(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を中心とする回転により試料を計量する計量部を有するチップであって、
前記計量部は、
計量時に前記試料が満たされる計量部本体と、
前記計量部本体の一端に接続され、前記試料の導入口である第１端部と、
前記計量部本体の他端に接続される第２端部と、
前記第２端部から分岐し、前記第２端部から溢れる試料を流出させる取り出し管と、
を有し、
前記取り出し管の前記第２端部からの分岐点は、前記計量部本体を構成する壁面のうち最も前記回転軸に近い壁面よりも前記回転軸側に位置しており、
前記回転軸を中心としてチップを回転して試料を計量するときに、前記第１端部での試料液面と前記第２端部での試料液面とが前記回転軸を中心とする回転の同心円上にあり、かつ前記第１及び第２端部での試料液面と前記回転軸との距離は、前記計量部本体と前記回転軸との距離よりも近いかあるいは同じであるチップ。
【請求項２】
前記計量部は、前記第２端部に接続され、前記第２端部の試料液面に大気圧を印加するための空気孔をさらに有する、請求項１に記載のチップ。
【請求項３】
前記計量部本体、前記第１端部及び前記第２端部は、前記回転軸に対して開きを有するＵ字管あるいはＶ字管形状に形成されている、請求項１に記載のチップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料の計量を行う計量部を有するチップに関する。
【背景技術】
【０００２】
肝臓・胆道系疾患やアルコール性肝障害を診断し、その治療経過を観察するため、肝臓、腎臓、膵臓などで活動している酵素やその生成物を血液中から採取して濃度測定する生化学検査が広く実施されている。このような生化学検査を行うためのチップとして、遠心力を利用して血漿を遠心分離する血液分析チップが、特許文献１に開示されている。図１１は、特許文献１に開示されている血液分析チップの平面図である。血液サンプルは開口２８から導入され、血液保持チャンバ３６に保持される。ここで、血液分析チップでは、血液中の対象成分の所定量を正確に計量して、試薬との混合や反応を行わせる。そのため、血液分析チップ内の血液サンプルを、遠心力により血液保持チャンバ３６から血液分離チャンバに導入するとともに対象となる試料を遠心分離する。そして、分離された試料を試料測定手段６３において計量する。このように計量された試料を用いることで、正確な分析等を行うことができる。
【特許文献１】米国特許第４、８８３、７６３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、対象となる試料の性質によっては、試料測定手段６３での計量を正確に行うことができない。例えば、試料の濡れ性が低い溶液の場合は、図１２（ａ）に示すようにその表面張力により試料測定手段６３での液面が盛り上がる。一方、濡れ性が高い試料の場合は図１２（ｂ）に示すように液面がへこむ。このように試料の性質により液面が上下し、試料が盛り上がった分やへこんだ分だけ計量すべき量と異なってしまう。よって、試料を正確に計量することができない。
【０００４】
そこで、本発明は、正確に試料を計量することができるチップを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願第１発明は、上記の課題を解決するために、回転軸を中心とする回転により試料を計量する計量部を有するチップを提供する。ここで、前記計量部は、計量時に前記試料が満たされる計量部本体と、前記計量部本体の一端に接続され、前記試料の導入口である第１端部と、前記計量部本体の他端に接続される第２端部とを有する。また、前記回転軸を中心としてチップを回転して試料を計量するときに、前記第１端部での試料液面と前記第２端部での試料液面とが前記回転軸を中心とする回転の同心円上にあり、かつ前記第１及び第２端部での試料液面と前記回転軸との距離は、前記計量部本体と前記回転軸との距離よりも近いかあるいは同じである。
【０００６】
