(57)【要約】    【目的】基板および蓋板が樹脂素材からなり、血液の採取部から分析部までには血球やたんぱく質が付着し難く且つ移動部の血液または血清の移送能力に優れ、且つ信頼性および経済性に富む血液分析装置用チップの製造方法を提供する。    【構成】採取部から移動部までの一連の血液流路となる溝が形成された樹脂製の基板とこの溝を覆う樹脂製の蓋板とで構成された流路構成体の流路壁面処理として、採取部から移動部までの流路内にシリンジポンプで光触媒活性を有する物質の溶液を注入し当該流路の壁面にその物質を沈着させて熱処理し、当該流路の壁面に光触媒活性膜を形成し、次に、採取部から分析部までの流路内にシリンジポンプで撥水性物質の溶液を注入し当該流路の壁面にその溶液を付着させて熱処理し、当該流路の壁面に撥水性膜を形成する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
血液を取り入れるための第1の流路と、この血液を濾過して血漿を得るための第2の流路と、得られた血漿から遠心力によって凝固分子を分離させて血清を得るための第3の流路と、得られた血清の性質や血清中の物質を分析するための第4の流路と、前記の各流路内の血液または血液成分を電気泳動力によって移動させるための第5の流路と、が順に連通して配置され、第1の流路から第４の流路の壁面には血液中の血球やたんぱく質の付着を抑制するための処理が施され、且つ第５の流路の壁面にはゼータ電位を高めるための処理が施されている樹脂製の血液分析装置用チップの製造方法であって、
前記の第1の流路から第5の流路の壁面に光触媒活性を有する物質の薄膜を形成する工程と、
これに続いて、第1の流路から第４の流路の壁面にフッ素系樹脂を主成分とする撥水性膜を形成する工程と、を有する、
ことを特徴とする血液分析装置用チップの製造方法。
【請求項２】
前記の光触媒活性を有する物質として、酸化チタンおよびその複合物を用いる、
ことを特徴とする請求項１に記載の血液分析装置用チップの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、人体より採取した血液中から赤血球、白血球、リンパ球、血小板および血液凝固因子等を分離し、その結果として得られる血清のｐＨ値や酸素濃度、二酸化炭素濃度等を測定して血液の状態を分析する血液分析装置に用いられるチップの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
人の健康状態や疾病を診断する装置の一つとして、血液分析装置がある。これは、人体より数ミリリットルの血液を採取し、遠心分離器を用いて、赤血球、白血球、リンパ球、血小板および血液凝固因子等を分離して得られた血清を、多数の試験管に分注し、これらの試験管を一列に並べて動かし、ケミカルセンサによって、ｐＨや、酸素や二酸化炭素等の各濃度を測定し、更には、試験官の血清に酵素等の試薬を添加して、血清中の基質との発光反応の分光や吸収分光を行う。このようにして得られたデータはコンピュータで処理されて人の健康状態や疾病を判断するのに用いられている。
従来、この種の血液分析装置は、病院等の大規模医療機関に設置されており、大型で、その操作は専門の資格を有する者に限られる場合が多かった。しかし、近年になって、このような大型の血液分析装置に代わって、血液分析を各家庭で自らの手で実行することを目指した小型で簡便な血液分析方法および血液分析装置が提案されている。
【０００３】
その具体的例として、例えば特許文献１には、以下の構成の血液分析装置が開示されている。この血液分析装置の概要について図3および図4を用いて説明する。図３は、この装置の血液分析装置用チップ100の構成を示す平断面図であり、図４は、この血液分析装置用チップ100の1つの流路の構成を示すモデル的平断面図であり、ともに上部の蓋板が外された状態で示されている。
