JP2007333716A - 分離・秤量チップならびにその使用方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来の検査対象成分を含む試料の分析を行う検査チップにおける検体成分と非検体成分の分離時には、センサ表面に非検体成分が接触する機会があるという問題があった。また上記分離と分離した検体成分の秤量を行うために、チップの回転と外部ポンプの併用、あるいは回転軸の異なる２度のチップ回転などの煩雑な行程を行う必要があった。【解決手段】 ある回転軸を中心として対象成分を含む試料が導入された分離・秤量チップを回転させ、試料を分離槽へ導くとともにそこで検体成分と非検体成分に分離し、同一の回転軸のまま回転数を増加して、検体成分の少なくとも一部を分離槽途中に接続されている細管流路に通過させ、少なくとも１つの秤量槽に導いてそこで秤量する。
【選択図】図２

Description

本発明は、石英板や高分子樹脂板などの基板に作製した小型の溝流路によって構成された検体成分分析チップに関する。特に、当該チップ上の溝流路に微量（数マイクロリットル（μＬ）程度）の検体成分を含む液状試料を導入して、遠心分離により当該液状試料より検体成分とそれ以外の成分（非検体成分）とを分離する際の流路構造に関する。

従来、ヒトやペットなどの動物の病状や健康状態把握のために行われる血液分析は、主として注射法により血管から試料である血液を採取し、これに適当な前処理を施した後に病院等の医療機関に設置された大型血液分析装置を用い行われてきた。しかしながら近年、微小な採血用針を備え、微細な溝流路や種々の分析器、分析機構を配設した数ｍｍから数ｃｍ四方の血液分析チップが開示されている。（例えば、特許文献１）このような血液分析チップの採血用針を被験者の皮膚に穿刺し、皮下の血管から血液を採取して、これをチップへと導き、遠心分離により検体成分である血漿を抽出するとともにバイオセンサへと導いて、種々の生化学物質（ナトリウム、カリウムイオン、グルコース、尿素窒素、クレアチニンなど）の濃度を分析する。

ＷＯ２００４／０７４８４６公報

また、特許文献２ならびに同３においては、検査対象成分を含む検体成分を遠心分離する遠心分離管、この分離した検体成分を秤量する部分、試薬溜、混合部、混合物質を通過させる光検出路、光導入口ならびに光導出口と、を有する検査チップが開示されている。具体的には、これらの検査チップを用いて、チップ上に導入した試料である血液を、遠心分離により検体成分である血漿成分とそれ以外の非検体成分である血球の分離を行った後に、当該血漿成分を秤量して試薬と混合し、これを光検出路へと導き、そこで吸光度測定を行い、検査対象成分の測定を行うというものである。

特開２００５−１１４４３８号公報 ＷＯ２００５／０３３６６６号公報

特許文献１乃至３に記載される血液分析チップにおいては、いずれも血液を試料とし、これをチップに導入して、ある回転軸を中心としてチップを回転させたときに生起する遠心力により、検体成分である血漿と非検体成分である血球とに分離し、特に当該血漿成分が分析に供される。

特許文献１に示される血液分析チップは、バイオセンサを用い検査対象成分を分析しており、使用前にバイオセンサの較正操作が必要ではあるが、数マイクロリットルという微量の血液からチップを回転させたときに生じる遠心力により血球と血漿成分を分離して、当該血漿成分中の複数の検査対象成分を分析することができる。しかしながら当該文献のチップにおいては、導入した血液より血球と血漿を分離する際に、一度遠心分離が十分に施されていない血液にバイオセンサが浸される機会がある。この際血液中の血球がバイオセンサ表面に非特異的に吸着し、当該センサの応答に影響を及ぼすため、このような血球とバイオセンサとの接触は極力排除することが望ましい。さらに本血液分析チップの場合、液絡している一体の血漿・血球の中に複数のバイオセンサが配置されているために、個々のバイオセンサ間の相互作用により、正常なバイオセンサの応答が阻害されることがある。したがって個々のバイオセンサが浸されている検体成分である血漿間は液絡されていないことが望ましい。

一方、特許文献２ならびに同３に記載の検査チップを用いた基本的な測定の手順は、（１）血液の導入、（２）血球と血漿の分離、（３）分離した血漿の秤量、（４）少なくとも１種類以上の試薬試料の秤量、（５）秤量した血漿および試薬試料の混合、（６）光学測定、から成っている。試薬試料の種類や量ならびに血漿量を適宜選択、調整することによって多くの検査項目を測定することが可能となっている。チップ構造は遠心分離管、秤量部、保持部、試薬溜、混合部、光検出路などから構成され、これらの構造物間は溝流路によって連通されている。