試料を計量する場合、第１端部から計量部本体及び第２端部に順に試料を導入して、回転軸を中心としてチップを回転する。すると、試料は、計量部本体を満たすとともに、第１端部及び第２端部において液面を有する。これは、第１及び第２端部での試料液面と回転軸との距離が、計量部本体と回転軸との距離よりも近いかあるいは同じであるためである。このように、試料は第１端部及び第２端部においてのみ液面を有するため、その液面の面積が小さい。一般的に、試料の濡れ性が小さい場合は表面張力により液面が盛り上がり、濡れ性が大きい場合は液面がへこむ。上述のように、計量部本体の体積に対して試料液面の面積が小さいため、表面張力による計量の誤差を最小限に抑えることができる。また、濡れ性による影響が小さいため、試料が通過する計量部本体、第１端部及び第２端部に、例えば試料の濡れ性を改善するための内壁処理を行う必要が無い。よって、チップの製造コストを削減することができる。また、異なる表面張力を有する試料に対しても表面張力を考慮することなく上記チップを用いることができる。
【０００７】
本願第２発明は、第１発明において、前記計量部は、前記第２端部から分岐し、前記第２端部から溢れる試料を流出させる取り出し管をさらに有するチップを提供する。
例えば、計量部本体、第１端部及び第２端部を満たす以上の試料をチップに導入し、回転軸を中心としてチップを回転する。この回転による遠心力により、第２端部内の液面と第１端部内の液面とが同心円上に位置するようになる。このとき、第２端部から分岐する取り出し管を介して、第２端部からあふれ出た試料が流出する。よって、第１端部、計量部本体及び第２端部からなる計量部には、所定量の試料で満たされている。そのため、過剰の試料をチップに導入した場合であっても、計量部により所望の量の試料を正確に計量することができる。
【０００８】
本願第３発明は、第１発明において、前記計量部は、前記第２端部に接続され、前記第２端部の試料液面に大気圧を印加するための空気孔をさらに有するチップを提供する。
試料は、その表面張力により第２端部の分岐点から取り出し管の壁面を伝って流れ出る傾向にある。空気孔から空気を取り込むことにより、分岐点において第２端部から取り出し管の壁面を伝って過剰に流れ出ようとする試料を断ち切ることができる。よって、計量部において正確に試料を計量することができる。
【０００９】
本願第４発明は、第１発明において、前記計量部本体、前記第１端部及び前記第２端部は、前記回転軸に対して開きを有するＵ字管あるいはＶ字管形状に形成されている、チップを提供する。
計量部本体、第１端部及び第２端部を、Ｕ字管あるいはＶ字管などに形成することで、流路や試料内の気泡が流路壁に付着することを防止することができる。よって、気泡による影響を受けることなく正確に試料を計量することができる。例えば、チップを回転軸を中心として回転することにより、第１端部、計量部本体及び第２端部に順に試料を導入する。このとき、Ｕ字管あるいはＶ字管は回転軸に対して開きを有するように形成されているため、発生した気泡は遠心力を受けて流路壁に付着することができず、流路壁に沿って移動して計量部から放出される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、計量部本体の体積に対して試料液面の面積が小さいため、表面張力による計量の誤差を最小限に抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
（発明の概要）
チップは、試料を計量するための計量部を有している。また、計量部における試料の計量は、回転軸を中心としてチップを回転することにより行われる。計量部は、計量部本体に試料を導入する第１端部と、計量部本体から試料を導出する第２端部を有している。また、第１端部及び第２端部の断面積は計量部本体よりも小さくなるように形成されている。チップを回転させて計量を行う場合、試料は計量部本体を満たしつつ第１端部及び第２端部に液面を有する。第１端部及び第２端部は計量部本体よりも断面積が小さいため、第１端部及び第２端部での試料液面の面積は計量部本体において試料液面を有する場合と比較して小さくなる。よって、試料の表面張力による計量の誤差を最小限に抑えることができる。
