(57)【要約】【課題】光学測定中における検査・分析対象の流動（液移動）を防止することができ、もって正確な光学測定を行なうことが可能な光学測定用マイクロチップを提供する。【解決手段】内部に流体回路を有するマイクロチップであって、流体回路は光学測定に供される被検体を収容するための検出部を少なくとも有し、検出部は光学測定において光が照射される検出路と、これに接続される被検体入口用流路および被検体出口用流路とを備え、被検体入口用流路内には、被検体入口用流路を仕切るようにマイクロチップ厚み方向に延びる柱状物が設けられており、被検体入口用流路の柱状物を通る断面における、被検体入口用流路の少なくとも一方の側壁面から柱状物までの長さが、被検体出口用流路の断面における幅方向の長さと等しい光学測定用マイクロチップである。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板表面に設けられた溝を備える第１の基板と、第２の基板とを貼り合わせてなる、内部に流体回路を有するマイクロチップであって、
前記流体回路は、光学測定に供される被検体を収容するための検出部を少なくとも有し、
前記検出部は、前記光学測定において光が照射される検出路と、前記検出路に接続される被検体入口用流路および被検体出口用流路とを備え、
前記被検体入口用流路内には、前記被検体入口用流路を仕切るようにマイクロチップ厚み方向に延びる柱状物が設けられており、
前記被検体入口用流路の前記柱状物を通る断面における、前記被検体入口用流路の少なくとも一方の側壁面から前記柱状物までの長さは、前記被検体出口用流路の断面における幅方向の長さと等しい光学測定用マイクロチップ。
【請求項２】
前記被検体入口用流路の前記断面は、前記検出部に収容される被検体の一方の液面が位置する断面であり、
前記被検体出口用流路の前記断面は、前記検出部に収容される被検体の他方の液面が位置する断面である請求項１に記載の光学測定用マイクロチップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＤＮＡ、タンパク質、細胞、免疫および血液等の生化学検査、化学合成ならびに、環境分析などに好適に使用されるμ−ＴＡＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｔｏｔａｌ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  Ｓｙｓｔｅｍ）などとして有用なマイクロチップに関し、より詳しくは、光学測定により検査・分析を行なうマイクロチップに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、医療や健康、食品、創薬などの分野で、ＤＮＡ（Ｄｅｏｘｙｒｉｂｏ  Ｎｕｃｌｅｉｃ  Ａｃｉｄ）や酵素、抗原、抗体、タンパク質、ウィルスおよび細胞などの生体物質、ならびに化学物質を検知、検出あるいは定量する重要性が増してきており、それらを簡便に測定できる様々なバイオチップおよびマイクロ化学チップ（以下、これらを総称してマイクロチップと称する。）が提案されている。マイクロチップは、実験室で行なっている一連の実験・分析操作を、数ｃｍ〜１０ｃｍ角で厚さ数ｍｍ〜数ｃｍ程度のチップ内で行なえることから、検体および試薬が微量で済み、コストが安く、反応速度が速く、ハイスループットな検査ができ、検体を採取した現場で直ちに検査結果を得ることができるなど多くの利点を有している。
【０００３】
マイクロチップはその内部に流体回路を有しており、該流体回路は、たとえば検体（その一例として血液が挙げられる）と混合あるいは反応、または該検体を処理するための液体試薬を保持する液体試薬保持部、該検体や液体試薬を計量する計量部、検体と液体試薬とを混合する混合部、混合液について分析および／または検査するための検出部などの各部と、これら各部を適切に接続する微細な流路（たとえば、数百μｍ程度の幅）とから主に構成される。マイクロチップは、典型的には、これに遠心力を印加可能な装置（遠心装置）に載置して使用される。マイクロチップに適切な方向の遠心力を印加することにより、検体および液体試薬の計量、混合、ならびに該混合液の検出部への導入等を行なうことができる。検出部に導入された混合液の検査・分析（たとえば、混合液中の特定成分の検出）は、たとえば、混合液が収容された検出部へ検出光を照射し、その透過率を測定することなどの光学測定により行なうことができる（たとえば特許文献１参照）。