当該検査チップの使用に当たって特許文献２においては、チップを回転したときに生じる遠心力を用いて、試料である血液より、検体成分である血漿とそれ以外の非検体成分である血球の分離を行い、引き続いて外部ポンプのような移送手段とチップとを連結して、当該血漿を秤量管へと移送し、再度同一中心とするチップの回転によって、秤量した血漿と試薬試料を混合部へと移送し、最後にこれを前記移送手段によって当該混合部から光検出路へ導き、チップ外に設置された光源と光検出器を用い、光学測定を行う。このように血液、血漿ならびに試薬試料の移送には遠心力と外部ポンプのような移送手段を混在させており、非常に煩雑となっている。特に、導入した血液より秤量した血漿を得るために、（１）血球・血漿遠心分離、（２）分離した血漿の外部ポンプによる秤量管への移送、という少なくとも２つのステップが必要となっている。

また特許文献３においては、まず第１の回転軸を中心としてチップを回転させたときに生じる遠心力により血球と血漿の分離を行い、次に第２の回転軸を中心としてチップを回転させ、分離した血漿を秤量部へと導き、再度第１の回転軸を中心軸としてチップを回転させ、秤量した血漿と試薬試料を混合部へと移送し、最後にこれを外部ポンプのような移送手段により混合流路を通過させ光検出路へ導かれ、チップ外に設置された光源と光検出器を用い、光学測定を行う。この場合、外部ポンプの使用頻度は特許文献２と比較して減少しているものの、やはり血液、血漿ならびに試薬試料の移送には遠心力と外部ポンプのような移送手段を混在しているために煩雑である。特に、導入した血液より秤量した血漿を得るために、（１）第１の回転軸を中心軸とした回転による血球・血漿遠心分離、（２）第２の回転軸を中心軸とした回転による分離した血漿の秤量部への移送、という少なくとも２つの回転軸を中心軸としたチップ回転が必要となり、手間がかかるものとなっている。

本発明の目的は、検査対象成分を含む試料を、ある１つの回転軸を中心軸とする一度のチップ回転で、当該試料から検体成分と非検体成分への分離と、当該分離した検体成分の少なくとも一部を、少なくとも１つの検体収容槽に移送、収容する分離・検体収容チップを提供することである。当該収容槽にバイオセンサを配設すれば、バイオセンサ表面に非検体成分が触れることなく、検体成分を分析する検体分析チップを実現することが出来る。また、複数の検体収容槽に各々バイオセンサを配設し、各々の検体収容槽に血漿を液絡することなく導入してバイオセンサを浸せば、バイオセンサ間において相互作用が生ずることなく、バイオセンサの応答を測定することが可能となる。

また、同じく検査対象成分を含む試料をある１つの回転軸を中心軸とする一度のチップ回転で、当該試料から検体成分と非検体成分への分離と、当該分離した検体成分の少なくとも一部を、少なくとも１つの秤量槽へと導いて秤量する分離・秤量チップを提供することも本発明の目的である。このような機構を用いることで、より簡便な手順で、秤量した検体成分と試薬試料を混合したときの呈色の度合いから所望の検査項目を分析する検体チップを実現することが出来る。

本願第１の発明は、ある回転軸を中心軸とする回転により試料中の検体成分を分離して、当該分離した検体成分の少なくとも一部を検体収容槽に収容する分離・検体収容チップであって、前記チップ外部から試料を導入する試料導入口と、前記試料導入口から見てチップ回転時に生起する遠心加圧方向に位置し、当該試料導入口と連通されており、前記試料から検体成分と当該検体成分より比重の大きい検体成分以外の成分（以下、非検体成分という）を遠心分離する分離槽と、前記分離槽の途中に接続され、当該分離槽の遠心加圧方向にほぼ直交する断面の面積よりも小さい断面積を有する部位を含む細管流路と、前記細管流路から見て遠心加圧方向に位置し、当該細管流路と連通し、分離した検体成分の少なくとも一部を収容する少なくとも１つの検体収容槽と、を含むことを特徴とする分離・検体収容チップを提供する。

本願第２の発明は、本願第１の発明の分離・検体収容チップの分離槽の途中に接続される細管流路の位置よりも遠心加圧方向に位置する分離槽の容量が、少なくとも導入する試料中の非検体成分を収容するに足りる容量を有することを特徴とする、分離・検体収容チップを提供する。

本願第３の発明は、本願第１の発明の分離・検体収容チップの細管流路の少なくとも遠心加圧方向側の側壁の少なくとも一部と、遠心加圧方向とのなす角は９０度以下であることを特徴とする、分離・検体収容チップを提供する。

