JP3911259B2

JP3911259B2 - 液体中の微粒子計数装置

Info

Publication number: JP3911259B2
Application number: JP2003296437A
Authority: JP
Inventors: 和宏宮村
Original assignee: Horiba Ltd
Current assignee: Horiba Ltd
Priority date: 2003-08-20
Filing date: 2003-08-20
Publication date: 2007-05-09
Anticipated expiration: 2023-08-20
Also published as: JP2005062137A

Description

この発明は、例えば、血液中の血球を計数する血球計数装置などの液体中の微粒子計数装置に関する。

従来から、血液中の赤血球、白血球、血小板などの血球を計数する手法の一つとして電気抵抗法が知られている。この電気抵抗法は、血液細胞を等張性希釈液に懸濁させ、粒子がアパーチャを通過するときに、血球が占める容積に比例した電気抵抗（インピーダンス）の変化が生じる。このインピーダンス変化に対応して生ずるパルス数を計数することにより、血球の個数を検出することができ、また、前記パルスの高さを検出することにより、血球の容積（白血球、赤血球、血小板であるかの種類）を検出することができる。

ところで、近年においては、血球計数装置のマイクロ化が進められており、前記電気抵抗法に則ったチップ状のマイクロ血球計数装置が開発されるに至っており、例えば、特許文献１に示すようなものが実用化されつつある。このマイクロ血球計数装置の測定部では、シリコン基板に測定対象である検体血液が流れる流入側の流路および流出側の流路と、これら流路の途中に狭隘部が形成されることにより得られるアパーチャと、このアパーチャの両側の流路に設けられる電極とが備えられている。

図４は、この種の従来のマイクロ血球計数装置における測定部の構成を概略的に示すもので、この図において、５１はシリコン基板で、例えば厚さが５００μｍ、長さが１０ｍｍ、幅が５ｍｍ程度の大きさに形成されている。５２はシリコン基板５１の上面に、例えば、ＭＥＭＳ（マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システムズ）プロセスなどによる加工技術を用いて形成される適宜の深さの流路である。

前記流路５２は、そのほぼ中間において形成されて流路幅が狭くなった狭隘部としての５ｃと、この狭隘部５２ｃの両側に形成されて流路幅が比較的幅広である、狭隘部５２ｃより上流側の流路５２ａおよび狭隘部５２ｃより下流側の流路５２ｂとからなる。なお、前記狭隘部５２ｃは、シリコン基板５１の上方から流路５２を覆うようにしてシリコン基板５１に密着するように設けられるガラス板などの蓋体（図示していない）の下面と共働してアパーチャを構成する。以下、狭隘部５２ｃをアパーチャとも呼ぶ。

５３は上流側の流路５２ａの底部の表面に形成される電極であり、５４は下流側の流路５２ｂの底部の表面に形成される電極である。これらの電極５３，５４は、検出回路５５に接続されており、検体血液５６がアパーチャ５２ｃを通過するときに生ずるインピーダンス変化を検出するように構成されている。

上記構成のマイクロ血球計数装置の測定部において、検体血液の測定を行う場合、適宜の希釈液で希釈された検体血液５６がサンプル導入口（図示していない）から上流側の流路５２ａに導入される。そして、この検体血液５６が上流側の流路５２ａからアパーチャ５２ｃを通過して下流側の流路５２ｂに導かれ、サンプル流出口（図示していない）から排出される。

ここで、検体血液５６がアパーチャ５２ｃを通過するとき、電極５３，５４間のインピーダンスが変化し、このインピーダンスの変化を示す検出信号が計器本体（図示していない）に入力され、計器本体において所定の演算が行われることによって、赤血球、白血球、血小板などの血球５７が計数される。
特開２０００−２７７３８０号公報

ところで、従来の液体中のマイクロ血球計数装置においては、その測定部において、アパーチャ５２ｃの上、下流側の流路５２ａ，５２ｂにそれぞれ電極５３，５４が設けられていたので、次のような不都合が生ずることがあった。すなわち、測定時には、前記電極５３，５４に所定の電圧が印加され、これらを含む回路には所定の電流がながれている。このため、検体血液５６が特に、上流側に位置する電極５３に接触したとき、前記電流によって検体血液５６が電気分解され、これによって、電極５３において泡５８が発生する。この泡５８が検体血液５６とともにアパーチャ５２ｃを通過すると、電極５３，５４間のインピーダンスが変化し、これを血球と同様に検出する。つまり、前記電気分解によって生じた泡５８がノイズとなり、検出信号の精度が低下し、これに伴って、検体血液の血球の計数精度が低下することになる。

これに対して、前記電極５３，５４に印加する電圧を低くして電気分解が起こらないようにすることが考えられるが、このようにすると、電極５３，５４間のインピーダンスの変化レベルが小さくなって、インピーダンス変化を示す検出信号の精度が低下し、この結果、検体血液の血球の計数精度が低下することになる。

なお、上述のような問題は、半導体製造工程における半導体ウェハの洗浄などに用いられる洗浄用液体中や超純水中に含まれる微粒子の計数を行う液体中の微粒子計数装置においても同様に生じているところである。