【０００４】
しかし、従来の光学測定用マイクロチップにおいては、検出部に導入された上記混合液等の検査・分析対象が光学測定中に流動し、これにより、検出部から出射された光の透過率に振れを生じ、正確な光学測定を行なえない場合があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３００７４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、光学測定中における検査・分析対象の流動（液移動）を防止することができ、もって正確な光学測定を行なうことが可能な光学測定用マイクロチップを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明により、基板表面に設けられた溝を備える第１の基板と、第２の基板とを貼り合わせてなる、内部に流体回路を有するマイクロチップであって、該流体回路は、光学測定に供される被検体を収容するための検出部を少なくとも有し、該検出部は、光学測定において光が照射される検出路と、該検出路に接続される被検体入口用流路および被検体出口用流路とを備え、該被検体入口用流路内には、被検体入口用流路を仕切るようにマイクロチップ厚み方向に延びる柱状物が設けられており、被検体入口用流路の該柱状物を通る断面における、被検体入口用流路の少なくとも一方の側壁面から該柱状物までの長さが、該被検体出口用流路の断面における幅方向の長さと等しい光学測定用マイクロチップが提供される。被検体入口用流路の上記断面は、好ましくは、検出部に収容される被検体の一方の液面が位置する断面であり、被検体出口用流路の上記断面は、検出部に収容される被検体の他方の液面が位置する断面である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、光学測定中における検査・分析対象の流動（液移動）を防止することができ、もって正確な光学測定を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明における第１の実施形態のマイクロチップを構成する第１の基板の上面図である。
【図２】本発明における第１の実施形態のマイクロチップの検出部に被検体が収容された状態を示す拡大図である。
【図３】本発明における第２の実施形態のマイクロチップを構成する第１の基板の上面図である。
【図４】本発明における第２の実施形態のマイクロチップの検出部に被検体が収容された状態を示す拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明は、その内部に流体回路を有する光学測定用マイクロチップに関するものである。本発明の光学測定用マイクロチップは、基板表面に溝が形成された第１の基板の溝形成側表面上に、第２の基板を貼り合わせてなり、第１の基板表面に形成された溝と第２の基板の貼り合わせ面とによって流体回路が構成されている。マイクロチップの大きさは、特に限定されないが、たとえば縦横数ｃｍ程度、厚さ数ｍｍ〜１ｃｍ程度とすることができる。
【００１１】
上記流体回路は、光学測定に供される被検体が収容される検出部を少なくとも有する。検出部に導入された被検体は、その検査・分析のために光学測定に供される。当該検査・分析（たとえば、被検体中の特定成分の検出）は、特に限定されないが、たとえば検出部に光を照射して透過する光の強度（透過率）を検出する、検出部に保持された被検体についての吸収スペクトルを測定する等の光学測定により行なわれる。
【００１２】