本願第４の発明は、ある回転軸を中心軸とする回転により試料中の検体成分を分離して、当該分離した検体成分の少なくとも一部を秤量槽に移送、秤量する分離・秤量チップであって、前記チップ外部から試料を導入する試料導入口と、前記試料導入口から見てチップ回転時に生起する遠心加圧方向に位置し、当該試料導入口と連通されており、前記試料から検体成分と当該検体成分より比重の大きい非検体成分を遠心分離する分離槽と、前記分離槽の途中に接続され、当該分離槽の遠心加圧方向にほぼ直交する断面の面積よりも小さい断面積を有する部位を含む細管流路と、前記細管流路から見て遠心加圧方向に位置し、当該細管流路と連通し、分離した検体成分の少なくとも一部を収容、秤量する少なくとも１つの秤量槽と、を含むことを特徴とする分離・秤量チップを提供する。

本願第５の発明は、本願第４の発明の分離・秤量チップの分離槽の途中に接続される細管流路の位置よりも遠心加圧方向に位置する分離槽の容量が、少なくとも導入する試料中の非検体成分を収容するに足りる容量を有することを特徴とする、分離・秤量チップを提供する。

本願第６の発明は、本願第４の発明の分離・秤量チップの細管流路の少なくとも遠心加圧方向側の側壁の少なくとも一部と、遠心加圧方向とのなす角は９０度以下であることを特徴とする、分離・秤量チップを提供する。

本願第７の発明は、試料中の検体成分を分離槽において分離して、少なくともその一部を収容する検体収容槽を有する分離・検体収容チップの使用方法であって、前記チップ外部から試料導入口に試料を導入する試料導入ステップと、前記チップを所定の回転軸を中心軸に第１の回転数で回転させて、導入した試料を遠心加圧方向に位置する分離槽に導き、そこで検体成分と非検体成分への遠心分離を行う第１の回転数におけるチップ回転ステップと、前記チップを上記第１遠心分離ステップと同一の回転軸を中心に第１の回転数よりも大きい第２の回転数で回転させて、前記分離槽の途中に接続されている細管流路に上記分離した検体成分の少なくとも一部を通過させ、当該細管流路から見て遠心加圧方向に位置する少なくとも１つの検体収容槽に検体成分を収容する第２の回転数におけるチップ回転ステップと、を含む分離・検体収容チップの使用方法を提供する。

本願第８の発明は、試料中の検体成分を分離槽において分離して、少なくともその一部を秤量する秤量槽を有する分離・秤量チップの使用方法であって、前記チップ外部から試料導入口に試料を導入する試料導入ステップと、前記チップを所定の回転軸を中心軸に第１の回転数で回転させて、導入した試料を遠心加圧方向に位置する分離槽に導き、そこで検体成分と非検体成分への遠心分離を行う第１の回転数におけるチップ回転ステップと、前記チップを上記第１遠心分離ステップと同一の回転軸を中心に第１の回転数よりも大きい第２の回転数で回転させて、前記分離槽の途中に接続されている細管流路に上記分離した検体成分の少なくとも一部を通過させ、当該細管流路から見て遠心加圧方向に位置する少なくとも１つの秤量槽に検体成分を移送し、秤量する第２の回転数におけるチップ回転ステップと、を含む分離・秤量チップの使用方法を提供する。

本発明の分離・検体収容チップにより、ある１つの回転軸を中心軸とする一度のチップ回転を行うことで、導入した試料からの検体成分と非検体成分への分離と、当該分離した検体成分の少なくとも一部を、少なくとも１つの検体収容槽に移送、収容することが可能となった。この検体収容槽の予め予想される検体収容部分にバイオセンサを配設しておけば、従来のようにバイオセンサ表面は非検体成分に接触する機会が無いまま検体成分にのみ接触させることが出来、精度の高いバイオセンサ応答を得ることが出来るようになる。

また、本発明の分離・秤量チップにより、ある１つの回転軸を中心軸とする一度のチップ回転を行うことで、導入した試料からの検体成分と非検体成分への分離と、当該分離した検体成分の少なくとも一部を、少なくとも１つの秤量槽に移送して秤量することが可能となった。このようなチップの機構を用いることで、より簡便な手順で、秤量した検体成分と試薬試料を混合したときの呈色の度合いから所望の検査項目を分析する検体チップを実現することが出来る。また、複数の秤量槽の検体成分が満たされる部分に、各々バイオセンサを配設すれば、バイオセンサ表面は非検体成分とは接触することなく、かつ各バイオセンサ間は液絡されていないことから、非検体成分のバイオセンサ表面への非特異吸着やバイオセンサ同士の相互作用を抑制することが出来、より精度の高いバイオセンサの応答を得ることが可能となる。