この血液分析装置用チップ100は、血液の採取のための採取部１と、採取した血液中から赤血球や白血球等を濾過して血漿を得るための濾過部２と、得られた血漿から遠心力によってたんぱく質等の凝固分子を分離して血清を得るための分離部３と、得られた血清の性質や血清中の物質を分析する分析部４と、流路内の血液または血液成分を電気泳動力によって移動させる移動部５とを一連の流路として備えており、分離部３までは共通の部分とし、それ以降の分析部４および移動部５を分岐流路として複数組備えている。このような流路は、流路用の溝を形成された基板とこの溝を流路とするために基板の溝側の面に貼り合わされる蓋板との一体化で形成されている。この一体化には、接着や接合、圧着等の方法が用いられる。図3および図4は、基板を溝形成面側から見た状態に相当する。
【０００４】
分析される血液は、採取部１の先端にある注射針のような中空針11を血管に刺し込むことによって採取され、濾過部２の順に間隔が狭くなる数段のスリット21で赤血球、白血球、リンパ球および血小板を順次濾過され血漿となってU字型の分離部３に送り込まれる。この状態で血液分析装置用チップ100が遠心分離器に搭載されてU字型の底に向かう加速度を加えられ、血漿中の凝固分子がU字型の底に分離除去され、分離部３の上部には血清が得られる。この血清が分岐された複数の分析部４に送られてそれぞれの分析部４に配備されている不図示のセンサによって、ｐＨ値や、酸素、二酸化酸素、ナトリウム、カリウム、カルシウム、グルコース、乳酸、等の各濃度が測定される。分離部３で得られた血清を分析部４に移動させるのには、移動部５の電極51および電極52に印加された電圧によって両電極間に発生する電気泳動力による電気浸透流が利用される。
【０００５】
このような血液分析装置用チップ100に用いられる基板の材料としては、従来は、石英等のガラス板やシリコンウェハが用いられることが多かったが、これらは一般的には高価で大量生産には不向きである。このため、基板を安価に製作することができる樹脂素材が用いられるようになってきている。
しかしながら、樹脂素材を基板に用いる場合には、材料物性的に表面のゼータ電位が低いために、電気浸透流を利用する移動部５でのポンプ作用の能力が低いという問題がある。また、移動部５以外の流路では、その流路の壁面には血液中のたんぱく質や血球等が付着し易く、その防止のための表面処理が必要である。
これらの問題に対応するために、特許文献１では、例えば基板が樹脂素材のＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）である場合に、移動部５の流路の壁面にはシリコン酸化膜53を被覆し、それ以外の流路の壁面には生体適合性を有する有機分子の被覆膜７を被覆している。
【特許文献１】特開2002−267677号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１には、樹脂素材表面のゼータ電位を増加させるための手段として、分析部４と移動部５との中間位置で流路を遮断して、移動部５の流路内にＨＭＤＳ（ヘキサメチルジシラザン）を導入し、その後、温度を上げて溶媒を蒸発させ、移動部５の流路の壁面にシリコン酸化膜53を被覆する方法と、少なくともシリコンを構成元素として含む分子の気体と少なくとも酸素を構成元素として含む分子の気体とを移動部５の流路内に導入してプラズマを発生させるプラズマ化学的気相堆積法で移動部５の流路の壁面にシリコン酸化膜53を被覆する方法とが開示されている。
この方法では、移動部５の流路の壁面のゼータ電位を増加させることはできるが、流路の途中で蓋板に孔を開けて分析部４側の流路を塞ぐことが必要であること、および、シリコン酸化膜53を成膜する工程が煩雑であること、が問題である。
【０００７】
一方、分析部４までの流路の壁面に生体適合性を付与するための方法として、分析部４までの流路を減圧状態に保ち、ＭＰＣポリマー（2-methacryloyloxyethylphorylcholine）または高分子ミセルを含む溶液をその吸引力によって流路内に注入し、その後、溶媒を揮発させてＭＰＣポリマーや高分子ミセルを被覆膜７として流路の壁面に被覆する方法が開示されている。この方法によって、当該流路の壁面の生体適合性は向上するけれども、移動部５側の流路を塞ぐことが必要であり、且つ当該流路内を減圧状態にしなければならないこと等、この被覆方法は煩雑で手間のかかる方法であることが問題である。
