(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板内に形成された第１のチャンバと、
前記基板に形成され、かつ前記第１のチャンバと前記基板の外部を連通させる、血液試料を前記第１のチャンバ内に導入するための注入口と、
前記基板に形成され、かつ前記第１のチャンバと前記基板の外部を連通させる空気穴と、
前記空気穴の穴壁面及び／又は前記基板の表面の前記空気穴が開口する部分の周囲に保持された血液凝固剤と
を備えることを特徴とする血液処理装置。
【請求項２】
前記血液凝固剤は、前記血液試料の凝固又は前記血液試料中の血小板の凝集を開始させる少なくとも１種類の物質を含むことを特徴とする、請求項１に記載の血液処理装置。
【請求項３】
前記血液凝固剤は、０．２μmol以上２m mol以下のカルシウムイオン又はイオノマイシンを含むことを特徴とする、請求項１に記載の血液処理装置。
【請求項４】
前記血液凝固剤は、組織トロンボプラスチン、部分トロンボプラスチン、活性化部分トロンボプラスチン、及び活性化セファロプラスチンのうちの少なくとも一つを含むことを特徴とする、請求項１に記載の血液処理装置。
【請求項５】
前記血液凝固剤は、トロンビン、エピネフリン、血小板活性化因子、リストセチン、トロンビン受容体感受性ペプチド、及びアラキドン酸のうちの少なくとも一つを含むことを特徴とする、請求項１に記載の血液処理装置。
【請求項６】
前記血液凝固剤は、親水性を有することを特徴とする、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の血液処理装置。
【請求項７】
前記基板の表面に形成され、底壁が前記空気穴と連通し、かつ前記底壁の面積が前記空気穴の面積よりも大きい保持凹部をさらに備え、
前記血液凝固剤は、少なくとも前記保持凹部の前記底壁の前記空気穴の周囲に保持されていることを特徴とする、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の血液処理装置。
【請求項８】
前記基板は回転中心線まわりに回転可能であり、
前記基板を前記回転中心線まわりに回転駆動可能な回転駆動部をさらに備え、
前記注入口は前記第１のチャンバの前記回転中心線側の部位に形成され、かつ
前記空気穴は前記第１のチャンバの前記注入口よりも前記回転中心線から離れた部位に形成されていることを特徴とする、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の血液処理装置。
【請求項９】
前記基板内に形成された第２のチャンバと、
前記基板内に形成され、前記第１のチャンバと前記第２のチャンバとを連通させる流路をさらに備え、かつ
前記第１のチャンバと接続する前記流路の流路端部は、前記空気穴よりも前記基板の前記回転中心側に配置されていることを特徴とする、請求項８に記載の血液処理装置。
【請求項１０】
前記第１のチャンバに接続する前記流路の前記流路端部は、前記基板の回転方向に沿って延び、かつ前記第１のチャンバ内の液体試料を毛細管力によって保持し、かつ
前記回転駆動部は、前記毛細管力を上回る慣性力が前記流路端部の前記血液試料に作用するように、前記基板を前記回転中心線まわりに回転駆動可能である、請求項９に記載の血液処理装置。
【請求項１１】
前記第２のチャンバ内に血液成分を分析するための検出電極をさらに備えることを特徴とする、請求項９又は請求項１０に記載の血液処理装置。
【請求項１２】
前記基板は、前記注入口及び前記空気穴が厚み方向に貫通するように形成された第１の基体と、前記第１のチャンバ、前記第２のチャンバ、及び前記流路が形成され、かつ前記第１の基体に接合された第２の基体とを備えることを特徴とする、請求項９から請求項１１のいずれか１項に記載の血液処理装置。
【請求項１３】
前記基板に、前記第１のチャンバ、第２のチャンバ、及び前記流路を備える流路部位が複数個形成されていることを特徴とする、請求項９から請求項１１のいずれか１項に記載の血液処理装置。
【請求項１４】
注入口、空気穴、及び前記空気穴の周辺に保持された血液凝固剤を備えるチャンバに血液試料を導入する方法であって、
前記注入口からチャンバ内に血液を導入し、前記空気穴を介して前記チャンバ内に存在する空気をチャンバ外に排出させ、かつ
前記チャンバ内に導入した血液試料と前記血液凝固剤を接触させ、前記血液凝固剤により凝固した前記血液試料で前記空気穴を封止することを特徴とする血液導入方法。
【請求項１５】
請求項１に記載の血液処理装置が備える前記チャンバに前記血液凝固剤を保持させる方法であって、
予め定められた濃度に前記血液凝固剤を溶解した溶液を作製し、
前記溶液を前記穴壁面及び／又は前記基板の表面の前記空気穴が開口する部分の周囲に滴下し、
前記滴下した溶液を乾燥させる
ことを特徴とする、血液凝固剤を保持させる方法。
【請求項１６】
前記滴下した溶液を凍結乾燥により乾燥させることを特徴とする、請求項１５に記載の血液凝固剤を保持させる方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、血液処理装置及び血液処理装置に血液を導入する方法に関する。詳細には、本発明は、血漿に含まれるタンパク成分の電気化学的分析のような血液成分の分析や、血球・血漿分離のような血液に対する種々の操作を実行するために、定量的に血液試料が導入されるチャンバを備える血液処理装置に関する。また、本発明は、そのような血液処理装置のチャンバに血液試料を導入する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、様々な健康診断チップが開発されている。これら健康診断チップの殆どは、マイクロタス（μ−ＴＡＳ：Micro Total Analysis System）と呼ばれる微小流路構造を持つカード型のデバイスである。流路を微細化すると、生体から抽出するサンプル量は微量でよい点等で非常に有用である。また、流路の微細化により健康診断チップを含む装置全体を小型化できれば、比較的大規模の病院だけでなく、診療所や家庭での診断を行うＰＯＣＴ（Point of care test：その場診断）用途に用いることが可能となる。
【０００３】
通常、この種のデバイスの分析対象は血液である。血液は、粒状成分である血球と液体成分である血漿から構成される高粘度の液体である。高粘度の血液試料を微小流路に導入することは困難であるので、血液の微小流路への導入に関して種々の試みがなされている。
【０００４】
図２０は、特許文献１に開示された血液中の血糖値を電気化学的に測定するためのバイオセンサを示す。このバイオセンサは、２枚の基板１０１，１０３間にスペーサ１０２を挟んだ構造を有する。スペーサ１０２に形成された血液導入用のスリット１０４は、親水化されている。測定用の電極１０６、１０７、１０８はスリット１０４の導入口１０４ａ付近に配置されている。また、スリット１０４の閉鎖端１０４ｂ付近に空気穴１０５が設けられている。導入口１０４ａ、電極１０６〜１０８、及び空気穴１０５は、スリット１０４が延びる方向に沿ってこの順に並んでいる。
【０００５】
導入口１０４ａから導入された血液試料は、親水化されたスリット１０４内を毛細管現象により電極１０６〜１０８に向けて流れる。スリット１０４内に存在する空気は、導入口１０４とは反対側へ逃げて空気穴１０５から排出されるので、スリット１０４の閉鎖端１０４ｂまで血液試料を充填することができる。従って、スリット１０４の電極１０６〜１０８と対応する部位に空気泡の残留（エア噛み）が生じない。また、スリット１０４に導入される血液試料の容積を定量的に見積もることができる。この２つの理由により、電極１０６〜１０８により得られる電気信号の再現性が良好であり、血液中に含有される血糖値を定量的に把握することができる。このスリット１０４に空気穴１０４ａを設ける構造は、マイクロリットル程度、もしくは少なくとも一つの代表長さが数１００マイクロメートルから数ミリメートルである微小流路や微小スリットへの微量溶液の導入において極めて重要である。
【０００６】
図２０に示すバイオセンサでは、電極１０６〜１０８はスリット１０４上に位置するので血液試料を送液する必要はない。しかしながら、ある種の測定では血液の送液や前処理が必要となる。例えば、血液中に含有されるＣＲＰ（Ｃ反応性タンパク）を電気化学的に計測する場合、血球が測定の阻害要因となるため、血球・血漿分離を行い、分離した血漿成分溶液を計測する必要がある。ＰＯＣＴ用途に適した送液方法の一つに遠心力を利用する方法がある。