【００１２】
＜実施形態例＞
（構成）
図１は本発明に係るチップの分解平面図であり、図２は回転軸とチップの各部との関係を示す説明図ある。チップ1は、板状基板である第１基板３と第２基板５とが貼り合わされて形成されている。第１基板３には、試料が導入される取込口７ａ、空気の取込口である空気孔９ａ及び試料を取り出すための取出口１１ａが形成されている。また、第２基板５には、取込口７ａ、空気孔９ａ及び取出口１１ａそれぞれに対応する取込口７ｂ、空気孔９ｂ及び取出口１１ｂが形成されている。さらに、第２基板５には、計量部本体１３ａ、計量部本体１３ａと取込口７ａとを接続する第１端部１３ｂ、計量部本体１３ａと空気孔９ａとを接続する第２端部１３ｃ、及び取り出し管１９が設けられている。取り出し管１９は、第１端部１３ｂの途中から枝分かれし、第１端部１３ｂと取出口１１ｂとを接続する。ここで、試料を計量する計量部１３は、計量部本体１３ａ、計量部本体１３ａの一端に接続される第１端部１３ｂ及び計量部本体１３ａの他端に接続される第２端部１３ｃから構成される。また、第１端部１３ｂ又は第２端部１３ｃの断面積は、計量部本体１３ａの断面積よりも小さい。さらに、計量部１３により計量される試料の体積当たりの液面の面積が、０．０１〜１ｍｍ２／μｌであると好ましく、さらに好ましくは０．１〜１ｍｍ２／μｌである。また、第１端部１３ｂ又は第２端部１３ｃの断面形状は、円形状の方が断面積が小さくなるので矩形状よりも円形状の方が好ましい。
【００１３】
この検査チップ１では、図２に示すように回転軸２１を中心とする回転により試料を計量する。よって、第１端部１３ｂ及び第２端部１３ｃの少なくとも一部は、計量部本体１３ａよりも回転軸２１側に位置している。ここで、計量部本体１３ａを構成する壁面のうち最も回転軸２１に近い壁面を壁面Ａとし、取り出し管１９が第１端部１３ｂから枝分かれする位置を分岐点Ｂとする。分岐点Ｂと回転軸２１との距離は、計量部本体１３ａの壁面Ａと回転軸２１との距離よりも近くなるように設計されている。つまり、計量部本体１３ａが分岐点Ｂよりも回転軸２１から遠くなるように設計されている。
【００１４】
（計量時の試料液面と回転軸との関係）
図３は、計量時の試料の状態を説明するための説明図である。図３の斜線部に示すように、回転軸２１を中心とする計量時の回転において、試料は計量部本体１３ａを満たし、第１端部１３ｂ及び第２端部１３ｃに液面を有する。具体的に計量時の試料液面と回転軸２１との関係を次に説明する。
【００１５】
計量対象である試料は取込口７ａ及び７ｂから取り込まれる。チップ１は回転軸２１を中心として回転され、試料は取込口７ｂから第１端部１３ｂに導入され、計量部本体１３ａに導入される。ここで、前述のように分岐点Ｂが計量部本体１３ａの壁面Ａよりも回転軸２１側に位置している。よって、試料は計量部本体１３ａを満たしつつ第２端部１３ｃに導入される。さらに、第２端部１３ｃの途中から取り出し管１９が分岐しているため、第２端部１３ｃ内の試料は取り出し管１９を介して取出口１１ｂに導入される。つまり、第２端部１３ｃ内において取り出し管１９との分岐点Ｂからあふれ出た試料は、取出口１１ｂに導入される。よって、第２端部１３ｃ内の試料の液面Ｙは、第２端部１３ｃ内の分岐点Ｂに位置する。さらに、試料は、第１端部１３ｂにおいても液面Ｘを有する。ここで、回転軸２１と第１端部１３ｂ内の液面Ｘとの距離は、回転軸２１と第２端部１３ｃ内の液面Ｙとの距離と概ね同一である。つまり、液面Ｘ及び液面Ｙは、回転軸２１を中心とする同心円２１ａ上に位置する。
【００１６】
なお、図３では、計量部本体１３ａの底部Ｃから液面Ｘ及び液面Ｙの距離が同程度である。しかし、回転軸２１から液面Ｘ及び液面Ｙの距離が概ね同一であれば良く、図４に示すように、計量部本体１３ａの底部Ｃから液面Ｘ及び液面Ｙの距離は異なっていても良い。
（空気孔）