この発明の課題は、上記の問題を解消して、基板および蓋板が樹脂素材からなり、採取部から分析部までには血球やたんぱく質が付着し難く且つ移動部の血液または血清等の移送能力に優れ、且つ信頼性と経済性に富む血液分析装置用チップの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明は、血液を取り入れるための第1の流路と、この血液を濾過して血漿を得るための第2の流路と、得られた血漿から遠心力によって凝固分子を分離させて血清を得るための第3の流路と、得られた血清の性質や血清中の物質を分析するための第4の流路と、前記の各流路内の血液または血液成分を電気泳動力によって移動させるための第5の流路と、が順に連通して配置され、第1の流路から第4の流路の壁面には血液中の血球やたんぱく質の付着を抑制するための処理が施され、且つ第5の流路の壁面にはゼータ電位を高めるための処理が施されている樹脂製の血液分析装置用チップの製造方法であって、前記の第1の流路から第5の流路の壁面に光触媒活性を有する物質の薄膜を形成する工程と、これに続いて、第1の流路から第４の流路の壁面にフッ素系樹脂を主成分とする撥水性膜を形成する工程と、を有する。
【０００９】
上記の２つの工程は、「発明を実施するための最良の形態」の項で説明するように、簡単な設備と単純な作業で実行できる工程であり、これら２つの工程によって、第5の流路の壁面には光触媒活性を有する物質の薄膜が形成され、第1の流路から第４の流路の壁面にはフッ素系樹脂を主成分とする撥水性膜が形成される。
光触媒活性を有する物質は、ｎ型半導体に類似の性質を有するため、高いゼータ電位をもつ。「光触媒活性」とは、紫外線の照射に起因する強い酸化力や還元力によって様々な効果を発現する現象のことであり、この性質を有する物質としては、酸化チタン（TiＯ２）、酸化亜鉛（ZnＯ）、硫化亜鉛（ZnＳ）、等がある。これらの物質は、全て、血液分析装置用チップへの適用が可能であるが、物質そのものの化学的安定性や、血液成分との反応の防止や血液中への溶出等による血液の汚染の防止等の観点から判断すると、酸化チタンおよび酸化チタンを主成分とする複合物がこの発明の目的に最も適している。酸化チタンへの添加物としては、三酸化タングステン（ＷＯ３）や酸化珪素（SiＯ２）等を好ましい物質として例示できる。
【００１０】
フッ素系樹脂を主成分とする撥水性膜は、水に対する接触角が110°前後という、非常に高い撥水性を有しているので、血液中の血球やたんぱく質の附着を最少限度までに抑制することが可能となる。
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記の光触媒活性を有する物質として、酸化チタンおよびその複合物を用いる。
酸化チタンおよびその複合物は、上記で説明したように、優れた光触媒活性を有し、且つ化学的な安定性に優れるので血液または血液成分を汚染することがなく、この発明の目的に最も適している。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の発明においては、第1の流路から第5の流路の壁面に光触媒活性を有する物質の薄膜を形成する工程と、これに続いて、第1の流路から第４の流路の壁面にフッ素系樹脂を主成分とする撥水性膜を形成する工程と、を有するが、この２つの工程は、「発明を実施するための最良の形態」の項で説明するように、簡単な設備と単純な作業で実行できる工程であり、この２つの工程によって、第5の流路の壁面には光触媒活性を有する物質の薄膜が形成され、第1の流路から第４の流路の壁面にはフッ素系樹脂を主成分とする撥水性膜が形成される。光触媒活性を有する物質は、ｎ型半導体に類似の性質を有するため高いゼータ電位をもつ。フッ素系樹脂を主成分とする撥水性膜は、その優れた撥水機能によって、血球やたんぱく質が附着し難い表面状態とする。したがって、この発明によれば、基板および蓋板が樹脂素材からなり、採取部である第1の流路から分析部である第４の流路までには血球やたんぱく質が附着し難く且つ移動部である第5の流路の血液または血清等の移送能力に優れ、且つ信頼性と経済性に富む血液分析装置用チップの製造方法を提供することができる。