【０００７】
特許文献２に開示されたバイオセンサは、基板を回転させることで発生する遠心力を送液の駆動源とし、溶液をチャンバから別のチャンバへとマイクロ流路を介して送液することができる。送液の原理は、基板の非回転時にはチャンバとマイクロ流路の界面に発生する表面張力によりチャンバ内に液体を保持し、基板の回転により生じる遠心力によって力の釣り合いを崩し、別のチャンバへと送液するものである。この送液方法は、ポンプによる送液と異なり、チューブを接続する必要がないため、溶液の駆動に必要なデッドボリュームが発生しない。また、基板に多数の流路を設けておけば、複数の送液を同時に並列処理できる。さらに、前述の血球・血漿分離も遠心力で実現することができる。詳細には、粒状成分である血球と液体成分である血漿は密度の差があるので、遠心力によって互いに分離することができる。従って、特許文献２に開示されている遠心力を駆動源とする送液方法は、血球・血漿分離と統合することができる。詳細には、一つのチャンバでの血球・血漿分離と、分離した血漿成分溶液のマイクロ流路を介した別のチャンバへの送液の両方を、遠心力で実現できる。特許文献３、４、及び５にも、遠心力を利用する送液方法が開示されている。
【０００８】
しかし、遠心力を血液・血漿分離や送液に利用するには、前述の血液試料導入時の空気の排出に関して以下の問題がある。
【０００９】
図２１を参照すると、血液試料が導入されるチャンバ２００に空気穴（図２０の符号１０５参照）を設けず、図示しない他のチャンバへの送液用のマイクロ流路２０１を空気穴として機能させる場合、チャンバ２００に対するマイクロ流路２０１の接続位置は限定される。まず、基板２０２の回転中に発生する遠心力は矢印で示すように回転軸２０３から遠ざかる方向に作用するので、チャンバ２００への血液試料の注入口２０４は遠心力により血液試料が飛散するのを防止するために、チャンバ２００の内周側（求心性の方向）に設ける必要がある。空気穴として機能するマイクロ流路２０１は、前述のエア噛みを防止するために、注入口２０４とは反対側、すなわち外周側の部位２００ａでチャンバ２００に接続する必要がある。しかし、遠心力により血漿２０５と血球２０６を分離すると、血液試料に約４０％〜５０％含まれる血球２０６がチャンバ２００ａの最外周側の部位２００ａに溜まりチャンバ２００に対するマイクロ流路２０１の開口部を閉塞させるので、送液が不可能となる。この血球２０６による閉塞を回避するために、図２２に示すようにマイクロチャンバ２００に対するマイクロ流路２０１の接続位置を内周よりに設定すると、注入口２０４から血液試料を導入時にマイクロチャンバ２００内の空気をマイクロ流路２０１から完全に排出することができず、マイクロチャンバ２００の最外周側の部位２００ａに空気泡２０８が残留してエア噛みが起こり、血液試料の定量的な導入が不可能となる。
【００１０】
以上の理由から、血液試料の定量的な導入のためにチャンバ内の空気を確実に排出するには、マイクロ流路とは別に、チャンバの注入口とは反対側に空気穴を設ける必要がある。しかし、チャンバの両端部に開口、すなわち注入口と空気穴を設けた構造では、遠心力によっていずれかの開口から血液試料が飛散する。よって、少なくともいずれか一方の開口を血液試料の導入後に封止する作業が必要となる。例えば、遠心力に打ち勝つ粘着性を持ったシート片を貼り付ける作業が必要となる。
【００１１】
【特許文献１】特開平２０００−０６５７７８号公報
【特許文献２】特表２００１−５０３８５４号公報
【特許文献３】特表２００２−５０３３３１号公報
【特許文献４】特許３３５６７８４号公報
【特許文献５】特許３４６９５８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、チャンバに血液試料を定量的に導入可能で、かつ血液試料の導入後にチャンバに連通する開口を閉鎖する作業を行うことなく、そのまま血液試料の操作を行うことができる血液処理装置及び血液導入方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の第１の態様は、基板（２）と、前記基板内に形成された第１のチャンバ（６）と、前記基板に形成され、かつ前記第１のチャンバと前記基板の外部を連通させる、血液試料（９）を前記第１のチャンバ内に導入するための注入口（１１）と、前記基板に形成され、かつ前記第１のチャンバと前記基板の外部を連通させる空気穴（１２）と、前記空気穴（１２）の穴壁面及び／又は前記基板の表面の前記空気穴が開口する部分の周囲に保持された血液凝固剤（１３）とを備えることを特徴とする血液処理装置を提供する。
【００１４】
注入口から血液試料を導入する際には、第１のチャンバ内に存在する空気を空気穴から排出しつつ、血液試料を第１のチャンバ内に導入することができる。従って、第１のチャンバ内でエア噛みを生じることなく、第１のチャンバの全体に血液試料を導入することができる。これにより第１のチャンバに一定量の血液試料の量を導入することができる。この点で第１の発明の血液処理装置は、定量性が要求される測定、分析等の処理に適している。
【００１５】
血液凝固剤は第１のチャンバに導入された血液試料と接触すると反応し、血液試料を凝固させる。凝固した血液試料により空気穴が封止される。従って、第１のチャンバへの血液試料導入後に、血球と血漿の遠心分離や送液等の第１のチャンバ内の血液試料に遠心力が作用する処理を実行しても、血液試料が空気穴から基板の外部に飛散することがない。また、空気穴を封止するためにシート片の貼り付け等の特別な作業を行う必要がない。
【００１６】
前記空気穴の直径は、１０μm以上３mm以下であることが好ましい。空気穴の直径をこの範囲に設定することで、血液試料の導入時に第１のチャンバ内の空気を確実に基板外に排出できる。また、血球と血漿の遠心分離や送液等の処理の際に作用する遠心力により血液試料が空気穴から飛散しないように、血液中の血小板凝固によって確実に空気穴を封止できる。
【００１７】
前記血液凝固剤は、前記血液試料の凝固又は前記血液試料中の血小板の凝集を開始させる少なくとも１種類の物質を含む。
【００１８】
具体的には、血液凝固剤は、０．２μmol以上２m mol以下のカルシウムイオン又はイオノマイシンを含むことが好ましい。血液中の血小板凝固を開始させることができ、それによって空気穴を封止することができる。
【００１９】
さらに具体的には、前記血液凝固剤は、組織トロンボプラスチン、部分トロンボプラスチン、活性化部分トロンボプラスチン、及び活性化セファロプラスチンのうちの少なくとも一つを含むことが好ましい。これらの物質を含むことで、血液中の血小板凝固を迅速に開始させることができる。
【００２０】
また、前記血液凝固剤は、トロンビン、エピネフリン、血小板活性化因子、リストセチン、トロンビン受容体感受性ペプチド、及びアラキドン酸のうちの少なくとも一つを含むことが好ましい。これらの物質も、血液中の血小板凝固を迅速に開始させる。
【００２１】
前記血液凝固剤は、親水性を有することが好ましい。第１のチャンバに導入された血液試料が空気穴の周囲に保持された血液凝固剤に接触すると、毛細管現象によって迅速に空気穴の穴壁面を濡らす。従って、血液試料導入から血液試料の凝固による空気穴の封止までに要する時間を短縮することができる。
【００２２】
血液処理装置は、前記基板の表面に形成され、底壁が前記前記空気穴と連通し、かつ前記底壁の面積が前記空気穴の面積よりも大きい保持凹部をさらに備え、前記血液凝固剤は、少なくとも前記保持凹部の前記底壁の前記空気穴の周囲に保持されていてもよい。血液凝固剤の表面積が増加するので、血液凝固剤と血液試料の接触面積が増加する。これによって血液中の血小板凝固がより迅速に起こり、かつ凝固した血液により空気穴をより強固に封止できる。従って、第１のチャンバへの血液試料の導入から空気穴の封止までに要する時間を短縮し、かつ遠心分離等の血液操作の際に第１のチャンバ内の血液試料が遠心力によって空気穴から基板の外部に飛散するのをより確実に防止できる。保持凹部の底壁の面積は、０．０１５mm２以上３０mm２以下であることが好ましい。
【００２３】