＜第一実施態様＞
図１は本発明の一実施態様による分離・検体収容チップの分解斜視図を示している。基板Ａ１０１には貫通穴、微細な溝流路などの構造が形成されており、基板Ｂ１０２は前記基板Ａ１０１に形成されている溝流路等の蓋となる。これらの基板は安価に作製するために、チップ上の溝構造などの反転型を作製し、これを例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリカーボネート（ＰＣ）、シリコーンなどの樹脂に転写するモールディングや射出成型などの方法により作製する。そしてこれらの基板同士を貼り合わせて、図２の分離・検体収容チップの透過斜視図に示すように一体の流路を有するチップを形成する。図３は当該チップの上面図を示すが、チップ外部より試料を導入する試料導入口３０１、当該試料を収容する試料溜３０２、そこに接続されている分離槽３０３、当該分離槽途中に接続されている細管流路３０４、検体収容槽３０５、空気抜き穴３０６へと種々の溝流路、槽等を介して連通している構造となっている。

分離槽３０３と細管流路３０４の接続部分の拡大透過斜視図を図４に示す。このように分離槽３０３の幅（Ｗ１）と高さ（Ｈ１）と比して小さい幅（Ｗ２）と高さ（Ｈ２）の流路を含むことが細管流路３０４の１つの特徴となっている。

本チップは導入した試料を、ある回転軸を中心軸としてチップを第１の回転数で回転させたときに生起する遠心力によって、当該試料を分離槽内において検体成分と非検体成分に遠心分離し、然る後に同一の回転軸で第２の回転数で、前記分離した検体成分の少なくとも一部を細管流路を通過させて、下流に配設されている検体成分収容槽に収容することを実現する。特に、検体成分の比重が、非検体成分のそれと比較すると小さい場合に適用でき、例えば、血液を試料とした場合には、血漿成分が検体成分、血球（主として赤血球）成分が非検体成分となって、血球・血漿分離と、分離された当該血漿成分の少なくとも一部の収容が実現される。

図５において本チップの動作を説明する。同図（ａ）に示すように、まず試料導入口３０１より、概ね容量が既知である試料を試料溜３０２に導入する。次に同図（ｂ）に示すようにチップ上端辺中央の上部の回転軸Ｃを中心軸として、チップを第１の回転数で回転させる。回転に伴い導入した試料には遠心加圧方向Ｆに遠心力が印加されるため、分離槽３０３方向に移動する。図中の丸印部の分離槽と細管流路の接続部付近の拡大透過斜視図を図６（ａ）に示す。本図（ａ）に示すように、このときのチップ回転に伴い試料に印加される遠心力では、分離槽３０３途中に配設されている断面積の小さい細管流路３０４へとは通過できないために（図中の矢印部）、当該試料は分離槽中に留まる。

そしてこのまま第１の回転数でチップの回転を継続すると、図５（ｃ）に示すように、試料は分離槽内で検体成分５０２と非検体成分５０３に分離される。このとき比重が検体成分よりも大きい非検体成分は分離槽の遠心加圧方向側に、検体成分はその遠心加圧方向と逆側に分離される。図６（ｂ）の拡大図に示すように、このときの検体成分５０２と非検体成分５０３の界面の位置は、後述するように細管流路の分離槽への接続位置よりも遠心加圧側に位置することが望ましい。このように検体成分と非検体成分の分離が行われた後に、回転数を第１の回転数よりも大きい第２の回転数に増加する。すると分離槽内の検体成分／非検体成分にはより高い遠心力が印加されるために、図５（ｄ）に示すように、分離槽内の細管流路の接続位置よりも遠心加圧方向Ｆ側にある非検体成分と一部の検体成分はそのまま分離槽内に留まり、遠心加圧方向Ｆの反対側にある検体成分は細管流路を通過して検体収容槽３０５へと移送、収容される。以上のようにして検体成分のみを検体収容槽に収容することができる。なお、このときの分離槽、検体収容槽にある検体成分の喫水線５０４は、回転軸Ｃを中心とする同心円で表され、これらは導入した試料量、細管流路の接続位置、検体収容槽の形状寸法等から予想することが出来る。

図６（ｃ）にはこのときの分離槽と細管流路の接続部付近の拡大図を示しているが、喫水線よりも遠心加圧方向側の分離槽内に遠心分離された非検体成分と一部の検体成分が捕獲収容されたままになっている。検体成分の一部が残留しており、検体の利用効率という観点からは望ましくは無いが、試料の非検体成分と検体成分の比率が一定ではなく、幅があることが多いため、ある程度は許容せざるを得ない。実際、血液を試料とした場合、当該血液に含まれる非検体成分である血球成分の容積比は、成人男性：３６〜４８％、成人女性：３４〜４３％（非特許文献１による）であり、ある程度の幅を有する。