試料は、その表面張力により第２端部１３ｃの分岐点Ｂから取り出し管１９の壁面を伝って流れ出る傾向にある。そして、第２端部１３ｃ内の試料の液面Ｙが分岐点Ｂよりも回転軸２１から遠ざかる方向に位置する場合がある。よって、計量部１３で計量される量が、本来計量されるべき量よりも少なくなる場合がある。そこで、空気孔９ｂから空気を取り込むことにより、分岐点Ｂにおいて第２端部１３ｃから取り出し管１９の壁面を伝って過剰に流れ出ようとする試料を断ち切る。これにより、計量部１３において正確に試料を計量することができる。
【００１７】
また、図１に示すように第１端部１３ｂにもまた取出口７ａ及び７ｂを介して、空気が取り込まれる。ここで、第１端部１３ｂ及び第２端部１３ｃの液面の位置は、第２端部１３ｃと取り出し管１９との分岐点Ｂにより決定されるが、その他の影響も受ける可能性がある。例えば、計量部本体１３ａ、第１端部１３ｂ及び第２端部１３ｃに導入される試料の量、第１端部１３ｂ又は第２端部１３ｃの液面に印加される圧力、回転のトルクなどによって影響を受ける。例えば、第２端部１３ｃ内の圧力が第１端部１３ｂ内の圧力よりも大きい場合は、第２端部１３ｃの液面は第１端部１３ｂの液面よりも回転軸２１からより離れて位置するようになる。一方、第２端部１３ｃ内の圧力が第１端部１３ｂ内の圧力よりも小さい場合は、第２端部１３ｃの液面は第１端部１３ｂの液面よりも回転軸２１に近い場所に位置するようになる。上述のように第１端部１３ｂの液面には取出口７ｂを介して大気圧が印加され、第２端部１３ｃの液面には空気孔９ｂを介して大気圧が印加される。上述のように空気を導入可能な空気孔９を設けて液面に印加される圧力を一定とすることで、前述のような圧力の変動による液面の位置の変動を無くし正確な計量を行うことができる。また、液面の位置を変動させるパラメータを減らすことで、導入すべき試料の量の調整、回転のトルクの調整又は計量部の設計等を容易に行うことができる。
【００１８】
（変形例１）
図５は、計量部１３の変形例１を示す平面図である。上記では、第２端部１３ｃに接続される空気孔９ａ、９ｂを設けている。表面張力により第２端部１３ｃから壁面を伝って取り出し管１９に試料が流れ出す場合があるが、流れ出すことにより変動する試料の量が誤差の範囲内であれば、空気孔９ａ、９ｂを設けなくても良い。よって、図５に示すように、第２端部１３ｃから連続するように取り出し管１９を設けても良い。
【００１９】
（変形例２）
図６は、計量部１３の変形例２を示す平面図である。上記図１では分岐点Ｂと回転軸２１との距離は、計量部本体１３ａの壁面Ａと回転軸２１との距離よりも近くなるように設計されている。しかし、試料の計量の際に、第１端部１３ｂ及び第２端部１３ｃのみに液面が位置するように設計すれば良く、例えば図６のように設計しても良い。図６では、計量部本体１３ａのうち最も回転軸２１に近い壁面Ａと回転軸２１との距離が、液面Ｘ及び液面Ｙと回転軸２１との距離と同程度である。この場合、試料は、計量部本体１３ａ内を満たしつつ第１端部１３ｂ及び第２端部１３ｃに液面を有する。
【００２０】
（変形例３）
図７は、計量部１３の変形例３を示す平面図である。計量部本体１３ａ、第１端部１３ｂ及び第２端部１３ｃは、回転軸２１に対して開きを有するＵ字管あるいはＶ字管形状に形成されても良い。図７に示すような形状で計量部を形成した場合であっても、第１端部１３ｂ及び第２端部１３ｃに液面が位置するため、表面張力の影響を最小限に抑えて試料を正確に計量することができる。
【００２１】
また、図７に示すように計量部１３をＵ字管あるいはＶ字管などに形成することで、流路や試料内の気泡が計量部１３の流路壁に付着することを防止することができる。よって、気泡による影響を受けることなく正確に試料を計量することができる。例えば、チップを回転軸２１を中心として回転することにより、第１端部１３ｂ、計量部本体１３ａ及び第２端部１３ｃに順に試料を導入する。このとき、Ｕ字管あるいはＶ字管は回転軸２１に対して開きを有するように形成されているため、発生した気泡は遠心力を受けて流路壁に付着することができず、流路壁に沿って移動して計量部１３から放出される。
【００２２】
（作用効果）