前記基板は回転中心線（Ｓ）まわりに回転可能であり、前記基板を前記回転中心線まわりに回転駆動可能な回転駆動部（４）をさらに備え、前記注入口は前記第１のチャンバの前記回転中心線側の部位に形成され、かつ前記空気穴は前記第１のチャンバの前記注入口よりも前記回転中心線から離れた部位に形成されていることが好ましい。空気穴を注入口よりも基板の回転中心線から離れた位置に配置することで、注入口から第１のチャンバに血液試料を導入する際のエア噛みを確実に防止できる。また、回転駆動部による基板の回転駆動時には、血液凝固剤により凝固した血液が空気穴を封止することで、遠心力によって第１のチャンバ内の血液試料が基板の外部に飛散するのを確実に防止できる。
【００２４】
血液処理装置は、前記基板内に形成された第２のチャンバ（７）と、前記基板内に形成され、前記第１のチャンバと前記第２のチャンバとを連通させる流路（８）をさらに備え、前記第１のチャンバと接続する前記流路の流路端部（８ａ）は、前記空気穴よりも前記基板の前記回転中心側に配置されていてもよい。
【００２５】
第１のチャンバと第２のチャンバを連通させる流路が空気穴よりも回転中心側で第１のチャンバに接続するので、回転駆動部が回転中心線回りに基板を回転させることで血球・血漿分離を実行しても、流路端部は血球により閉塞されず開放状態を維持する。従って、血球・血漿分離後に流路を介して第１のチャンバから第２のチャンバへ血漿を送液することができる。
【００２６】
前記第１のチャンバに接続する前記流路の前記流路端部は、前記基板の回転方向に沿って延び、かつ前記第１のチャンバ内の液体試料を毛細管力（Ｆｃ）によって保持し、かつ
前記回転駆動部は、前記毛細管力を上回る慣性力（Ｆｉ）が前記流路端部の前記血液試料に作用するように、前記基板を前記回転中心線まわりに回転駆動可能であることが好ましい。
【００２７】
ここで回転方向は、回転中心線に対して直交する仮想の線に対して直交し、かつこの仮想の線と同一の平面上にある方向として定義する。例えば、基板が回転軸に固定される場合、この回転軸の半径方向に対して直交する接線方向が回転方向である。回転方向は、平面視で回転中心線に対して時計方向及び反時計方向のいずれでもよい。
【００２８】
注入口から注入された第１のチャンバ内の血液試料は、毛細管力により流路端部で保持される。回転駆動部により基板が回転することにより、流路端部で保持されている血液試料に対して回転方向に慣性力が作用する。この慣性力が毛細管力を上回ると、第１のチャンバ内の血液試料が流路に流れ込み、第２のチャンバに送液される。
【００２９】
前記第２のチャンバ内に血液成分を分析するための検出電極（６１，６２，６３）を設けてもよい。
【００３０】
第１のチャンバへの血液試料の導入及び血球・血漿の遠心分離の後に、血漿成分のみを流路を介して第２のチャンバへ送液し、第２のチャンバにおいて検出電極による電気化学測定が可能できる。例えば、第２のチャンバに測定用のバッファ成分や検出用の酵素や電子授受体を保持させておくと、第２のチャンバに送液された血漿成分はこれらの物質と反応を起こし、検出電極で測定される電流値から血液中に含まれる成分の量を推定することができる。従って、疾患の予測、健康状態の把握等のために必要な情報が得られる。
【００３１】
例えば、前記基板は、前記注入口及び前記空気穴が厚み方向に貫通するように形成された第１の基体（２１）と、前記第１のチャンバ、前記第２のチャンバ、及び前記流路が形成され、かつ前記第１の基体に接合された第２の基体（２２）とを備える。
【００３２】
この場合、第１のチャンバと注入口及び空気穴とを一体形成する必要がない。また、第２の基体に適切な形状の凹部を形成することで第１のチャンバ、第２のチャンバ、及び流路として機能させることができる。さらに、単に第１の基体に貫通孔を形成することで注入口及び空気穴として機能させることができる。従って、基板の効率的な生産が可能であり、血液処理装置の製造コストを低減できる。
【００３３】
基板を第１及び第２の基体を接合する構造とすることで、より複雑な流路構造を容易に実現できる。例えば、第１の基板の接合面側に蒸着やスパッタのような薄膜堆積技術を適用することで、第２のチャンバ内に検出電極を設けることができる。
【００３４】
空気穴を設けた第１の基体は、第１のチャンバを設けた第２の基板とは別体である。従って、第１の基体の空気穴の穴壁面、空気穴の周囲、及び保持凹部の底壁のような必要な箇所に血液凝固剤を含む溶液を滴下することで、容易にこれら必要な箇所にのみ局所的に血液凝固剤を保持させることができる。
【００３５】
前記基板に、前記第１のチャンバ、第２のチャンバ、及び前記流路を備える流路部位（５）が複数個形成されていることが好ましい。単一の基板に設けられた複数の第１のチャンバ内の血液試料に対し、遠心分離、送液、成分分析等の操作を同時に並列して実行することができる。従って、これらの操作の効率化を図ることができる。また、単一の基板に集積化して複数の流路部位を設けることで、製造コストを低減できる。
【００３６】
本発明の第２の態様は、注入口（１１）、空気穴（１２）、及び前記空気穴の周辺に保持された血液凝固剤（１３）を備えるチャンバ（６）に血液試料を導入する方法であって、前記注入口からチャンバ内に血液を導入し、前記空気穴を介して前記チャンバ内に存在する空気をチャンバ外に排出させ、かつ前記チャンバ内に導入した血液試料と前記血液凝固剤を接触させ、前記血液凝固剤により凝固した前記血液試料で前記空気穴を封止することを特徴とする血液導入方法を提供する。
【００３７】
注入口からチャンバ内に血液試料を導入すると、チャンバ内に存在する空気は空気穴から排出される。従って、チャンバ内でエア噛みを生じることなく、チャンバ全体に血液試料を導入することができる。これによりチャンバに一定量の血液試料の量を導入することができる。チャンバに導入された血液試料は血液凝固剤と接触して凝固し、それによって空気穴が封止される。従って、チャンバへの血液試料導入後に、血球と血漿の遠心分離や送液等のチャンバ内の血液試料に遠心力が作用する処理を実行する際に、血液試料が空気穴から飛散することがない。また、空気穴を封止するためにシート片の貼り付け等の特別な作業を行う必要がない。
【００３８】
本発明の第３の態様は、前記血液処理装置が備える前記チャンバに前記血液凝固剤を保持させる方法であって、予め定められた濃度に前記血液凝固剤を溶解した溶液を作製し、前記溶液を前記穴壁面及び／又は前記基板の表面の前記空気穴が開口する部分の周囲に滴下し、前記滴下した溶液を乾燥させることを特徴とする、血液凝固剤を保持させる方法を提供する。
【００３９】
前記滴下した溶液を凍結乾燥により乾燥させることが好ましい。血液凝固剤が室温以上の温度で不安定であっても、血液凝固剤を安定してチャンバに保持させることができる。
【発明の効果】
【００４０】
本発明の血液処理装置によれば、空気穴を設けたことにより、エア噛みを起こすことなく、チャンバ全体に血液試料を導入できる。これによりチャンバに導入する血液試料の量を毎回一定にできるので、定量性が必要な測定に適している。換言すれば、血液に含有される成分の量を再現良く、定量的に、高精度で把握することができる。
【００４１】
また、空気穴を設けるため、チャンバにつながる流路の配置の自由度も大きくなる。これは、より複雑な送液挙動を簡単な操作で実現することが可能となる。
【００４２】
さらに、空気穴はチャンバに導入された血液試料が血液凝固剤と接触して硬化することにより封止されるので、例えば、血球と血漿を遠心分離する場合においても、血液が開口から飛散しない。また、空気穴を封止するためのシート片の貼り付け等の特別な作業を行うことなく血液の操作を行うことができる。これにより分析等の血液の処理に要する時間を短縮できる。しかも、人間の手を煩わせることがなく、簡便であり、感染性の可能性のある血液を扱う際にも、操作者の安全を確保できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
次に、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００４４】
(第１実施形態)
図１から図４は、本発明の第１実施形態に係る血液処理装置１を示す。
【００４５】
この送液装置１は、回転基板２、この回転基板２が固定される回転軸３、及び回転軸３を回転駆動する回転駆動部４を備える。回転軸３はその軸線（回転中心線）Ｓが鉛直方向に延びる姿勢で配置されており、その上端側に回転基板２が固定されている。回転基板２は平面視で円形であり、回転基板２の中心は回転中心線Ｓと一致している。一方、回転軸３の下端側は後述するモータ３１に連結されている。