「臨床検査法提要 改訂第３１版」 金井 泉 原著、金井正光 編著、金原出版株式会社ｐ．２７１

したがってこのような分離・検体収容チップを構成するに当たって、まず必要となる検体成分量から検体収容槽の寸法形状、導入する試料量を決定した上で、分離槽の寸法形状を決定する。その後に試料に含まれる検体成分の比率（幅がある場合には最も少ない場合の比率）を勘案して、第１の回転数での遠心分離時の分離槽内での非検体成分と検体成分の分離界面位置が概ね予想できるので、少なくともこれより遠心加圧方向と逆方向側に細管流路を分離槽に接続する。

また第１の回転数におけるチップの回転時に生起する遠心力下で、試料が分離槽へと容易に移動し、そこで検体成分と非検体成分の遠心分離を進行させ、なおかつ当該試料が細管流路を通過できないようにするためには、少なくとも分離槽の断面積（図４中のＷ１×Ｈ１）よりも細管流路の断面積（Ｗ２×Ｈ２）が小さくしなければならない。しかし過分に当該細管流路の断面積を小さくすると、第１の回転数におけるチップ回転で、試料は細管流路を通過できなくとも、試料の遠心分離後の第２の回転数を過分に大きくしないと検体成分が当該細管流路を通過できなくなってしまい、回転装置に及ぼす負荷が大きくなるため、適当な断面積、長さを設定しなければならない。

またこのような細管流路の寸法は、流路表面材料の濡れ性や試料の表面張力などの物性とも関係する。例えば同じ流路寸法形状で同一回転条件下でも、流路表面材料の濡れ性が低ければ、また試料の表面張力が大きければ、試料はより細管流路を通過しにくくなるので、逆に言うとこのような場合には細管流路の断面積は大きく、また長さは短くしても、試料が当該細管流路を通過することは無い。したがってこれらを勘案して最適な細管流路形状を決定する。

また、図６（ａ）の第１の回転数でチップを回転させたときに試料が分離槽へと移動したときの拡大図を図７に示す。本図に示すように、このとき試料が細管流路を通過することは無いが、細管流路の少なくとも一部には試料が浸入してくる。この後、試料から非検体成分と検体成分に遠心分離するわけであるが、このとき細管流路と遠心加圧方向Ｆとのなす角θが９０度より大きい場合は、一旦細管流路まで浸入した試料中の非検体成分は、分離槽の遠心加圧方向に移動することが出来なくなり、結果として細管流路内に留まる。そしてこの細管流路内に留まった非検体成分は、その後の第２の回転数のチップ回転時に、検体成分とともに、検体収容槽へと移送されてしまう。したがって細管流路の少なくとも遠心加圧方向側の側壁の一部と遠心加圧方向のなす角θは、図７に示すように９０度より小さくなるように細管流路を構成することがより好ましい。

＜第二実施態様＞
図８には検査対象成分を含む試料から、ある１つの回転軸を中心軸とするチップ回転で、検体成分と非検体成分の分離と、当該分離した検体成分の少なくとも一部を、少なくとも１つの秤量槽へと導いて秤量する分離・秤量チップを示している。チップ回転に伴い生起する遠心力の加圧方向に、試料導入口３０１、試料溜３０２、分離槽３０３、当該分離槽途中に細管流路３０４が連通、配設されている所まで、第一実施態様の分離・検体収容チップと同様であるが、その後、複数の秤量槽８０１（図中では４つ）、廃棄槽８０２と連通、配設されている構造になっている。

図９を用い本分離・秤量チップの動作を説明する。同図の（ａ）〜（ｃ）までは第一実施態様の図５で説明した動作と同一である。試料導入口３０１より、概ね容量が既知である試料を試料溜３０２に導入した後に、回転軸Ｃを中心にチップを第１の回転数で回転させる。すると図９（ａ）に示すように試料は遠心加圧方向Ｆに配設されている分離槽３０３へと移送される。このとき試料は図７で説明したように細管流路途中までは浸入するが、通過することは出来ず図中の矢印の位置で留まる。本回転を継続すると、同図（ｂ）に示すように比重の大きい非検体成分は分離槽の遠心加圧方向側に、それに比して比重の小さい検体成分は当該非検体成分の遠心加圧方向の逆側へと分離する。この非検体成分と検体成分の位置は、分離槽途中に配設されている細管流路よりも遠心加圧方向側に位置するように、導入した試料の容量、当該試料中の検体成分と非検体成分の構成比率を勘案し、分離槽の寸法形状、細管流路の配設位置が決定されている。

この後に同図（ｃ）に示すようにチップの回転数を第１の回転数よりも大きい第２の回転数として、検体成分に印加される遠心力を増加させ、分離槽途中の細管流路の接続されている位置よりも遠心加圧方向と反対側に位置する検体成分を細管流路を通過、遠心加圧方向に移送させる。同図（ｄ）に示すように細管流路を通過した検体成分は、遠心加圧方向に延伸する流路を通過し、複数の秤量槽８０１を満たしながら移送されていき、同図（ｅ）に示すように最終的には分離槽内の細管流路よりも遠心加圧方向と反対側に収容されていた検体成分は細管流路を通過して、すべての秤量槽を満たし、余分な検体成分は廃棄槽８０２に収容される。