上述の通り、試料は第１端部１３ｂ及び第２端部１３ｃにおいてのみ液面を有するため、その液面の面積が小さい。一般的に、試料の濡れ性が小さい場合は表面張力により液面が盛り上がり、濡れ性が大きい場合は液面がへこむ。本発明では、計量部本体１３ａの体積に対して試料液面の面積が小さいため、表面張力による計量の誤差を最小限に抑えることができる。また、濡れ性による影響が小さいため、試料が通過する計量部本体１３ａ、第１端部１３ｂ及び第２端部１３ｃに、例えば試料の濡れ性を改善するための内壁処理を行う必要が無い。よって、チップの製造コストを削減することができる。また、異なる表面張力を有する試料に対しても、それぞれの試料の表面張力を考慮することなく上記チップを用いることができる。
【００２３】
＜実施例＞
（構成）
図８は、本発明の実施例に係るチップの平面図である。チップ１００は、血液導入部１０７、遠心分離部１２２、血球分離部１２４、空気孔１０９、計量部１１３、取り出し管１１９、廃液溜１１１、試薬溜１２５、混合部１２７及び検出路１２９を含む。
【００２４】
血液導入部１０７には、人体等から採取された全血が導入される。遠心分離部１２２は、回転軸１２１を中心とするチップ１００の回転により全血から血漿を遠心分離する。血球分離部１２４は、遠心分離された血球を保持する。
計量部１１３は、上述の図７と同様の構成の計量部１３であり、回転軸１２３に対して開きを有するＶ字状に形成されている。ここで、計量部１１３は、細い管状を有しており、その内部に位置する溶液の表面積は小さくなる。
【００２５】
また、空気孔１０９及び取り出し管１１９は、上記図１等に示す空気孔９及び取り出し管１９と同様の構成である。取り出し管１１９及び空気孔１０９はともに、Ｖ字状の計量部１１３の端部に接続されている。なお、取り出し管１１９は計量部１１３の端部から折れ曲がるように形成されており、その折れ曲がった形状により所定の量の血漿を計量部１１３にて計量可能にしている。つまり、計量部１１３が所定量満たされると、計量部１１３から溢れた血漿が取り出し管１１９から流れ出る。空気孔１０９は、計量部１１３から取り出し管１１９に血漿が過剰に流れ出るのを防止するため、空気を取り込む。廃液溜１１１は、取り出し管１１９から取り出された血漿を保持する。
【００２６】
試薬溜１２５は、混合部１２７で血漿と混合される試薬を保持する。試薬溜１２５内の試薬は、回転軸１２１を中心とする回転により試薬溜１２５から混合部１２７に導入される。また、回転軸１２１を中心とする回転により、さらに計量部１１３内の血漿が混合部１２７に導入される。そして、混合部１２７では血漿と試薬とが混合される。
検出部１２９には、混合部１２７で混合された血漿及び試薬が導入される。そして、例えば検出部１２９に光を照射して出射される光の波長を検出するなどして、血漿内の対象成分の検出を行う。
【００２７】
（処理）
チップ１００における試料の処理の方法について説明する。図９は、チップ内の試料の処理流れを示す模式図である。
ステップＳ１：血液導入部１０７には人体等から採取された例えば全血が導入される。また、試薬溜１２５には対象成分と反応させるための試薬が導入される。
【００２８】
ステップＳ２：血液導入部１０７に取り込まれた全血は、回転軸１２１を中心とするチップ１００の回転により遠心分離部１２２に導入される。そして、血液中の血球が血球分離部１２４に導入され、遠心分離部１２２には血漿が分離される。また、この回転軸１２１を中心とする回転により、試薬溜１２５内の試薬が混合部１２７に導入される。
ステップＳ３：次に、回転軸１２３を中心とするチップ１００の回転により、血漿が計量部１１３に導入される。計量部１１３から溢れ出た血漿は、空気孔１０９からの大気圧の影響及び遠心力を受けて取り出し管１１９から廃液溜１１１に導入される。このとき、計量部１１３により計量されている血漿は、その液面が計量部１１３の管内に位置する。よって、液面の面積が小さいため、表面張力による計量の誤差を最小限に抑えて正確に計量される。
【００２９】
ステップＳ４：回転軸１２１を中心とする回転に切り替えて、計量部１１３により計量した血漿を混合部１２７に導入して試薬と混合する。
