角形形状は、直立した三角形(upright triangle)であってもよいし、「鋸歯状」形状であってもよく、このパターンは、好ましくは、１０μｍ〜２０００μｍ毎に繰り返す。鋸歯の頂部等の不連続部の角をなした部分又は正方形形状の不連続部又はノッチのベースの内角に丸味を付けてもよい（即ち、三角形又は正方形の隅部等に「尖った」角でなく、小さな内湾曲及び外湾曲を設けてもよい）。これらの隅部に丸味を付けることにより、チャンネルの流れ特性を更に改善する。好ましくは、丸味を付けた角部分の半径は０．１ｍｍ〜１ｍｍである。
【００２１】
複数の不連続部を形成するのが望ましいが、チャンネル４のボトルネック近くに配置される場合には、単一の不連続部（ノッチ）で十分である。更に好ましくは、二つの不連続部が互いに向き合って配置される。
【００２２】
理論によって括ろうとするものではないが、本発明は、四つの可能な方法で作用するものと考えられる。これらの方法のうちの幾つか又は全てが、任意の特定の場合の流れの信頼性に寄与する。
【００２３】
第１に、粗くした表面が設けられているため、毛管チャンネルの縁部の流体は、縁部に沿って真っ直ぐに移動するのでなく、更に大きく、即ち、各不連続部の内方及び外方に移動しなければならず、このため、移動距離が大きくなり、中央の流体を減速することなく、縁部の流体を減速する。
【００２４】
第２に、粗くした表面は、毛管壁で通常見られる高められた毛管作用を妨げることによって、スペーサ縁部に沿った試料の移動を、なくさないにしろ減少させる。かくして、混合チャンバでの気泡の形成が困難になる。実際には、粗くした表面の有利な効果を得るため、これらの粗くした表面が充填される必要はない。実に、これらのノッチに捉えられた少量の空気が、毛管壁で通常見られる高められた毛管作用を壊すのである。混合チャンバの充填中に流体が縁部に沿って移動する場合、流体の移動が停止すると、流体「スラグ」の中央部分は前方に移動し続け、縁部のところでの流体のレベルと一致する。この効果は、場合によっては、中央流体部分が、縁部のところの流体の前方に張り出し、「凸状メニスカス」効果を提供するのに十分に強い。これは、流体試料の前縁部での表面張力による。
【００２５】
第３に、流体流れが「前後」流れである場合、スペーサの不連続部間に少量の流体が保持され、チャンネルの縁部の「湿潤性」が均等になる。
【００２６】
第４に、気泡が形成されたとき、これらの気泡は、（空気で充填された）不連続部に捕捉され易く、流体の移動中に動かない。かくして、気泡は液体試料とともに次のチャンバ内に送られ難くなる。これらの気泡は、おそらくは、ノッチ内の空気と強制的に結合され、流体と接触する表面積を小さくする。この場合も、これは、表面張力の効果である。これらの気泡が不連続部に入り込むことにより流体を不連続部から押し退け、流体に対して更に小さな表面積を提供する。
【００２７】
好ましい実施形態では、本発明の毛管チャンネルをセンサに導入した。図８は、図１に示すセンサと同様のセンサを示すが、図８のセンサには、本発明の毛管チャンネル１４が第２試薬マイクロチャンネル１０として組み込んであり、向き合った壁２６の第２の対の内面を粗くしてある。
【００２８】
本発明の毛管チャンネル１４を組み込むことができる適当なセンサは、ＷＯ９０／１３０１７、ＷＯ２００４／０９０５１２、及びＷＯ２００６／０７９７９５に記載のセンサである。
【００２９】
従って、本発明は、更に、センサの流体試料包含エレメントとして形成された毛管チャンネルの使用を提供する。本発明は、更に、流体試料中の検体を検出するためのセンサを提供する。センサは、基材と、検体と結合するための試薬と、試薬を照射するための放射線源と、照射時に試薬が発生したエネルギーを電気信号に変換できる焦電気又は圧電エレメントを持つトランスジューサーと、トランスジューサーに電子的に接続された電極と、電気信号を検体の濃度の表示に変換できるプロセッサとを含み、基材には、本明細書中に説明した毛管チャンネルが設けられている。
【図１】
2010522337.tif 000003
【図２（ａ）】
2010522337.tif 000004
【図２（ｂ）】
2010522337.tif 000005
【図２（ｃ）】
2010522337.tif 000006
【図３】
2010522337.tif 000007
【図４（ａ）】
2010522337.tif 000008
【図４（ｂ）】
2010522337.tif 000009
【図４（ｃ）】
2010522337.tif 000010
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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2010522337.tif 000016
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