上記流体回路は、検出部の他に、他の部位を有していてもよい。他の部位としては、特に限定されるものではないが、液体試薬を保持するための液体試薬保持部、該液体試薬および流体回路内に注入された検体（または、該検体中の特定成分。以下、単に検体とも称する。）を計量するための各計量部、計量された液体試薬と検体とを混合するための混合部などを挙げることができる。必要に応じてさらに別の部位が設けられてもよい。流体回路内に、このような部位を備えるマイクロチップを用いた検査・分析の対象（被検体）は、典型的には、検体と液体試薬とが混合された混合液である。ここで、液体試薬とは、マイクロチップを用いて行なわれる検査・分析の対象となる検体を処理する、または該検体と混合あるいは反応される試薬であり、通常、マイクロチップ使用前にあらかじめ流体回路の液体試薬保持部に内蔵されている。
【００１３】
上記流体回路内の各部は、外部からの遠心力の印加により、検体や液体試薬の計量、検体と液体試薬との混合、得られた混合液（被検体）の検出部への導入および該混合液（被検体）の検査・分析等を順次行なうことができるように、適切な位置に配置され、かつ微細な流路（以下、単に流路と称することがある。）を介して接続されている。マイクロチップへの遠心力の印加は、典型的には、マイクロチップを、これに遠心力を印加可能な装置（遠心装置）に載置して行なわれる。以下、実施の形態を示して本発明を詳細に説明する。
【００１４】
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明における第１の実施形態のマイクロチップ１００を構成する第１の基板１０１の上面図である。ここでいう「上面」とは、流体回路を形成する溝が刻まれている側の面を意味している。本実施形態のマイクロチップ１００は、図１に示されるような、基板表面に形成された溝および基板の厚み方向に貫通する貫通穴を有する第１の基板１０１の溝形成側表面（上面）上に、第２の基板（図示せず）を貼り合わせてなる。第１の基板１０１表面（上面）に形成された溝と第２の基板の貼り合わせ面とによって流体回路が構成されている。本実施形態のマイクロチップ１００は、検体としての全血から血漿成分を取り出し、該血漿成分について検査・分析を行なうマイクロチップとして好適に適用され得る流体回路構造を有している。なお、第１の基板１０１は透明基板とすることができ、第２の基板は、たとえば不透明基板、好ましくは黒色基板とすることができる。
【００１５】
マイクロチップ１００が有する流体回路は、被験者から採取された全血を含むキャピラリー等のサンプル管を組み込むためのサンプル管載置部１０２、サンプル管より導出された全血から血球成分などを除去して血漿成分を得る血漿分離部１０３、分離された血漿成分を計量する第１の計量部１０４、液体試薬を保持するための２つの液体試薬保持部１０５ａおよび１０５ｂ、液体試薬を計量する第２の計量部１０６ａおよび第３の計量部１０６ｂ、血漿成分と液体試薬とを混合する混合部１０７ａ〜１０７ｄ、ならびに、得られた混合液についての検査・分析が行なわれる検出部１０８から主に構成される。本実施形態のマイクロチップ１００は、あらかじめ流体回路内に液体試薬（本実施形態においては２種類）が内蔵された「液体試薬内蔵型マイクロチップ」であり、該液体試薬は、液体試薬保持部１０５ａおよび１０５ｂに形成された、第１の基板１０１の厚み方向に貫通する貫通穴である液体試薬導入口１７０ａ、１７０ｂから注入された後、これら導入口の開口部は封止用ラベルなどによって封止される。
【００１６】
まず、本実施形態のマイクロチップ１００の動作方法の一例について説明する。なお、以下に説明する動作方法は一例を示したものであり、この方法に限定されるものではない。まず、被験者から採取された全血を含むサンプル管をサンプル管載置部１０２に搭載する。次に、マイクロチップに対して、図１における左向き方向（以下、単に左向きという。他の方向についても以下同様。）に遠心力を印加し、サンプル管内の全血を取り出した後、下向きの遠心力により、全血を血漿分離部１０３に導入して遠心分離を行ない、血漿成分と血球成分とに分離する。この際、過剰の全血は、廃液溜め１０９ａに収容される。また、この下向き遠心力により、液体試薬保持部１０５ａ内の液体試薬Ｘは、第２の計量部１０６ａにて計量される。第２の計量部１０６ａから溢れ出た液体試薬Ｘは、廃液溜め１０９ａに収容される。
【００１７】
ついで、分離された、血漿分離部１０３内の血漿成分を、右向き遠心力により第１の計量部１０４に導入する。第１の計量部１０４から溢れ出た血漿成分は、廃液溜め１０９ｂに収容される。また、計量された液体試薬Ｘは、混合部１０７ｂに移動するとともに、液体試薬保持部１０５ｂ内の液体試薬Ｙは、液体試薬保持部１０５ｂから排出される。