この発明は、上述の事柄に留意してなされたもので、その目的は、電極において泡が発生するなどしても、所望の微粒子の数を高精度で計数することのできる液体中の微粒子計数装置を提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の液体中の微粒子計数装置は、液体試料が上流側から下流側に向かって流れる流路の途中にアパーチャを形成し、このアパーチャより下流側の流路に２個の電極を設けるとともに、前記下流側の流路の前記アパーチャの近傍に、前記アパーチャより上流側の流路から当該アパーチャを経て流れてくる液体試料を前記２つの電極方向に分割する液分割部を設け、前記液体試料が前記アパーチャを通過するときに生ずるインピーダンス変化を前記両電極によって検出し、この検出結果に基づいて前記液体試料中に含まれる粒子数を計数するようにしたことを特徴としている。

上記構成よりなる液体中の微粒子計数装置においては、アパーチャの下流側の流路に液体試料が前記アパーチャを通過するときに生ずるインーダンス変化を検出するための電極を設けているので、仮に電極において泡が生じても、この泡がアパーチャを通過することがない。したがって、従来のこの種の装置と異なり、泡によるノイズが発生することがなくなり、ノイズが低減される。そして、電極間に印加する電圧を大きくすることができるので、より大きな検出信号が得られ、検出精度の高い測定を行うことができる。

図１および図２は、この発明の第１実施例を示す。そして、図１は、この発明の液体中の微粒子計数装置としてのマイクロ血球計数装置の測定部におけるチップ構成を示す斜視図であり、図２は、前記測定部の要部を拡大して示す平面図である。

前記図１および図２において、１はシリコン基板で、例えば厚さが５００μｍ、長さが１０ｍｍ、幅が５ｍｍ程度の大きさに形成されている。２はシリコン基板１の上面に、例えばＭＥＭＳプロセスなどによる加工技術を用いて形成される適宜の深さの流路である。この流路２は、そのほぼ中間において形成され流路幅が狭くなった狭隘部２ｃと、この狭隘部２ｃの両側に形成され流路幅が比較的幅広である流路２ａ，流路２ｂとからなる。今、説明の便宜上、一方の流路２ａを上流側流路２ａ、他方の流路２ｂを下流側流路２ｂという．なお、狭隘部２ｃは、後述するガラス板の下面と共働してアパーチャを構成する。以下、狭隘部２ｃをアパーチャとも呼ぶ。そして、前記流路２ａ，流路２ｂの幅（図２中のＷ₁，Ｗ₂）は例えば３ｍｍである。また、アパーチャ２ｃの開口は５０μｍである。

３は下流側流路２ｂ内に設けられる液分割部で、上流側流路２ａからアパーチャ２ｃを経て下流側流路２ｂ内に流入してくる検体血液Ｓを２つの等しい流れに分岐するもので、蓋としてのガラス板１２（後述する）の下面と密着する高さを有するとともに、一旦分岐した検体血液Ｓが互いに混じらないように構成されている。この実施例においては、その上流側（アパーチャ２ｃに近い側）の先端部３ａの平面視形状が曲面（例えば半円形）に形成され、これに連なる部分２ｂが下流側流路２ｂ内を流れの方向において二分するように直線的に設けられている。そして、液分割部３の先端部３ａの対向する壁面４ａ，４ｂとの間に、二つの隙間ｄ₁，ｄ₂が形成され、これらの隙間ｄ₁，ｄ₂の開口がアパーチャ２ｃの開口径（この例では５０μｍ）とほぼ等しくなるように設定してある。なお、２ｂ₁，２ｂ₂は、前記液分割部３によって互いに連通しないように区画された下流側流路２ｂ内の二つの部分である。

そして、５，６は液分割部３によって二分された下流側流路２ｂの二つの部分２ｂ₁，２ｂ₂の底部の表面に互いに離間した状態に形成される電極である。これらの電極５，６は、検体血液Ｓがアパーチャ２ｃを通過するときに生ずるインピーダンス変化を検出するためのもので、図２に示すように、計器本体（図示していない）の検出回路７に接続されている。そして、これらの電極５，６は、その平面視形状が台形状になるように、互いに線対称の状態で配置され、特に、台形の短い辺５ａ，６ａがアパーチャ２ｃに近くなるように配置されている。また、８，９は電極５，６にそれぞれ連なる電極リード部であり、これらの電極リード部８，９は流路２ａ，２ｂの底部と同レベルに位置するようにそれぞれ設けられる。

このため、シリコン基板１には、流路２ａ，２ｂと同じ深さのリード部用溝１０，１１が流路２ａ，２ｂと連なるようにして形成されている。これらのリード部用溝１０，１１は、流路２ａ，２ｂの形成時に同時にＭＥＭＳプロセスなどによる加工技術を用いて形成され、これらのリード部用溝１０，１１内には電極リード部８，９が電極５，６と同じ厚みで形成される。