【００１２】
請求項２の発明においては、光触媒活性を有する物質として、酸化チタンおよびその複合物を用いるが、酸化チタンおよびその複合物は、優れた光触媒活性を有し、且つ化学的な安定性に優れるので血液または血液成分を汚染することがない。したがって、この発明によれば、信頼性の高い血液分析装置用チップの製造方法を提供することができる。
ここで、酸化チタンを例にとって、光触媒活性反応の原理やその効果について説明する。ｎ型半導体である酸化チタンに、そのバンドギャップに相当する波長387nm以下の波長の紫外線を照射すると、価電子帯から伝導帯に電子が光励起され、価電子帯には正孔が生成される。この電子および正孔は、それぞれに酸化チタンの表面に移動し、表面に吸着されている酸素や有機物と反応する。この時、光生成された正孔は価電子帯のエネルギー準位（水素標準電極に対して＋３Ｖ）にあり、強い酸化力をもつので、表面に吸着している殆どの全ての有機物が酸化分解される。更に、酸素や水から強い酸化力をもつ活性酸素種（ＯＨラジカルや過酸化水素、等）が生成されて有機物の酸化分解に寄与する。これら一連の光触媒活性反応によって、酸化チタンの表面には超親水性が付与される。この有機物分解性および超親水性によって、紫外線を照射された酸化チタン表面には、防汚性、防曇性、抗菌性、減菌性、浄化性、易洗浄性、等の性質が発現してくる。
【００１３】
以上の説明から明らかなように、酸化チタンおよびその複合物を移動部である第5の流路の壁面上に成膜する主目的は表面のゼータ電位を高めることではあるが、同時に、光触媒活性反応に伴う種々の効果によって、表面の清浄性が維持されて血液成分への汚染が防止され、繰り返し使用の可能性も高くなる、等の、移送機能とは別の機能においてもその特性を向上させるという効果を発揮する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
この発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明する。
なお、従来技術と同じ機能の部分には同じ符号を付ける。
図１はこの発明による血液分析装置の製造方法の実施例を示す工程図であり、図２は、この製造方法によって製造される血液分析装置の血液分析装置用チップ100aの1つの流路の構成を示すモデル的平断面図であり、上部の蓋板が外された状態で示されている。
この実施例の特徴は、チップを構成する基板および蓋板の材料として、素材コストが低位であり且つ射出成形等で大量生産することが容易な熱可塑性樹脂を採用していること、および、採取部１から移動部５までの流路の壁面全体にチタンやその複合物からなる光触媒活性を有する物質の膜（以下では光触媒活性膜という）８を形成させ、次いで、採取部１側から分析部４までの流路の壁面にフッ素系樹脂を主成分とする撥水性膜7aを形成させることである。
【００１５】
以下において、図１および図2を用いて、実施例を更に詳しく説明する。
採取部１から移動部５までの流路のための溝が形成された基板とこの溝を覆う蓋板とが接着や圧着等で一体化されて流路構成体が形成される工程は、図1では省略しているが、基板材料としてＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）を使用し、射出成形によって図２に示す流路構成の流路溝を有する基板を製作した。なお、図2は１つの流路だけをモデル的に示したものであって、実際の流路は、図3と同様に、複数の分析部４および移動部５を有するものである。各部の流路の幅は、狭い部分で30μm、濾過部２や分析部４の広い部分では300〜500μmである。深さは50~200μmの範囲内である。濾過部２のスリット21の幅は、上流側から下流側に向けて、10数μmから数μmに減少している。蓋板材料にも基板材料と同じＰＥＴを使用し、基板および蓋板の一体化には、熱圧着を採用したが、溶剤接合でも一体化は可能である。
【００１６】