このときの秤量槽の様子を図１０に示す。連結流路８０３の少なくとも遠心加圧方向側の側壁と遠心加圧方向Ｆのなす角θは、９０度未満になるようになっているので、当該連結流路に検体成分が留まることは無い。図のように検体成分の秤量槽での喫水線５０４は、当該秤量槽の下流側出口の遠心加圧方向側の側壁の最も遠心加圧方向と逆側に位置する点を通過する、回転軸を中心とする円で表されるので、この喫水線は予め予想でき、つまり秤量槽の寸法形状を適宜決定すれば、所望の量の検体成分の秤量が実現できる。以上のようにして試料からの検体成分と非検体成分の分離、ならびに検体成分の少なくとも一つの秤量槽における秤量が可能となった。なお、細管流路や分離槽の寸法形状、細管流路の接続位置などは第一実施態様と同様にして決定する。

＜実施例１＞
図３に示した分離・検体収容チップを、透明シリコーン樹脂基板を用い作製した。当該チップの大きさは２５×２５×２．５ｍｍ^３で、分離槽３０３の幅（図４中のＷ１）と高さ（同Ｈ１）は１ｍｍである。細管流路３０４は、分離槽３０３の紙面下端より約４ｍｍの位置に接続するようにした。図５（ａ）に示したように試料として約６μＬの血液を試料導入口３０１よりチップ内へと導入し、その後同図（ｂ）に示すように回転軸Ｃを中心軸としてチップを第１の回転数２０００回転／分で回転させた。なお、回転軸Ｃからチップ上の細管流路の分離槽への接続位置までの距離は、３５ｍｍである（すなわちこの位置での回転時に遠心加速度は１５７Ｇ（１Ｇ：９．８ｍ／秒^２））。すると図５（ｂ）に示すように血液は、分離槽内へと移送されるものの、細管流路は通過できず、当該分離槽内に留まっていることをＣＣＤカメラによるストロボ撮影により確認した。この細管流路の最細部の幅（図４中のＷ２）と高さ（同Ｈ２）は、両者とも０．０４ｍｍで分離槽のそれらよりも小さく、長さは０．４ｍｍであり、図７中のθの値は約２０度になっている。このようなチップの材質、構造、寸法形状、回転条件において、試料を導入してチップを回転させ、どの程度の回転数で試料が細管流路を通過するかを予め回転中のストロボ撮影実験により確認している。本例の場合、約２５００回転／分で試料が細管流路を通過するので、それ以下の２０００回転／分を第１の回転数としている。

このように血液を分離槽内に留めながら、当該槽内で非検体成分である血球と検体成分である血漿とに分離する。この血球と血漿が分離されてくる様子はやはりＣＣＤカメラによるストロボ撮影で確認しており、２分間の第１の回転数におけるチップ回転を行った後に、第２の回転数３５００回転／分に回転数を増加させた。このときの細管流路の分離槽への取り付け位置での遠心加速度は４７９Ｇとなり、第１の回転数のときよりも、より大きい力が血漿に作用する。これにより細管流路の接続位置よりも遠心加圧方向と逆側に位置する血漿は、細管流路を通過し、遠心加圧方向に配設されている検体収容槽へと移送され、そこに収容される。３０秒間、第２の回転数でチップを回転させた後に、回転を停止させチップを観察したところ、図５（ｄ）に示した如く、細管流路の接続位置よりも遠心加圧方向の分離槽内には血球と若干の血漿が捕獲、収容されたままになっており、また検体収容槽には血漿のみが収容されていた。このとき当該収容槽内に血球が混入していないことを光学顕微鏡観察により詳細に調べ、確認した。

本例では導入した血液の量（６μＬ）と分離槽の形状、ならびに細管流路の分離槽への接続位置から、約４μＬの血球と血漿が分離槽内に留まり、残余の２μＬの血漿が細管流路を通過して検体収容槽に移送、収容されたことを示している。以上のように試料を導入して、ある１つの回転軸を中心軸とする一度のチップ回転により、当該試料からの検体成分と非検体成分の分離と、当該分離した検体成分の少なくとも一部を、検体収容槽に移送、収容する分離・検体収容チップが実現できた。また、図５（ｄ）の検体収容槽の予め予想される検体収容される部分にバイオセンサを配設しておけば、従来のようにバイオセンサには非検体成分である血球に接触する機会が無いまま検体成分にのみ接触させることが出来る。