【００４６】
回転基板２は回転軸３と共に回転する。以下の説明では、図２において矢印Ｒ１，Ｒ２で示すように、回転軸３の回転方向を回転軸３の半径方向ｒに対して直交する方向として定義する。換言すれば、回転方向は回転軸３の回転中心線Ｓに対して直交する仮想の線に対して直交し、かつこの仮想の線と同一の平面上にある方向として定義する。回転基板２は２方向、すなわち平面視で時計方向Ｒ１及び反時計方向Ｒ２に回転可能である。
【００４７】
図１に示すように、回転基板２には複数の流路部位５が回転軸３の周囲に放射状に配置されている。図２及び図３を併せて参照すると、流路部位５は、血液試料が導入される導入チャンバ（第１のチャンバ）６、導入チャンバ６から血液試料が送液される下流側チャンバ（第２のチャンバ）７、及び導入チャンバ６と下流側チャンバ７を流体的に連通させる微細な流路８を備える。複数の流路部位５を一つの回転基板２に集積化して設けることにより、複数の血液試料に対して後述する操作を動じに並列して実行して操作の効率化を図ることができる。また、単一の回転基板２に集積化して複数の流路部位５を設けることで、製造コストを低減できる。
【００４８】
導入チャンバ６は回転基板２の内部に形成され、空間的に閉じられている。ただし、回転基板２には導入チャンバ６の上壁から回転基板２の表面２ａに貫通し、導入チャンバ６の内部を回転基板２の外部と連通させる断面円形の注入口１１が形成されている。この注入口１１は導入チャンバ６への血液試料９の注入に使用される。また、回転基板２には導入チャンバ６の上壁から回転基板２の表面２ａに貫通し、導入チャンバ６の内部を回転基板２の外部と連通させる断面円形の空気穴１２が形成されている。さらに、導入チャンバ６に流路８の入口端部８ａが接続されている。導入チャンバ６の寸法及び体積は、血液試料９の液量に従って決定する必要があるが、好適には、体積が０．１μＬ以上１００μＬ以下であることが好ましい。
【００４９】
図２を参照すると、導入チャンバ６は平面視で略長方形状である。注入口１１は導入チャンバ６の回転軸３側の側壁付近に配置されている。また、注入口１１の平面視での面積は、導入チャンバ６の平面視での面積よりも十分小さく設定されている。注入口１１の位置及び面積をこのように設定することで、回転基板２の回転中に作用する半径方向ｒで外向きの遠心力によって血液試料９が注入口１１から漏れないしは飛散せず、流路８に流れる。一方、空気穴１２は導入チャンバ６の回転軸３から最も離れた側壁付近に配置されている。換言すれば、空気穴１２は注入口１１よりも回転軸３から離れた部位に配置されている。また、導入チャンバ６の図において右側の側壁に流路８の入口端部８ａが開口している。入口端部８ａは空気穴１２よりも回転軸３側に配置されている。従って、回転軸３の半径方向外向きに、注入口１１、流路８の入口端部８ａ、及び空気穴１２が順に配置されている。
【００５０】
図３及び図５Ａに示すように、空気穴１２の穴壁面１２ａ及び回転基板１２の表面１２ａの空気穴１２が開口する部分の周囲には血液凝固剤１３が保持されている。後に詳述するように、この血液凝固剤１３は導入チャンバ６に導入された血液試料９を硬化させ、それによって空気穴１２を封止する機能を有する。空気穴１２の穴壁面１２ａ及び回転基板１２の表面１２ａの空気穴１２が開口する部分の周囲のうちのいずれか一方にのみ血液凝固剤１３を保持させてもよい。
【００５１】
血液凝固剤１３は、血液を凝固させることができ、カルシウムイオン又はイオノマイシンを含む。血液凝固剤１３中のカルシウムイオン又はイオノマイシンの含有量は、０．２μmol以上２μmol以下が好ましい。血液の凝固過程では、血小板の細胞内でカルシウムイオンが情報伝達を担う。よって、カルシウムイオンが細胞内に過剰に存在させることができれば、血液は素早く凝固する。また、イオノマイシンは、細胞膜透過性を有するカルシウムイオンキレーターであるので、効率的より血液の凝固させることができる。
【００５２】
血液凝固剤１３は他の物質を含有していてもよい。この種の物質は、血小板の細胞内に存在するカルシウムストア（貯蔵庫）を活性化する物質と、プロトロンビン変換の内因性又は外因性の信号伝達経路を活性化する物質に大別できる。プロトロンビン変換の内因性又は外因性の経路を活性化させる血液凝固剤は、組織トロンボプラスチン、部分トロンボプラスチン、活性化部分トロンボプラスチン、活性化セファロプラスチンを含む。また、血液凝固剤１３が、トロンビン、エピネフリン、血小板活性化因子（ＲＡＦ）、リストセチン、トロンビン受容体感受性ペプチド（ＴＲＡＰ）、アラキドン酸を含むことで、血液中の血小板凝固を迅速に開始させることができる。さらに、血液凝固剤１３としては、例えば特表平９−５０４６１４号公報に開示されたもののような、当業者に公知の血液凝固剤を採用できる。
【００５３】
さらに、血液凝固剤１３は、例えば親水性を付与する物質を含有することにより、親水性を有することが好ましい。導入チャンバ６に導入された血液試料９が親水性を有する血液凝固剤１３に接触すると、毛細管現象によって迅速に空気穴１２の穴壁面１２ａを濡らす。従って、血液試料９の導入から血液試料９の凝固による空気穴１２の封止までに要する時間を短縮し、迅速に血液試料９の操作に移ることができる。
【００５４】
下流側チャンバ７は、回転基板２の内部に形成され、空間的に閉じられている。ただし、回転基板２には下流側チャンバ７の上壁から回転基板２の上面に貫通し、下流側チャンバ７の内部を回転基板２の外部と連通させる断面円形の空気穴１４が形成されている。この空気穴１４は下流側チャンバ７に血液試料９が流入する際に、下流側チャンバ７内の空気を回転基板２の外部に排出する機能を有する。また、下流側チャンバ７には流路８の出口端部８ｂが接続されている。回転基板２の回転時に作用する遠心力によって下流側チャンバ７内の血液試料９が飛散するのを防止するために、空気穴１４は出口端部８ｂよりも回転軸３側に配置されている。下流側チャンバ７の寸法及び体積は、血液試料９の液量に従って決定する必要があるが、好適には、体積が０．１μＬ以上１００μＬ以下であることが好ましい。
【００５５】
流路８は回転基板２の内部に形成され、空間的に閉じられている。流路８を通って導入チャンバ６から下流側チャンバ７に血液試料９が確実に送液されるためには、流路８は微細な流路である必要がある。具体的には、流路８は導入チャンバ６及び下流側チャンバ７の体積と同等もしくはそれよりも少ない体積を有することが好ましい。流路８は、１μm以上２０００μm以下の流路幅を有し、１μm以上２０００μm以下の流路深さを有することが好ましい。また、流路８は５０μm以上５００μm以下の流路幅を有し、１０μm以上１００μm以下の流路深さを有することがさらに好ましい。さらに、流路８は幅及ぶ深さが導入チャンバ６及び下流側チャンバ７よりも小さいことが好ましい。
【００５６】
導入チャンバ６と接続している流路８の入口端部８ａは、導入チャンバ６内に蓄えられた血液試料９を解除可能に保持するバルブとしての機能を有する。入口端部８ａは導入チャンバ６から回転基板２の２つの回転方向のうち反時計方向Ｒ１に延びている。
【００５７】
次に、流路部位５を構成する壁面の濡れ性について説明する。まず、流路８の入口端部８ａの流路壁は、疎水性材料により構成されているか、疎水性を付与する処理が施されている。入口端部８ａが疎水性を有することにより、導入チャンバ６に蓄えられた液体を毛細管力により確実に入口端部８ａで保持することができる。一方、流路部位５の残りの部分、すなわち導入チャンバ６の壁面、下流側チャンバ７の壁面、及び流路８の入口端部８ａを除く全体（出口端部８ｂを含む）の壁面は親水性材料により構成されているか、親水性を付与する処理が施されている。これらの部分が親水性を有することにより、導入チャンバ６から流路８に流入した液体は、湿潤効果と毛細管現象によって確実に下流側チャンバ７へ流れる。
【００５８】