ステップＳ５：混合された血漿及び試薬を検出部１２９に導入して、光の照射により対象成分を検出する。
＜比較例＞
（構成）
図１０は、本発明の比較例に係るチップの平面図である。チップ２００は、血液導入部２０３、遠心分離部２０１、計量部２０５、試薬溜２１９ａ及び２１９ｂ及び混合部２１７を含む。ここで、計量部２０５は、本発明とは異なる形状を有している。つまり、特許文献１に示すように計量部２０５内での試料液面の面積が、本発明と比較して大きくなるような形状である。図１０では、血液導入部２０３に導入された全血が回転軸３１０を中心とする回転により、遠心分離部２０１に血漿が分離される。そして、回転軸３１１を中心とする回転により、計量部２０５に血漿が導入されて計量される。図１０には、計量部２０５に導入された血漿が斜線で示されている。このように計量部２０５での試料液面は大きい。計量部２０５で計量された血漿は、回転軸３１０を中心とする回転により、混合部２１７に導入されて試薬と混合される。
【００３０】
（計量部での計量結果）
表１は、実験例の図８に示す計量部１１３及び比較例の図１０に示す計量部２０５での各種検体の計量ばらつきを示す結果である。ここでは、検体１〜３を用い、計量部に内壁処理を行わなかった場合（内壁処理無し）と内壁処理を行った場合（内壁処理有り）とで軽量ばらつきＣＶ（coefficient of variation）値を算出した。
【００３１】
【表１】
0004546889.tif 000002
検体１〜３：それぞれ異なるヒト全血から血球分離して得られた血漿１〜３。
検体４：Ｌタイプワコー酵素キャリブレータ（和光純薬製）：人工血清を精製した試薬であり、含有成分をある一定の濃度になるように調整した試薬。
内壁処理：テフロン（登録商標）、フッ素系コーティング剤で流路内壁をコーティング。撥水性を向上させることで血漿の濡れ性を低める。
【００３２】
上記表１に示すように、実験例での内壁処理無しと比較例での内壁処理無しとを比較すると、実験例での計量ばらつきの方が少ないことが分かる。また、実験例での内壁処理有りと比較例での内壁処理有りとを比較すると、同様に実験例での計量ばらつきの方が少ないことが分かる。以上より、本発明のように構成された計量部では、正確に試料を計量することができることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明の計量部により正確に溶液を計量することができるため、正確な分析等が必要な各種流体チップに本発明を適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に係るチップの分解平面図。
【図２】回転軸とチップの各部との関係を示す説明図。
【図３】計量時の試料の状態を説明するための説明図。
【図４】液面の位置を説明するための説明図。
【図５】計量部の変形例１を示す平面図。
【図６】計量部の変形例２を示す平面図。
【図７】計量部の変形例３を示す平面図。
【図８】本発明の実施例に係るチップの平面図。
【図９】チップ内の試料の処理流れを示す模式図。
【図１０】本発明の比較例に係るチップの平面図。
【図１１】特許文献１に開示されている血液分析チップの平面図。
【図１２】特許文献１の試料測定手段での液面の様子を示す説明図。
【符号の説明】
【００３５】
９：空気孔
１１：取出口
１３：計量部
１３ａ：計量部本体
１３ｂ：第１端部
１３ｃ：第２端部
１９：取り出し管
２１：回転軸
【図１】
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【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７】
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【図８】
0004546889.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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