【００１８】
次に、下向き遠心力により、計量された血漿成分と液体試薬Ｘとが混合部１０７ａにて混合されるとともに、液体試薬Ｙは、第３の計量部１０６ｂにて計量される。第３の計量部１０６ｂから溢れ出た液体試薬Ｙは、廃液溜め１０９ｃに収容される。ついで、右向き、下向き、右向き遠心力を順次印加して、混合液を混合部１０７ａおよび１０７ｂ間で行き来させることにより、混合液の十分な混合を行なう。次に、上向き遠心力により、液体試薬Ｘおよび血漿成分からなる混合液と計量された液体試薬Ｙとを混合部１０７ｃにて混合させる。ついで、左向き、上向き、左向き、上向き遠心力を順次印加して、混合液を混合部１０７ｃおよび１０７ｄ間で行き来させることにより、混合液の十分な混合を行なう。最後に、右向き遠心力により、混合部１０７ｃ内の混合液を検出部１０８に導入する。検出部１０８内に収容された混合液（被検体）は、たとえば上記したような光学測定に供され、検査・分析が行なわれる。
【００１９】
図２は、マイクロチップ１００の検出部１０８に上記混合液（被検体）が収容された状態を示す拡大図であり、図２（ａ）はその上面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＩＩ−ＩＩ線における断面図である。図２（ａ）に示されるように、検出部１０８は、光学測定時において光が照射される検出路１１０と、この検出路１１０に接続される被検体入口用流路１２０および被検体出口用流路１３０とを備えている。被検体出口用流路１３０は、第１の基板１０１の厚み方向に貫通する貫通穴である空気孔１４０に接続されている。光学測定は、たとえば図２（ａ）に示されるように、検出路１１０の一端側から入射光１５０を、マイクロチップ表面と略平行な角度で照射し、検出路１１０の他端から出射された透過光１６０の強度（透過率）を測定することに行なわれる。この透過光強度（透過率）値から、混合液（被検体）中の特定成分の含有量等を定量することができる。
【００２０】
ここで、本実施形態において、検出路１１０に収容された被検体の被検体入口用流路１２０側の液面が位置する被検体入口用流路１２０の断面の幅方向の長さ（図２（ｂ）におけるＡ）は、被検体の被検体出口用流路１３０側の液面が位置する被検体出口用流路１３０の断面の幅方向の長さ（図２（ｂ）におけるＢ）と等しく（Ａ＝Ｂ）、具体的には、それぞれ０．３ｍｍ程度としている。このように、各流路断面の幅を等しくすることにより、検出部１０８に収容された被検体の、一方の液面（被検体入口用流路１２０側の液面）における毛細管力と他方の液面（被検体の被検体出口用流路１３０側の液面）における毛細管力とが均等となるため、光学測定中に被検体が流動するのを防止することができ、これにより正確な光学測定を行なうことが可能となる。
【００２１】
図２（ｂ）に示されるように、本実施形態においては、被検体の被検体入口用流路１２０側の液面が位置する被検体入口用流路１２０の断面の深さ方向の長さは、（図２（ｂ）におけるＣ）は、１．２ｍｍ程度と幅方向の長さＡ（約０．３ｍｍ）より長くしており、当該断面において短手方向とは、当該断面の幅方向である。また、被検体の被検体出口用流路１３０側の液面が位置する被検体出口用流路１３０の断面の深さ方向の長さ（図２（ｂ）におけるＤ）は、０．３ｍｍ程度であり、幅方向の長さＢと等しい。したがって、この場合には、当該断面の短手方向は、幅方向および深さ方向の両方であるといえる。
【００２２】
本実施形態の場合のように、被検体の液面が位置する流路の各断面の短手方向の長さが、ともに幅方向である場合、検出路１１０に収容された被検体両端における毛細管力を均等にするためには、少なくとも当該各断面の幅方向の長さを一致させればよい。液体の毛細管力は、その液面の曲率に大きく依存し、その曲率が大きいほど毛細管力は大きくなる。よって、液体を長手方向と短手方向とを有する断面形状が長方形の流路内に充填した場合、該液体は、主に、より大きな曲率を示す短手方向の毛細管力に支配される。したがって、短手方向である幅方向の長さを一致させることにより、被検体両端における毛細管力を略均等にすることができる。勿論、両断面の短手方向が深さ方向である場合には、深さ方向の長さＣおよびＤを一致させればよい。