疎水性材料の例としては、単結晶シリコン、アモルファスシリコン、炭化ケイ素、酸化ケイ素、窒化ケイ素等に代表される半導体材料、アルミナ、サファイア、フォルステライト、炭化ケイ素、酸化ケイ素、窒化ケイ素の群から選ばれる無機絶縁材料、ポリエチレン、エチレン、ポリプロピレン、ポリイソブチレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、不飽和ポリエステル、含フッ素樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセタール、アクリル樹脂、ポリアクリロニトリル、ポリスチレン、アセタール樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアミド、フェノール樹脂、ユリア樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、スチレン・アクリロニトリル共重合体、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体、シリコン樹脂、ポリフェニレンオキサイド及びポリスルホン等の群から選ばれる有機材料がある。好適に用いられる材料は、ＰＥＴ，ＰＣである。疎水性を付与できる材料としては、フッ素樹脂系の塗布剤、シリコン系の塗布剤等がある。好適には、フッ素樹脂系の塗布剤が用いられる。
【００５９】
親水性材料の例としては、ガラス、石英ガラス、アルミ、銅、ステンレスなどの金属材料等がある。ただし、金属材料は事前に表面に付着する有機物を取り除いた清純な表面を持つ。親水性を付与できる材料しては、ＴｒｉｔｏｎＸに代表される界面活性剤、水酸基、スルホン酸基、カルボキシル基等の親水基を持つ高分子化合物等がある。好適には、界面活性剤が用いられる。
【００６０】
図３及び図４を参照すると、本実施形態における回転基板２は注入口１１と空気口１２，１４を設けた上部基板２１と、導入チャンバ６、下流側チャンバ７、及び流路８を設けた下部基板２２を積層状態で接合した２層構造を有する。上部基板２１と下部基板２２の接合は、当業者に知られた種々の方法を採用できる。例えば、基板間に接着性材料又は接着性を有するシートを介在させてもよく、超音波接合、熱圧着接合、ラミネータ加工等の他の接合方法を採用してもよい。チャンバ及び流路の形成方法も、当業者に知られた種々の方法を採用できる。例えば、半導体微細加工技術に代表されるフォトリソグラフィー加工、プラスチック成型に代表されるインジェクションモールド、切削加工、マスター基板から複製をつくる転写加工等が挙げられる。特に、フォトリソグラフィー加工が好ましい。
【００６１】
回転基板２の製作方法の一例を説明する。この製作方法は、概ね下部基板２２にフォトレジストを塗布し、リソグラフィーにより流路８を形成する工程、導入チャンバ６及び下流側チャンバ７を形成する工程、上部基板２１に流体出入口（注入口１１、空気穴１２，１４）を形成する工程、及び上部基板２１と下部基板２２を接合して流路部位５の上部を上部基板２１で閉鎖する工程からなる。以下、流路８を形成する工程から順に説明する。
【００６２】
まず、清浄に処理されたガラス基板にネガ型厚膜フォトレジストを塗布する。ここで、用いるフォトレジストは流路のサイズに適したレジストを選択する。例えば、ＫＭＰＲ１０３０（化薬マイクロケム）等が厚膜形成度合い、アスペクト比の面から優れている。スピンコーターなど回転塗布型のものなどが用いられる。スピンコーターにてＫＭＰＲ１０３０を回転塗布する場合には、プレ回転５００ｒｐｍで１０秒、本回転１０００ｒｐｍで３０秒間塗布を実行する。本回転の回転速度を変化させることにより、膜厚を変化させることが可能となる。一例を示すと、本回転１０００ｒｐｍで５７μｍ、１０７０ｒｐｍで４８μｍなどが可能である。その後、９５℃で２０分プレベークを行い、流路８とチャンバ６，７が描かれたマスクを露光する。露光強度と露光時間は膜厚によって適性に補正するものとする。一例を挙げると、露光強度は１７００ｍＪ／ｃｍ２程度が望ましい。次に９５℃で６分ＰＥＢ（Post Exposure Bake）を行って現像し、流路８とチャンバ６，７のパターンをフォトリソグラフィーにより形成させる。次に、下部基板２２のチャンバ６，７の部位を切削加工により形成させる。最後に、注入口１１と空気穴１２，１４を開けた上部基板２２を下部基板２２に貼り付ける。
【００６３】
上部基板２２を下部基板２２と接合する前に、血液凝固剤１３を空気穴１２の穴壁面１２ａ及び回転基板１２の表面１２ａの空気穴１２が開口する部分の周囲に担持させる必要がある。この血液凝固剤１３の担持には、以下に説明する乾燥担持法が用いられる。
【００６４】
乾燥担持法は、予め定められた濃度に血液凝固剤１３を溶解した溶液を作製する工程、溶液を穴壁面１２ａと回転基板２の表面２ａの空気穴１２が開口する部分の周囲に滴下する工程、及び滴下した溶液を乾燥させる工程からなる。血液凝固剤１３を含有する溶液を乾燥させる工程は、凍結乾燥により行ってもよい。凍結乾燥を行うことにより、血液凝固剤１３が室温以上の温度で不安定であっても、血液凝固剤１３を安定して担持させることができる。
【００６５】
乾燥担持法により、空気穴１２の周囲にのみ血液凝固剤１３を保持させ、導入チャンバ６、下流側チャンバ７、及び流路８には血液凝固剤１３が付着しないようにする上で、前述の回転基板２の積層構造が重要できる。図３及び図４を参照すると、空気穴１２が形成された上部基板２１には、導入チャンバ６、下流側チャンバ７、及び流路８は形成されていない。従って、上部基板２１の空気穴１２が形成された部位にのみ血液凝固剤１３の溶液を滴下し、乾燥後に上部基板２１と下部基板２２を接合することで、空気穴１２の周囲にのみ血液凝固剤１３を保持させることができる。
【００６６】
一例を挙げると、導入チャンバ６の容積が３０μＬ、空気穴１２の直径が１ｍｍの場合、１０μLの２５ｍＭ  CaCl２溶液を空気穴１２の周囲に滴下して、そのまま常温にて６時間放置して乾燥させた。このように保持させた血液凝固剤１３により、３０秒から１分３０秒の間に血液の凝固が完了し、フィブリンの析出が起こる。また、１０倍希釈の組織トロンボプラスチン溶液と１０mＭ  CaCl２混和溶液を１０μL滴下し、凍結乾燥させた。この場合、血液が血液凝固剤１３に接触後の５秒から１０秒以内で凝固が完了した。さらに、導入チャンバ６を３７℃に保ち、同様に血液を導入した際の凝固時間は、約２秒間であった。さらに、市販されている部分トロンボプラスチンでは３０秒以内、活性化部分トロンボプラスチンでは５０秒以内で、空気穴１２の領域の血液の凝固が完了した。
【００６７】
次に、図１を参照して回転駆動部４について説明する。回転駆動部４は、回転軸３に機械的に連結され、回転軸３及び回転軸３に固定された回転基板を回転させるモータ３１と、このモータ３１の駆動回路３２を備える。また、回転駆動部４は制御信号を出力する制御信号出力部３３と、制御信号出力部３３から入力される制御信号に基づいて、例えば図７に示すような所望の速度特性をモータ３１の駆動回路３２に与える速度特性印加部３４を備える。制御信号出力部３３は、送液装置１とは別の外部のコンピュータであってもよい。
【００６８】
モータ３１には、ＤＣモータ、ＤＣブラシレスモータ、ＡＣモータ、ステッピングモータ等を採用することができる。ステッピングモータは、回転基板２の急回転と急制動を外部の駆動信号を印加するだけで、容易に実現することができるため好適である。また、ＤＣモータは駆動回路３２を特に必要としない。モータ３１としてＤＣブラシレスモータを採用する場合、駆動回路３２が逆回転電圧を印加する機能を有していればより素早い急制動を実現できる。
【００６９】
また、回転駆動部４は、回転中の回転基板２の回転速度を検出する回転速度検出器３５と、速度特性印加部３４を補正する回転速度制御部３６を備えている。回転速度検出器３６が検出した回転基板２の実際の回転速度は回転速度制御部３６に送られる。回転速度制御部３６は検出された実際の回転速度と速度特性印加部３４によりモータ３１に与えるべき速度特性にずれがあれば、速度特性印加部３４が与える速度特性を補正する。このように実際の回転基板２の回転速度をフィードバックして速度特性を補正しつつ回転基板２を駆動することにより、安定した送液を実現し、かつ送液の繰り返し再現性を向上することができる。
【００７０】
次に、本実施形態の血液処理装置１の動作の一例を説明する。
【００７１】
まず、導入チャンバ６へ血液試料９が導入される。血液試料９は注入口１１から導入チャンバ６内に導入される。図５Ａにおいて矢印Ａで示すように、導入チャンバ６内の血液試料９の体積が増加するのに伴い、導入チャンバ６内の空気は空気穴１２を介して回転基板２の外部に排出される。前述のように空気穴１２は導入チャンバ６の回転軸３から最も離れた側壁付近に配置されている。従って、空気泡（図２２の符号２０８参照）の残留ないしはエア噛みを起こすことなく、導入チャンバ６の全体に血液試料９を導入することができる。従って、導入チャンバ６内に確実に一定量の血液試料９の量を導入することができる。この点で本実施形態の血液処理装置１は、定量性が要求される測定、分析等に適している。