採取部１から移動部５までの流路のための溝が形成された基板とこの溝を覆う蓋板とが接着や圧着等で一体化されて形成された流路構成体の採取部１から、シリンジポンプによって、別途調整された酸化チタン溶液（図1では光触媒溶液）を、採取部１から移動部５までの流路全体に注入し、30分間静置して酸化チタンの結晶微粒子を流路の壁面に沈着させた後、その溶液を流路から排出させ、80℃で30分間熱処理して、酸化チタンからなる光触媒活性を有する物質の膜（以下では光触媒活性膜という）８を採取部１から移動部５までの流路の壁面全体に形成させた。なお、注入した酸化チタン溶液は、結晶子径が５〜30nmの酸化チタンの結晶微粒子を10重量％含むアルコール・ケトンを溶媒とする溶液である。
酸化チタン等の光触媒活性膜の形成方法には、蒸着やスパッタ等の物理的成膜法や溶液を塗布した後で熱処理する方法があるが、血液分析装置用チップの流路の壁面に光触媒活性膜を形成する場合には、後者の方法によらなければならず、シリンジポンプによる溶液の注入後しばらく静置して溶液を排出するという方法をとっている。熱処理の温度は、常温乾燥を含めて500℃までの範囲から選択できるが、基板素材の耐熱性を勘案すると、80〜150℃が好ましく、実施例では80℃とした。光触媒活性膜８の厚さは、使用目的によって大幅に異なるが、この発明の場合には、0.08〜0.5μmが好ましい。0.08μm未満であると、移動部５に電圧を印加した時に電極51および52の電極部が剥離する恐れがあり、0.5μm を超える厚さの膜を製作することは注入法では困難である。
【００１７】
次いで、採取部１側からシリンジポンプによって、別途調整されたフッ素系樹脂の溶液（図1では撥水性物質溶液）を、採取部１から分離部3までを下にし、移動部５が上になるようにして、分析部４の上部（図2に示した撥水性膜形成範囲の右端）まで注入し、1分間静置した後、溶液を注入側から排出させ、120℃で1時間熱処理して、フッ素系樹脂を主成分とする撥水性膜7aを採取部１から分析部４までの流路の壁面に形成させた。なお、注入した溶液は、フッ素系樹脂を含む撥水コーティング剤（旭硝子株式会社製、商品名：サイトップＣＴＬ−８０９ＭＤ)を、低沸点フッ素化合物系の分散溶媒（旭硝子株式会社製、商品名：ＣＴ―ＳＯＬＶ１８２０）を用いて0.5重量％となるように希釈したものである。希釈することによって注入し易い粘度まで粘度を低下させている。
なお、図２に図示されている分析部４および移動部５は１組であるが、血液分析装置用チップ100aには、通常、複数組の分析部４および移動部５を備えるので、上記の撥水性物質溶液の注入方法で全ての分析部４の上部まで撥水性物質溶液が行き渡るようにするため、これらの分析部４と移動部５との境界位置は同じレベルに揃えられている。
【００１８】
流路の壁面に付着しているフッ素系樹脂の溶液の熱処理条件は、80〜200℃で、0.5〜３時間の範囲内が適当であり、実施例では120℃で1時間としている。撥水性膜7aの厚さは、使用目的によって異なるが、通常0.1〜１μmであり、この発明の場合には、0.3μm前後で十分にその効果を発揮する。0.1μm以下では下地の影響を受けるため十分な撥水性が得られず、1μm以上になると膜に亀裂が生じ易くなって脱落等のトラブルを発生し易くなる。
上記の工程によって血液分析装置用チップ100aが完成する。採取部１から分析部４までの流路の壁面においては、光触媒活性膜８の上を撥水性膜7aが覆っており、移動部５の流路の壁面だけが光触媒活性膜８の露出した状態である。その結果、撥水性膜7aで覆われている採取部１から分析部４までの流路は、血球等が付着し難い壁面状態となり、光触媒活性膜８で覆われている移動部５の流路は、ゼータ電位の高い壁面状態となって優れた血液移送能力をもつ。このため、この実施例によって製作された血液分析装置用チップ100aの移動部５は、図２に示したように、小型で単純な形状になっている。
【００１９】
以上の説明から明らかなように、光触媒活性膜８および撥水性膜7aの形成には、シリンジポンプと熱処理用の150℃前後まで昇温可能な電気炉または恒温槽等があればよく、この発明による血液分析装置用チップの製造方法は経済性に優れている。