【００２３】
なお、本実施形態で被検体出口用流路１３０の深さを被検体入口用流路１２０と比較して浅くしているのは、マイクロチップを用いて検体の検査・分析を行なうにあたり、使用する検体および液体試薬の量を極力少なくし、マイクロチップが有するメリットを最大限に発揮させるためである。被検体出口用流路１３０の深さは、特に限定されないが、たとえば０．１〜０．５ｍｍ程度とすることができる。また、被検体入口用流路１２０の深さを１．２ｍｍ程度と比較的深くしているのは、当該流路に続く検出路１１０の深さをこの程度に設定することが好ましいためである。具体的には、検出路１１０の深さは、０．８〜１．５ｍｍ程度とすることが好ましく、この範囲の深さとすることにより、光学測定に用いる検出光の光軸と検出路１１０側面との位置合わせを比較的容易に行なうことができる。被検体入口用流路１２０の深さは、たとえば０．８〜１．５ｍｍ程度とすることが好ましい。被検体入口用流路１２０の深さは、検出路１１０の深さと必ずしも同じである必要はなく、異なる深さであってもよい。
【００２４】
ここで、上記第１の実施形態のマイクロチップについては、本発明の効果を逸しない範囲で種々の変形を加えることができる。たとえば、検出路１１０に収容された被検体の被検体入口用流路１２０側の液面が位置する被検体入口用流路１２０の断面の形状と、被検体の被検体出口用流路１３０側の液面が位置する被検体出口用流路１３０の断面の形状とを同一にしてもよい。すなわち、各断面の幅方向の長さおよび深さ方向の長さの両方を一致させてもよい。これにより、より精密に毛細管力の均衡を図ることができる。ただし、上記したような、使用する検体および液体試薬量の削減、光軸との位置合わせの容易性等を考慮すると、被検体入口用流路１２０および被検体出口用流路１３０の深さは、上記範囲内とすることが好ましい。
【００２５】
また、短手方向の長さを一致させる断面は、被検体の被検体入口用流路１２０側の液面が位置する断面と、被検体の被検体入口用流路１３０側の液面が位置する断面とに限定されるものではなく、これらの断面を含む被検体入口用流路１２０および被検体出口用流路１３０の一部またはこれらの流路の全体であってもよい。
【００２６】
＜第２の実施形態＞
図３は、本発明における第２の実施形態のマイクロチップ３００を構成する第１の基板３０１の上面図である。ここでいう「上面」とは、流体回路を形成する溝が刻まれている側の面を意味している。本実施形態のマイクロチップ３００は、検出部３０８の構成以外については上記第１の実施形態と同様であるため、以下相違点についてのみ説明する。
【００２７】
図４は、マイクロチップ３００の検出部３０８に上記混合液（被検体）が収容された状態を示す拡大図であり、図４（ａ）はその上面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＩＶ−ＩＶ線における断面図である。図４（ａ）に示されるように、検出部３０８は、光学測定時において光が照射される検出路３１０と、この検出路３１０に接続される被検体入口用流路３２０および被検体出口用流路３３０とを備えている。被検体出口用流路３３０は、第１の基板３０１の厚み方向に貫通する貫通穴である空気孔３４０に接続されている。光学測定は、上記第１の実施形態の場合と同様に行なわれる。
【００２８】
ここで、本実施形態では、被検体入口用流路３２０内であって、被検体の被検体入口用流路３２０側の液面が位置する場所に、被検体入口用流路３２０を仕切るようにマイクロチップ厚み方向に延びる柱状物（ポール）４００を設けている。これにより、被検体入口用流路３２０は、その柱状物４００を通る断面において、２つの流路に分割されている。具体的には、幅約０．９ｍｍの被検体入口用流路３２０に、直径約０．３ｍｍ（図４（ｂ）におけるＦ）の円柱状の柱状物４００を、流路幅方向の中心に配置することにより、被検体入口用流路３２０は、その柱状物４００を通る断面において、幅方向の長さが約０．３ｍｍである２つの流路に分割されている（図４（ｂ）におけるＥおよびＧ）。一方、被検体の被検体出口用流路３３０側の液面が位置する被検体出口用流路３３０の断面の幅方向の長さ（図４（ｂ）におけるＨ）は約０．