【００７２】
導入チャンバ６内に導入された血液試料９が血液凝固剤１３と接触すると、前述のように血液凝固剤１３が反応して血液試料９を凝固させる。その結果、図５Ｂに示すように凝固した血液試料９’により空気穴１２が封止される。
【００７３】
導入チャンバ６の空気穴１２の封止後、血液試料９に対して種々の操作を行うことができる。例えば、回転駆動部４が回転基板２を時計方向Ｒ１又は反時計方向Ｒ２に所定速度で回転させ、それによって図６に示すように血液試料９を粒状成分である血球９Ａと液体成分である血漿９Ｂに遠心分離できる。前述のように流路８の入口端部８ａは、導入チャンバ６の回転軸３の半径方向外側の部位ではなく、半径方向で注入口１１と空気穴１２の間の部位で導入チャンバ６に接続している。従って、流路８の入口端部８ａは遠心分離によって導入チャンバ６の外側の部位に溜まった血球９Ａで閉塞されることなく開放状態を維持する。
【００７４】
遠心分離により得られた血漿９Ｂを導入チャンバ６から下流側チャンバ７へ送液できる。図７は、導入チャンバ６から下流側チャンバ７への送液を実行するために、回転駆動部４が回転基板２を回転駆動するシーケンスの一例を示す。
【００７５】
図８Ａを参照すると、前述のように導入チャンバ６と接続する流路８の入口端部８ａは疎水性を有し、かつ流路８は微細な流路であるので、血漿９Ｂは表面張力による毛細管力Ｆｃにより入口端部８ａで保持され、流路８内は血漿９Ｂで濡れない。入口端部８ａの流路壁面が疎水性を有するので血漿９Ｂで濡れず、血漿９Ｂと流路壁面の接触角θｃが鈍角となるので血漿９Ｂを供給層６Ａ内に保持する方向の毛細管力Ｆｃが発生する。詳細には、流路壁面と血漿９Ｂの界面には表面張力Ｔ１〜Ｔｎが生じ、その合力である毛細管力Ｆｃは時計方向Ｒ１、すなわち入口端部８ａから導入チャンバ６の内部に向かう方向に発生する。毛細管力Ｆｃの大きさは、以下の式（１）で表される。
【００７６】
【数１】
0003955618.tif 000002
【００７７】
ここで、符号Ｔは水の表面張力、θｃは液体の流路壁面に対する接触角、ｃは流路の周囲長をそれぞれ表す。
【００７８】
図７の時刻０から時刻ｔ１まで回転基板２を反時計方向Ｒ２（入口端部８ａが導入チャンバ６から延びる方向）に緩やかな一定の加速度ａ１を有する速度特性４１で回転駆動する。回転基板２の回転速度は加速度ａ１で上昇し、時刻ｔ１には回転速度ＲＶ１に達する。図８Ｂを併せて参照すると、入口端部８ａで毛細管力Ｆｃにより保持されている血漿９Ｂに対して半径方向ｒで外向きに遠心力Ｆｇが作用する。しかし、入口端部８ａは反時計方向Ｒ２に延びており、遠心力Ｆｇが作用する方向は入口端部８ａが延びる方向と直交する。従って、遠心力Ｆｇが作用しても入口端部８ａの血漿９Ｂは毛細管力Ｆｃで保持された状態で維持される。
【００７９】
次に、図７の時刻ｔ１から時刻ｔ２において、回転基板２を一定の加速度ａ２を有する速度特性４２で急制動する（工程Ｃ）。図８Ｃを併せて参照すると、回転基板２を急制動することにより入口端部８ａの血液試料９には慣性力Ｆｉが作用する。詳細には、反時計方向Ｒ２に回転している回転基板２を急制動すると、導入チャンバ６に蓄えられて入口端部８ａに保持されている血漿９Ｂは、慣性の法則により反時計方向Ｒ２に運動し続けようとする。その結果、入口端部８ａに保持されている血漿９Ｂに反時計方向Ｒ１の慣性力Ｆｉが作用する。慣性力Ｆｉの大きさは回転基板２の回転を急制動する際の加速度ａ２の絶対値に比例する。慣性力Ｆｉと加速度ａ２の間には以下の式（２）の関係がある。
【００８０】
【数２】
0003955618.tif 000003
【００８１】
ここでｍは入口端部８ａに保持されている液体の質量を示す。また、右辺のマイナス符号は慣性力Ｆｉの向きが加速度ａ２の向きと逆向きであることを示す。
【００８２】
前述のように入口端部８ａは導入チャンバ６から反時計方向Ｒ２へ延び、毛細管力Ｆｃは時計方向Ｒ１に作用する。従って、慣性力Ｆｉは毛細管力Ｆｃを相殺して入口端部８ａの血漿９Ｂが流路８を濡らす方向に作用する。慣性力Ｆｉが毛細管力Ｆｃを上回ると、入口端部８ａに保持されていた血漿９Ｂは流路８内に流入する。
【００８３】
図８Ｄに示すように、親水性を有する流路８の流路壁面が濡れると、血漿９Ｂと流路壁面の接触角θｃが鋭角になる。流路壁面と血液試料９の界面には表面張力Ｓ１〜Ｓｎが図の方向に生じ、その合力である毛細管力Ｆｃ’は反時計方向Ｒ２、すなわち導入チャンバ６から入口端部８ａが延びる方向に生じる。従って、いったん入口端部８ａによる保持が解除されて流路８に流入した血液試料９に作用する毛細管力Ｆｃ’は、血液試料９が流路８を充たす方向に作用する。毛細管力Ｆｃ’の大きさは前述の式（１）と同様に表される。
【００８４】
血液試料９が流路８を介して下流側チャンバ７に流入すると、下流側チャンバ７内の血液試料９の体積が増加するのに伴い、下流側チャンバ７内の空気は空気穴１４を介して回転基板２の外部に排出される。
【００８５】
図９は導入チャンバ６から下流側チャンバ７への送液を実行するために、回転駆動部４が回転基板２を回転駆動するシーケンスの他の例を示す。図１０Ａを併せて参照すると、入口端部８ａは疎水性を有するので、入口端部８ａが延びる方向（反時計方向Ｒ２）と逆向きの時計方向Ｒ１の毛細管力Ｆｃが入口端部８ａの血漿９Ｂに作用する。この毛細管力Ｆｃにより導入チャンバ６内の血漿９Ｂは入口端部８ａで保持される。
【００８６】
図９の時刻０から時刻ｔ１において、停止状態の回転基板２を時計方向Ｒ１（入口端部８ａが導入チャンバ６から延びる方向と逆向き）に一定の加速度ｂ１を有する速度特性４３で急激に回転駆動する。時刻ｔ１には回転速度ＲＶ２に達する。図１０Ｂに示すように、この時計方向Ｒ１の急回転により入口端部８ａの血漿９Ｂに慣性力Ｆｉが作用する。詳細には、回転基板２が時計方向Ｒ１の回転を開始しても、導入チャンバ６に蓄えられて入口端部８ａに保持されている血漿９Ｂは、慣性の法則により停止した状態を維持しようとする。その結果、入口端部８ａに保持されている血漿９Ｂに反時計方向Ｒ２の慣性力Ｆｉが作用する。慣性力Ｆｉの大きさは回転基板２を急回転させる際の加速度ｂ１の絶対値に比例する。この慣性力Ｆｉは毛細管力Ｆｃを相殺して入口端部８ａの血漿９Ｂが流路８を濡らす方向に作用し、慣性力Ｆｉが毛細管力Ｆｃを上回ると、入口端部８ａに保持されていた血漿９Ｂは流路８内に流入する。流路８及び導入チャンバ６は親水性を有するので、いったん入口端部８ａでの保持が解除されると図１０Ｃに示すように血液試料９には下流側チャンバ７に向かう毛細管力Ｆｃ’が作用し、流路８を介して下流側チャンバ７に血漿９Ｂが流入する。
【００８７】
次に、図９の時刻ｔ１から時刻（実線）において、回転基板２を緩やかな一定の加速度ｂ２を有する速度特性４４で制動する。
【００８８】
以上のように、血液試料９を導入チャンバ６内に保持する毛細管力Ｆｃを上回る慣性力Ｆｉが流路８の入口端部８ａの血漿９Ｂに作用するように、回転駆動部４が回転基板２を急制動又は急回転させることにより、流路８を介して導入チャンバ６内の血漿９Ｂを下流側チャンバ７に送液できる。
【００８９】
本実施形態の血液処理装置１は、血液に含有されるタンパク質などの生体構成成分を分析する分析装置として有用である。特に、血液試料は、前段階で血球・血漿分離を行い、血漿に含まれるタンパク質を被測定試料とできる。しかも、血球・血漿分離は遠心力を用いた遠心分離であるため、回転基板２の急回転又は急制動による流路８を介した送液と容易に組み合わせることができ、さらに、各チャンバに試薬等を担持、または、各チャンバ上で加温などの物理的操作をすることで、反応や精製や検出などの機能を持たせることができる。従って、本実施形態の血液処理装置１は血液試料中に含まれるタンパクや健康指標物質を分離、精製、反応、検出するＰＯＣＴ診断バイオセンサ等の用途にも応用できる。さらにまた、導入チャンバ６の空気穴１１はチャンバに導入された血液試料が血液凝固剤と接触して硬化することにより封止されるので、空気穴１１を封止するためのシート片の貼り付け等の特別な作業を行うことなく血液の操作を行うことができる。これにより分析等の血液の処理に要する時間を短縮できる。しかも、人間の手を煩わせることがなく、簡便であり、感染性の可能性のある血液を扱う際には、操作者の安全を確保できる。