＜実施例２＞
図８に示した分離・秤量チップを、透明シリコーン樹脂基板を用い作製した。当該チップの大きさは２５×２５×２．５ｍｍ^３で、分離槽３０３の幅は概ね１ｍｍ、高さは１ｍｍである。細管流路３０４は、分離槽３０３途中に接続されている。図９（ａ）に示したように試料として約６μＬの血液を試料導入口３０１よりチップ内へと導入し、その後回転軸Ｃを中心軸としてチップを第１の回転数２０００回転／分で回転させた。ここで細管流路の分離槽への接続位置から遠心加圧方向側の分離槽の容積は約４μＬとなっている。また、回転軸Ｃからチップ上の細管流路の分離槽への接続位置までの距離は、３５ｍｍと実施例１に示した分離・検体収容チップの場合と同様になっている。すると同図に示すように血液は、分離槽内へと移送されるものの、細管流路は通過できず、当該分離槽内に留まっていることをＣＣＤカメラによるストロボ撮影により確認した。この細管流路の最細部の寸法形状は実施例１の場合と同じであり、予め実験を行った結果、血液が細管流路を通過する回転数は２５００回転／分と実施例１の場合と同じであったので、それ以下の２０００回転／分を第１の回転数としている。

このように血液を分離槽内に留めながら、当該槽内で非検体成分である血球と検体成分である血漿とに分離する。（図９（ｂ））この第１の回転数でのチップ回転を２分間行った後に、第２の回転数３５００回転／分に回転数を増加させた。これにより第１の回転数のときよりも、より大きい力が血漿に作用し、細管流路の接続位置よりも遠心加圧方向と逆側に位置する血漿は細管流路を通過して（図９（ｃ））、遠心加圧方向に配設されている４つの秤量槽を満たしながら下流へと移送されていき（図９（ｄ））、すべての秤量槽を満たした後の余分な血漿は廃棄槽へと収容される。（図９（ｅ））そして、細管流路を接続している位置よりも遠心加圧方向と逆側の分離槽内にある血漿が細管流路を通過しきると、血漿の移動は終了する。この第２の回転数のチップ回転を３０秒間行った後に回転を停止し、チップを観察した。各々の秤量槽において、回転軸と秤量槽の位置関係、秤量槽の寸法形状から予想される喫水線に沿って血漿が満たされていることが確認できた。本例の場合、約２μＬの血漿を細管流路を通過させて秤量槽を満たしており、秤量槽の寸法形状から０．１μＬの血漿分画１つ、０．４μＬの血漿分画３つを秤量し、残余の０．７μＬの血漿を廃棄槽へ導いていることになる。また、すべての秤量槽、廃棄槽中の血漿には、非検体成分である血球は満たされていないことを光学顕微鏡観察により確認している。

以上のようにある１つの回転軸を中心軸とする一度のチップ回転で、当該試料から検体成分と非検体成分の分離と、当該分離した検体成分の少なくとも一部を、遠心加圧方向に配設されている少なくとも１つの秤量槽へと導いてそこを満たし、秤量する分離・秤量チップを実現することが出来た。このようなチップの機構を用いることで、より簡便な手順で、秤量した検体成分と試薬試料を混合したときの呈色の度合いから所望の検査項目を分析する検体チップを実現することが出来る。また、複数の秤量槽の検体成分が満たされる部分に、各々バイオセンサを配設すれば、バイオセンサ表面は非検体成分とは接触することなく、かつ各バイオセンサ間は液絡されていないことから、非検体成分のバイオセンサ表面への非特異吸着やバイオセンサ同士の相互作用を抑制することが出来、より精度の高いバイオセンサの応答を得ることが可能となる。

本発明の分離・検体収容チップの分解斜視図である。 本発明の分離・検体収容チップの透過斜視図である。 本発明の分離・検体収容チップの上面図である。 本発明の分離・検体収容チップの分離槽と細管流路の接続部付近の拡大透過斜視図である。 本発明の分離・検体収容チップの動作を説明する図である。 本発明の分離・検体収容チップの動作を説明する図である。 本発明の分離・検体収容チップの分離槽と細管流路の構造を説明する図である。 本発明の分離・秤量チップの透過斜視図である。 本発明の分離・秤量チップの動作を説明する図である。 本発明の分離・秤量チップの秤量槽部を示す図である。

符号の説明

１０１ 基板Ａ
１０２ 基板Ｂ
２０１ 分離・検体収容チップ
３０１ 試料導入口
３０２ 試料溜
３０３ 分離槽
３０４ 細管流路
３０５ 検体蓄積槽
３０６ 空気抜き穴
５０１ 試料
５０２ 検体成分
５０３ 非検体成分
５０４ 喫水線
８０１ 秤量槽
８０２ 廃棄槽
８０３ 連結流路
１００１ 喫水線が通過する点
Ｃ 回転軸
Ｆ 遠心加圧方向
θ 角度