完成した血液分析装置用チップ100aを切断し、その断面を走査型電子顕微鏡で観察して光触媒活性膜８および撥水性膜7aの厚さを測定したところ、光触媒活性膜８の厚さは0.09μmであり、撥水性膜7aの厚さは0.15μmであった。
また、完成した血液分析装置用チップ100aに血液を注入し、移動部５の電極51および52の間に所定の電圧を印加すると、予定通りに血液を移動させることができた。
更に、上記と同様の工程条件でＰＥＴにフッ素系樹脂の撥水性膜を形成し、ＰＥＴそのものとで赤血球の付着密度を比較したところ、ＰＥＴそのものの表面では1平方mm当たり600個前後であったものが、撥水性膜を形成したものでは1平方mm当たり10個以下に激減しており、撥水性膜の顕著な効果が確認できた。
【００２０】
上記の実施例では、基板材料としてＰＥＴを使用したが、他の熱可塑性樹脂材料である、ポリエチレンやポリウレタン、メタクリル樹脂、ポリブチレンテレフタレート、ポリイミド、ポリカーボネ−ト、ポリサルフォン、等も使用可能であることを確認した。
撥水性膜7aの材料としてのフッ素系樹脂としては、とくに限定されないが、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）やテトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＦＴＦＥ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、等の各種フッ素系樹脂が使用可能である。なかでも、ＰＴＦＥやＰＦＡ、ＦＥＰ、等のパーフルオロ基を有するものが好ましい。
【００２１】
また、フッ素系樹脂の溶液には、フッ素系樹脂以外にプライマー成分が含有されていることが好ましい。プライマー成分としては、例えばシランカップリング剤が上げられる。プライマー成分の添加によって、例えばシランカップリング剤のシラノール基と樹脂表面との反応が進行し、付着力に優れたフッ素系樹脂の薄膜を形成することができる。
シランカップリング剤としては、特に限定されないが、例えば、メトキシ基およびエトキシ基よりなる群から選択される少なくとも一種のアルコキシ基と、アミノ基やビニル基、アクリル基、メタクリル基、エポキシ基、メルカプト基、ハロゲン基、イソシアネ−ト基よりなる群から選択される少なくとも一種の反応性官能基と、を有するシランカップリング剤を上げることができる。
上記のようなフッ素系樹脂を主成分として含有する溶液としては、市販のフッ素系樹脂を含む撥水コーティング剤を用いることができ、実施例では、上述したように、旭硝子株式会社製の商品名サイトップを用いた。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】この発明による血液分析装置の製造方法の実施例を示す工程図
【図２】この発明による血液分析装置の製造方法で製造される血液分析装置用チップ100aの流路の構成を示すモデル的平断面図
【図３】従来技術による血液分析装置の一例の血液分析装置用チップ100の構成を示す平断面図
【図４】従来例の血液分析装置用チップ100の流路の構成を示すモデル的平断面図
【符号の説明】
【００２３】
１  採取部                  11  中空針
２  濾過部                  21  スリット
３  分離部
４  分析部                  41  リード線
５  ポンプ部                51、52  電極            53  シリコン酸化膜
６  制御部
７  被覆膜
7a  撥水性膜
８  光触媒活性膜
100、100a  血液分析装置用チップ
【図１】
2005207860.tif 000003
【図２】
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【図３】
2005207860.tif 000005
【図４】
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