【００９０】
血液処理装置１の構造に関する種々の代案を以下に説明する。これらの代案は第１実施形態に限定されず、後述する第２から第４実施形態についても適用可能である。
【００９１】
回転基板２の外形形状は円盤形に限定されず、立方体、直方体、五角形等の多角形、星形等であってもよい。
【００９２】
導入チャンバ６の空気穴１２の形状は、円柱形状だけに限定されず、円すい形状、もしくは直方体であってもよい。ただし、空気穴１２の大きさは、直径、もしくは、代表長さが１０μm以上３mm以下の範囲に設定することが好ましい。空気穴１２は１箇所であることが望ましく、１００μm以上１０００μm以下の直径を有する円柱形状が望ましい。この場合、注入口１１から血液試料９の注入を開始してから１０秒から１２秒後に血液中の血小板凝固が実施され、回転による血液の飛散を防止し、遠心力に耐えうるように空気穴１２を確実に封止できる。
【００９３】
個々の流路部位５の導入チャンバ６、下流側チャンバ７、及び流路８の個数や配置は図２のものに限定されない。
【００９４】
以下は、回転基板２の積層構造の代案である。
【００９５】
図１１に示す第１の代案の回転基板２は、上部基板２１、流路基板２３、及び底基板２４からなる３層構造を有する。上面基板２１には注入口１１と空気口１２，１４が設けられている。流路基板２２には、導入チャンバ６、下流側チャンバ７、及び流路８に対応する形状の溝孔２３ａが設けられている。底基板２４には導入チャンバ６及び下流側チャンバ７の底部を構成する有底の窪み２４ａ，２４ｂが形成されている。かかる構成では、容易に流路８と導入チャンバ６及び下流側チャンバ７の深さを変えることができる。また、導入チャンバ６及び下流側チャンバ７の底部は底基板２４に独立して形成されるので、基板の接合前に底部基板の定められた位置に血液試料９と反応する反応試薬等を担持させるだけで、簡単に導入チャンバ６及び下流側チャンバ７の底部に反応試薬等を担持させることができる。
【００９６】
図１２に示す第２の代案の回転基板２は、上部基板２１、流路基板２５、チャンバ基板２６、及び底面基板２７を積層状態で接合した４層構造を有する。上部基板２１には、注入口１１と空気口１２，１４が板厚方向に貫通するように設けられている。流路基板２５には、導入チャンバ６、下流側チャンバ７、及び流路８に対応する形状であり、かつ板厚方向に貫通する溝孔２５ａが設けられている。チャンバ基板２６には、導入チャンバ６及び下流側チャンバ７に対応する形状であり、かつ板厚方向に貫通する溝孔２６ａ，２６ｂが設けられている。底面基板２７は導入チャンバ６及び下流側チャンバ７の底面を構成し、溝や孔は設けられていない。この多層構造の回転基板２は各基板を接合することで製作できるので、生産性が優れている。また、流路８の深さは流路基板２２の厚みで決まり、導入チャンバ６及び下流側チャンバ７の深さは流路基板２２とチャンバ基板２６を合わせた厚みで決まる。従って、流路８の深さが導入チャンバ６及び下流側チャンバ７の深さよりも浅い構造を容易に製作することができ、かつ流路８の深さと導入チャンバ６及び下流側チャンバ７の深さを互いに独立に設定することができる。例えば、流路８の深さが１００μｍ程度である場合、流路８、導入チャンバ６、及び下流側チャンバ７の形状を切断したシート状の流路基板２５を使用できるため、生産性の面から好ましい。さらに、導入チャンバ６及び下流側チャンバ７の底壁となる底面基板２７は他の基板とは別体であるので、接合前に下面基板２４に反応試薬等を担持させることも容易である。
【００９７】
次に、導入チャンバ６、下流側チャンバ７、及び流路８の壁面の濡れ性の代案を説明する。
【００９８】
第１の代案としては、生産性を考慮して入口端部８ａのみでなく流路８の全体が疎水性を有していてもよい。
【００９９】
第２の代案としては、流路部位５全体が疎水性を有していてもよい。流路部位５全体を疎水性材料により構成するか、流路部位５全体に疎水性を付与する処理する処理を施せばよいので、生産性をより向上することができる。
【０１００】
第３の代案としては、回転基板２全体が疎水性を有していてもよい。回転基板２全体を疎水性材料により構成するか、回転基板２全体に疎水性を付与する処理する処理を施せばよいので、生産性がさらに向上する。
【０１０１】
(第２実施形態)
図１３及び図１４に示す本発明の第２実施形態に係る血液処理装置１では、空気穴１２の回転基板２の表面２ａ側に段差を設けている。詳細には、回転基板２の表面２ａに、底壁１８ａに空気穴１２が開口し、かつ底壁１８ａの面積が空気穴１２の面積よりも大きい保持凹部１８が形成されている。本実施形態では保持凹部１８の平面視での形状は円形である。血液凝固剤１３は、空気穴１２の穴壁面１２ａと空気穴１２が開口する部分の周囲、すなわち保持凹部１８の底壁１８ａに保持されている。
【０１０２】
保持凹部１８の底壁１８ａに血液凝固剤１３を保持することにより、血液凝固剤１３の表面積が増加し、血液凝固剤１３と血液試料９の接触面積が増加する。これによって血液中の血小板凝固がより迅速に起こり、かつ凝固した血液により空気穴１２をより強固に封止できる。従って、導入チャンバ６への血液試料９の導入から空気穴１２の封止までに要する時間を短縮し、血球と血漿の遠心分離等の次段の血液操作により速やかに移行できる。また、遠心分離等の血液操作の際に導入チャンバ６内の血液試料９が遠心力によって空気穴１２から飛散するのをより確実に防止できる。
【０１０３】
保持凹部１８は底壁１８ａの面積が空気穴１２の面積よりも大きい限り、その形状は特に限定されない。しかし、図１３に示すような平面視で円形の形状が好ましい。また、保持凹部１８の底壁１８ａの面積は、０．０１５mm２以上３０mm２以下であることが好ましく、この面積であれば導入チャンバ６に血液試料９を導入後、速やかに空気穴１２が封止されるので、時間を置かずに直ちに回転基板２を回転させることが可能である。この場合、最初の３秒間は、回転速度が1000rpm以下に設定することがより好ましい。本実施形態のように底壁１８ａが円形である場合、この好適な面積に対応する直径は、５０μmから３mm程度である。
【０１０４】
第２実施形態のその他の構成及び作用は、第１実施形態と同様である。
【０１０５】
(第３実施形態)
図１５及び図１６は本発明の第３実施形態に係る血液処理装置１は血液試料９の電気化学的分析を行うための血液成分分析装置である。
【０１０６】
検出用チャンバとして機能する下流側チャンバ７内には３種類の検出電極、すなわち作用電極６１、対極６２、及び参照電極６３が配置されている。詳細には、これら作用電極６１、対極６２、及び参照電極６３は上部基板２１の下流側チャンバ７の上壁を構成する部位に設けられている。作用電極６１、対極６２、及び参照電極６３は、それぞれリード線６４，６５，６６により電極端子６７，６８，６９に電気的に接続されている。下流側チャンバ７内には反応試薬が担持されている。上部基板２１と下部基板２２の間には絶縁膜７０が介在している。
【０１０７】
本実施形態では、蒸着やスパッタに代表される薄膜形成技術により作用電極６１、対極６２、及び参照電極６３を形成している。作用電極６１は円形であり、対極６２は円弧形状、対極６２は矩形状である。ただし、作用電極６１、対極６２、及び参照電極６３の形状は任意である。例えば、これらの電極は下流側チャンバ７内に電極線材を挿入したものでもよい。
【０１０８】
作用電極６１、対極６２、及び参照電極６３の材質は、電気化学的な物性が安定な材料が好ましく、主に、金、白金、カーボン、タングステン、銀、銅等が適している。電圧の基準となる参照電極６３は、銀、又は銀／塩化銀電極として構成されることが望ましい。作用電極６１、対極６２を構成する電極材料への銀ペーストの塗布、銀による再被膜、及び電解めっき等により、参照電極６３を銀、又は銀／塩化銀電極とできる。
【０１０９】
絶縁膜７０はリード線６７〜６９を被覆し、作用電極６１、対極６２、及び参照電極６３の面積を規定する機能を有する。特に、作用電極６１は面積が正確に規定されている必要がある。また、絶縁膜７０は下部基板２１下面の作用電極６１、対極６２、及び参照電極６３が形成されている部位と、これらが形成されてない部位との間の段差を相殺し、下部基板２１の下面を平坦にする機能を有する。
【０１１０】