３ｍｍであり、柱状物４００によって分割された被検体入口用流路３２０内の２つの流路のうち、被検体出口用流路３３０に近い側の流路の幅方向の長さ、すなわち、被検体出口用流路３３０に近い側の被検体入口用流路３２０の側壁面から柱状物４００までの長さ（図４（ｂ）におけるＧ）と等しい（Ｇ＝Ｈ。本実施形態では、Ｅ＝Ｈでもある。）。なお、被検体入口用流路３２０および被検体出口用流路３３０の深さ（それぞれ図４（ｂ）におけるＩ、Ｊ）は、上記第１の実施形態と同様に、それぞれ約１．２ｍｍ、約０．３ｍｍである。また、本実施形態では、柱状物の高さ（被検体入口用流路３２０底面からの高さ）を１．１ｍｍとしているが、これに限定されるものではない。また、本発明においては、柱状物４００によって分割された被検体入口用流路３２０内の２つの流路のうち、被検体出口用流路３３０に遠い側の流路の幅方向の長さ、すなわち、被検体出口用流路３３０に遠い側の被検体入口用流路３２０の側壁面から柱状物４００までの長さ（図４（ｂ）におけるＥ）を、被検体の被検体出口用流路３３０側の液面が位置する被検体出口用流路３３０の断面の幅方向の長さ（図４（ｂ）におけるＨ）と一致させる（Ｅ＝Ｈ）ようにしてもよい。かかる構成によっても、本実施形態と同様の効果を得ることができる。この場合、ＥとＧとの関係は、たとえばＥ＜Ｇとすることができる。
【００２９】
このように、被検体の被検体入口用流路３２０側の液面が位置する場所に柱状物を設けて、該柱状物により形成された、被検体出口用流路３３０に近い側の流路の流路幅と、被検体出口用流路３３０の流路幅とを等しくすることにより、上記第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、上記第１の実施形態においては、柱状物を設けることなく、被検体の両液面位置における流路幅を等しくしている一方、本実施形態においては、被検体入口用流路内に柱状物（ポール）を設けることにより、被検体出口用流路に近い側の流路の流路幅と検体出口用流路の流路幅とが等しくなるように調整している。このような構成にすることにより、被検体入口用流路３２０の幅を広くすることができるため、液体の検出部への導入を迅速に行なうことができる。また、柱状物によって形成される流路のいずれかの流路幅が被検体出口用流路３３０の幅と同じである限り、被検体入口用流路３２０の幅を任意に設定することができる。
【００３０】
本実施形態において、被検体の液面が位置する被検体入口用流路３２０の幅は、上記した０．９ｍｍに限定されるものではなく、たとえば、０．１〜２．０ｍｍ、好ましくは０．９〜１．５ｍｍとすることができる。また、柱状物の位置および幅（直径）は、特に限定されず、柱状物によって形成される流路のいずれかの流路幅と検体出口用流路の流路幅とが等しくなるように適宜設定される。その他、本実施形態のマイクロチップは、上記第１の実施形態のマイクロチップと同様の変形を施すことができる。
【００３１】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００３２】
１００，３００  マイクロチップ、１０１，３０１  第１の基板、１０２，３０２  サンプル管載置部、１０３，３０３  血漿分離部、１０４，３０４  第１の計量部、１０５ａ，１０５ｂ，３０５ａ，３０５ｂ  液体試薬保持部、１０６ａ，３０６ａ  第２の計量部、１０６ｂ，３０６ｂ  第３の計量部、１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃ，１０７ｄ，３０７ａ，３０７ｂ，３０７ｃ，３０７ｄ  混合部、１０８，３０８  検出部、１０９ａ，１０９ｂ，１０９ｃ，３０９ａ，３０９ｂ，３０９ｃ  廃液溜め部、１１０，３１０  検出路、１２０，３２０  被検体入口用流路、１３０，３３０  被検体出口用流路、１４０，３４０  空気孔、１５０  入射光、１６０  透過光、１７０ａ，１７０ｂ  液体試薬導入口、４００  柱状物。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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