１２はシリコン基板１とほぼ同じ寸法を有する透明なガラス板で、流路２を覆うようにしてシリコン基板１に例えば陽極接合などの手法で接合される。そして、このガラス板１２がシリコン基板１に接合されることにより、流路２の各部２ａ〜２ｃは外部と遮断された状態で閉塞され、特に、狭隘部２ｃは、シリコン基板１と共働してアパーチャとなる。

１３，１４はガラス板１１に形成される検体血液導入孔、検体血液導出孔で、検体血液導入孔１３は、上流側流路２ａに対応する位置に開設され、また、検体血液導出孔１４は、下流側流路２ｂの二つの部分２ｂ₁，２ｂ₂に対応する位置にそれぞれ開設されている。つまり、液分割部３によって二つに分割された検体血液Ｓは、互いに独立して取り出されるようにしてある。なお、これらの検体血液導入孔１３、検体血液導出孔１４は、検体血液導入用の流路（図示していない）、検体血液導出用の管路（図示していない）が着脱自在に接続されるように構成されている。

１５，１６はガラス板１２に形成されるスルーホールで、電極リード部８，９のそれぞれの接続端部に一端が接続されたリード線１７，１８が挿通して、コネクタ１９の信号端子２０，２１に接続されている。なお、リード線１７，１８を挿通したスルーホール１５，１６には、耐水性および絶縁性を有する充填剤が充填され、液密構造が保持される。

前記コネクタ１９は、電極５，６によって検出されるインピーダンス変化を示す信号（検出信号）を外部に取り出すための接続装置で、シリコン基板１の側部に形成されており、所謂プラグインユニット形状に構成されている。そして、このコネクタ１９のコネクタ部２１は、信号ケーブル（図示していない）を介してマイクロ血球計数装置の計器本体（図示していない）に接続されている。

上記構成のマイクロ血球計数装置においては、適宜の希釈液で希釈された検体血液Ｓが検体血液導入孔１３から上流側流路２ａに導入される。この検体血液Ｓは、アパーチャ２ｃを経て下流側流路２ｂ側に流入する。この下流側流路２ｂに流入した検体血液Ｓは、アパーチャ２ｃに近接して設けられている液分割部３によって二つの流れに等分され、液分割部３によって分割された下流側流路の二つの部分２ｂ₁，２ｂ₂内を流れる。そして、検体血液Ｓがアパーチャ２ｃと同様の隙間ｄ₁，ｄ₂を通過するとき、インピーダンス変化が生じ、このインピーダンス変化が下流側流路２ｂの分割された部分２ｂ₁，２ｂ₂に設けられた電極５，６によって検出され、このインピーダンス変化を表す信号は、電極リード部８，９、リード線１７，１８、コネクタ１９や信号ケーブル（図示していない）を経て計器本体（図示していない）に入力され、所定の演算が行われることにより、ＲＢＣ、ＷＢＣ、ＰＬＴなどの血球が計数される。なお、測定に供されたマイクロ血球カウンタは、原則として使い捨てにされる。

そして、上記マイクロ血球計数装置においては、アパーチャ２ｃの下流側の流路２ｂに検体血液Ｓがアパーチャ２ｃを通過するするときに生ずるインーダンス変化を検出するための電極５，６を設けているので、仮に電極５，６において泡が生じても、この泡がアパーチャ２ｃを通過することがない。したがって、従来のこの種の装置と異なり、泡によるノイズが発生することがなくなり、精度の高い測定を行うことができる。そして、電極５，６間に印加する電圧を大きくすることができるので、より大きな検出信号が得られ、検出精度の高い測定を行うことができる。

上述の実施例においては、電極５，６の平面視形状を台形状に形成していたので、電界集中が緩和され、測定時のノイズを低減できるといった効果があるが、さらに、図３に示すように、前記電極５，６のアパーチャ２ｃ側の辺５ａ’，５ｂ’を曲線状（アパーチャ２ｃに向かって凸面状）に形成することにより、前記電界集中が緩和され、前記ノイズをより低減できる効果がある。

そして、この発明は、上記マイクロ血球計数装置に限られるものではなく、各種の液体中の微粒子を計数する装置においても広く適用することができる。

この発明の液体中の微粒子計数装置としてのマイクロ血球計数装置の測定部におけるチップ構成を示す斜視図である。前記測定部の要部の一例を拡大して示す平面図である。前記測定部の要部の他の例を拡大して示す平面図である。従来技術を説明するための図である。

符号の説明

２流路２ａ上流側流路２ｂ下流側流路２ｃアパーチャ３液分割部５，６電極Ｓ液体試料

Claims

液体試料が上流側から下流側に向かって流れる流路の途中にアパーチャを形成し、このアパーチャより下流側の流路に２個の電極を設けるとともに、前記下流側の流路の前記アパーチャの近傍に、前記アパーチャより上流側の流路から当該アパーチャを経て流れてくる液体試料を前記２つの電極方向に分割する液分割部を設け、前記液体試料が前記アパーチャを通過するときに生ずるインピーダンス変化を前記両電極によって検出し、この検出結果に基づいて前記液体試料中に含まれる粒子数を計数するようにしたことを特徴とする液体中の微粒子計数装置。