注入口１１から導入チャンバ６内に血液試料９を導入すると、空気穴１２から導入チャンバ６内の空気が排出され、導入チャンバ６の全体に血液試料９が導入される。また、血液試料９が血液凝固剤１３により凝固し、空気穴１２が閉鎖される。その後、遠心分離により血液試料９を血球９Ａと血漿９Ｂに分離する。その遠心分離の際、空気穴１２は凝固した血液試料９で封止されているので、血漿９Ｂは飛散しない。次に、回転駆動部４が回転基板２を急制動又は急回転し、流路８の端部８ａが導入チャンバ６内の血漿９Ｂを保持する毛細管力Ｆｃに打ち勝つ慣性力Ｆｉを生じさせると、導入チャンバ６内の血漿９Ｂは流路８を介して下流側チャンバ７内に送液される。下流側チャンバ７に送液された血漿９Ｂは下流側チャンバ７内に保持されている試薬と反応し、その際に生じる電気化学（酸化還元）反応を作用電極６１、対極６２、及び参照電極６３で測定することができる。
【０１１１】
本実施形態の血液処理装置１を実際に製作して血液試料の分析を行った。下流側チャンバ７に、電子授受体4-aminophenyl phosphate（以下、ｐＡＰＰ）、ＡＬＰ（アルカリフォスファターゼ）標識抗ＣＲＰ抗体と、Trisバッファ（ｐH８．０）を予め乾燥担持させた。注入口１１から導入チャンバ６に導入された血液試料９は、血液凝固剤１３により凝固して空気穴１２を自発的に閉口した。２５００rpmの回転速度で１０分間回転基板を回転させたところ、血球９Ａと血漿９Ｂが明瞭に分離した。また、回転基板２の急制動により、約３０μＬの血漿９Ｂが流路８を介して導入チャンバ６から下流側チャンバ７に送液された。下流側チャンバ７に流入した血漿９Ｂは前述の試薬と以下の反応式に示す反応を５分間起こし、ｐＡＰＰはＡＬＰによる脱リン酸化作用を受け、4-aminophenol（以下、ｐＡＰ）となる。
【０１１２】
【化１】
0003955618.tif 000004
【０１１３】
その後、作用電極６１に＋４００ｍＶの電位を与えた。この電位により、ｐＡＰは還元体から酸化体へと変化する。この際に、電極に電子を受け渡す。そのときに作用電極６１に流れる電流を計測したところ、血漿に含まれるＣＲＰ抗原量に依存した電流応答が１ｎＭから１μＭまで得られた。このように第３実施形態の血液処理装置１により疾患の予測、もしくは健康状態の把握を判断するに足る情報が得られることが確認できた。
【０１１４】
本実施形態では、検出電極は作用電極６１、対極６２、及び参照電極６３からなる３極式であり、電圧又は電圧の変化値だけでなく、絶対値を測定可能である。しかし、検出電極は、作用電極と対極の２極式でもよい。２極式は、電圧又は電圧の絶対値は測定できないが、製造が容易である。
【０１１５】
第３実施形態のその他の構成及び作用は、第２実施形態と同様である。
【０１１６】
(第４実施形態)
図１７から図１９に示す本発明の第４実施形態の血液分析装置１は、回転基板２の構造が第１実施形態と相違する。具体的には、回転基板２は、回転基板本体５１と、この回転基板本体５１に対して着脱可能なチップ体５２を備える。回転基板本体５１には流路部位５は形成されておらず、各チップ体５２に流路部位５が形成されている。回転基板本体５１の上面側にはそれぞれチップ体５２が収容される複数の収容孔５３が形成されている。収容孔５３は回転軸３に対して放射状に配置されている。収容孔５３の外側の壁面には凹部５３ａが形成されている。チップ体５２の一部がこの凹部５３ａ内に配置されることにより、チップ体５２が収容孔５３内に保持される。特に、回転基板２の回転時には遠心力によってチップ体５２が凹部５３ａに向かって付勢されるので、チップ体５２は収容孔５３から脱落することなく確実に回転基板本体５１に保持される。
【０１１７】
第４実施形態のその他の構成及び作用は、第１実施形態と同様である。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る血液分析装置を示す模式的な構成図。
【図２】本発明の第１実施形態に係る血液分析装置の回転基板の部分拡大平面図。
【図３】図２のIII−III線での部分断面図。
【図４】本発明の第１実施形態に係る回転基板の分解斜視図。
【図５Ａ】空気穴から供給チャンバ内の空気が排出されている状態を示す回転基板の部分拡大断面図。
【図５Ｂ】凝固した血液により空気穴が封止された状態を示す回転基板の部分拡大断面図。
【図６】血球・血漿分離後の状態を示す回転基板の部分拡大平面図。
【図７】本発明の第１実施形態に係る血液分析装置の送液動作の第１の例の速度波形及び回転方向を示す線図。
【図８Ａ】回転基板の回転開始前に流路端部の血漿に作用する力を説明するための概略平面図。
【図８Ｂ】回転基板の回転開始中に流路端部の血漿に作用する力を説明するための概略平面図。
【図８Ｃ】回転基板の急停止時に流路端部の血漿に作用する力を説明するための概略平面図。
【図８Ｄ】送液時に流路端部の血漿に作用する力を説明するための概略平面図。
【図９】本発明の第１実施形態に係る血液分析装置の送液動作の第２の例の速度波形及び回転方向を示す線図。
【図１０Ａ】回転基板の回転開始前に流路端部の血漿に作用する力を説明するための概略平面図。
【図１０Ｂ】回転基板の急回転時に流路端部の血漿に作用する力を説明するための概略平面図。
【図１０Ｃ】送液時に流路端部の血漿に作用する力を説明するための概略平面図。
【図１１】回転基板の第１の代案を示す分解斜視図。
【図１２】回転基板の第２の代案を示す分解斜視図。
【図１３】本発明の第２実施形態に係る血液分析装置の回転基板の部分拡大平面図。
【図１４】図１３のXIV−XIV線での部分断面図。
【図１５】本発明の第３実施形態に係る血液分析装置の回転基板の部分拡大平面図。
【図１６】図１５のXVI−XVI線での部分断面図。
【図１７】本発明の第４実施形態に係る血液分析装置を示す模式的な構成図。
【図１８】図１７のXVIII−XVIII線での部分拡大断面図。
【図１９】本発明の第４実施形態に係る血液分析装置の回転基板の部分拡大平面図。
【図２０】従来の血液分析装置の一例であるバイオセンサを示す分解斜視図。
【図２１】微小流路を空気穴として使用する場合の問題点を説明するための模式図。
【図２２】微小流路をチャンバの回転軸側に接続する場合の問題点を説明するための模式図。
【符号の説明】
【０１１９】
１  血液処理装置
２  回転基板
３  回転軸
４  回転駆動部
５  流路部位
６  導入チャンバ
７  下流側チャンバ
８  流路
８ａ  入口端部
８ｂ  出口端部
９  液体試料
９Ａ  血球
９Ｂ  血漿
１１  注入口
１２，１４  空気穴
１２ａ  穴壁面
１８  保持凹部
１８ａ  底壁
６１  作用電極
６２  対極
６３  参照電極
６４，６５，６６  リード線
６７，６８，６９  電極端子
７０  絶縁膜
Ｓ  回転中心線
【図１】
0003955618.tif 000005
【図２】
0003955618.tif 000006
【図３】
0003955618.tif 000007
【図４】
0003955618.tif 000008
【図５Ａ】
0003955618.tif 000009
【図５Ｂ】
0003955618.tif 000010
【図６】
0003955618.tif 000011
【図７】
0003955618.tif 000012
【図８Ａ】
0003955618.tif 000013
【図８Ｂ】
0003955618.tif 000014
【図８Ｃ】
0003955618.tif 000015
【図８Ｄ】
0003955618.tif 000016
【図９】
0003955618.tif 000017
【図１０Ａ】
0003955618.tif 000018
【図１０Ｂ】
0003955618.tif 000019
【図１０Ｃ】
0003955618.tif 000020
【図１１】
0003955618.tif 000021
【図１２】
0003955618.tif 000022
【図１３】
0003955618.tif 000023
【図１４】
0003955618.tif 000024
【図１５】
0003955618.tif 000025
【図１６】
0003955618.tif 000026
【図１７】
0003955618.tif 000027
【図１８】
0003955618.tif 000028
【図１９】
0003955618.tif 000029
【図２０】
0003955618.tif 000030
【図２１】
0003955618.tif 000031
【図２２】
0003955618.tif 000032