Claims (8)

1. ある回転軸を中心軸とする回転により試料中の検体成分を分離して、当該分離した検体成分の少なくとも一部を検体収容槽に収容する分離・検体収容チップであって、
   前記チップ外部から試料を導入する試料導入口と、
   前記試料導入口から見てチップ回転時に生起する遠心加圧方向に位置し、当該試料導入口と連通されており、前記試料から検体成分と当該検体成分より比重の大きい検体成分以外の成分（以下、非検体成分という）を遠心分離する分離槽と、
   前記分離槽の途中に接続され、当該分離槽の遠心加圧方向にほぼ直交する断面の面積よりも小さい断面積を有する部位を含む細管流路と、
   前記細管流路から見て遠心加圧方向に位置し、当該細管流路と連通し、分離した検体成分の少なくとも一部を収容する少なくとも１つの検体収容槽と、
   を含むことを特徴とする分離・検体収容チップ。
2. 前記分離槽の途中に接続される細管流路の位置よりも遠心加圧方向に位置する分離槽の容量が、少なくとも導入する試料中の非検体成分を収容するに足りる容量を有することを特徴とする、請求項１記載の分離・検体収容チップ。
3. 前記細管流路の少なくとも遠心加圧方向側の側壁の少なくとも一部と、遠心加圧方向とのなす角は９０度以下であることを特徴とする、請求項１記載の分離・検体収容チップ。
4. ある回転軸を中心軸とする回転により試料中の検体成分を分離して、当該分離した検体成分の少なくとも一部を秤量槽に移送、秤量する分離・秤量チップであって、
   前記チップ外部から試料を導入する試料導入口と、
   前記試料導入口から見てチップ回転時に生起する遠心加圧方向に位置し、当該試料導入口と連通されており、前記試料から検体成分と当該検体成分より比重の大きい非検体成分を遠心分離する分離槽と、
   前記分離槽の途中に接続され、当該分離槽の遠心加圧方向にほぼ直交する断面の面積よりも小さい断面積を有する部位を含む細管流路と、
   前記細管流路から見て遠心加圧方向に位置し、当該細管流路と連通し、分離した検体成分の少なくとも一部を収容、秤量する少なくとも１つの秤量槽と、
   を含むことを特徴とする分離・秤量チップ。
5. 前記分離槽の途中に接続される細管流路の位置よりも遠心加圧方向に位置する分離槽の容量が、少なくとも導入する試料中の非検体成分を収容するに足りる容量を有することを特徴とする、請求項４記載の分離・秤量チップ。
6. 前記細管流路の少なくとも遠心加圧方向側の側壁の少なくとも一部と、遠心加圧方向とのなす角は９０度以下であることを特徴とする、請求項４記載の分離・秤量チップ。
7. 試料中の検体成分を分離槽において分離して、少なくともその一部を収容する検体収容槽を有する分離・検体収容チップの使用方法であって、
   前記チップ外部から試料導入口に試料を導入する試料導入ステップと、
   前記チップを所定の回転軸を中心軸に第１の回転数で回転させて、導入した試料を遠心加圧方向に位置する分離槽に導き、そこで検体成分と非検体成分への遠心分離を行う第１の回転数におけるチップ回転ステップと、
   前記チップを上記第１遠心分離ステップと同一の回転軸を中心に第１の回転数よりも大きい第２の回転数で回転させて、前記分離槽の途中に接続されている細管流路に上記分離した検体成分の少なくとも一部を通過させ、当該細管流路から見て遠心加圧方向に位置する少なくとも１つの検体収容槽に検体成分を収容する第２の回転数におけるチップ回転ステップと、
   を含む分離・検体収容チップの使用方法。
8. 試料中の検体成分を分離槽において分離して、少なくともその一部を秤量する秤量槽を有する分離・秤量チップの使用方法であって、
   前記チップ外部から試料導入口に試料を導入する試料導入ステップと、
   前記チップを所定の回転軸を中心軸に第１の回転数で回転させて、導入した試料を遠心加圧方向に位置する分離槽に導き、そこで検体成分と非検体成分への遠心分離を行う第１の回転数におけるチップ回転ステップと、
   前記チップを上記第１遠心分離ステップと同一の回転軸を中心に第１の回転数よりも大きい第２の回転数で回転させて、前記分離槽の途中に接続されている細管流路に上記分離した検体成分の少なくとも一部を通過させ、当該細管流路から見て遠心加圧方向に位置する少なくとも１つの秤量槽に検体成分を移送し、秤量する第２の回転数におけるチップ回転ステップと、
   を含む分離・秤量チップの使用方法。

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