JP4702182B2 - 光学分析用デバイス及び光学分析装置 - Google Patents

Description

本発明は、生物学的流体を光学的に分析する光学分析用デバイス及び光学分析装置に関するものであり、より詳細には、光学的分析装置で生物学的流体の成分測定に使用する分析用デバイスにおけるチャンバの構造と液体サンプルの移送手段に関する。

従来、液体サンプルとして血液をその内部に収集した分析用ディスクを用い、この分析用ディスクを軸心周りに回転させながら、光ディスク装置の光学スキャン技術を用いて、血液の特性を分析する分析装置がある（例えば、特許文献１参照）。

図１７の分解斜視図に示すように、この分析用ディスク１００は、同心円状または螺旋状のトラック１０１が存在するベース基板１１７と、血液が収集され移送の行われる流路となる溝を形成したスペーサ基板１１８と、これらの上部に、血液の注入口や空気口を形成した上カバー１１９を貼り合わせて構成されている。

図１８の平面図は、上記分析用ディスク１００に設けられた流路のうちの一つを拡大して示したものである。分析用ディスク１００は、一定量の血液を収集し、血液を血球成分と血漿成分に分離する第１のチャンバ２００と、第１のチャンバ２００に対して軸心より外側に配置され、第１のチャンバ２００にて分離された血漿成分が移送される第２のチャンバ２０１と、第１のチャンバ２００と第２のチャンバ２０１とを連結するキャピラリ２０２とを有している。

このような分析用ディスクを用いた分析動作としては、ピペットなどで血液２０８を第１のチャンバ２００に形成した注入口２０４より充填し、第１のチャンバ２００内に血液を収集した状態で、分析用ディスク１００を回転させる。すると血液は、キャピラリ２０２の頂点２０２ａを越えることのない状態、すなわち、第１のチャンバ２００に保持された状態で遠心分離が行われる。

遠心分離後、分析用ディスク１００の回転を停止させると、遠心分離された血漿成分が毛細管作用によってキャピラリの頂点２０２ａを越え、第２のチャンバ２０１の入り口まで移送される。

そして、再度、分析用ディスク１００を回転させると、遠心力および毛細管作用力により、分離された血漿成分が第１のチャンバ２００から第２のチャンバ２０１へ移送される。第２のチャンバ２０１には、血漿中の分析したい特定の物質と反応して呈色する試薬を保持させることができる。試薬を塗布する方法としては、上カバー１１９をスペーサ基板１１８の上部に貼り付ける前に、上カバー１１９の第２のチャンバ２０１部へ、試薬を滴下し乾燥させることにより行う。乾燥された試薬が上カバー１１９の第２チャンバの壁面に均一に塗布された後、上カバー１１９をスペーサ基板１１８の上部に貼り付ける。

第２のチャンバ２０１に移送が完了して呈色反応が生じた後、分析用ディスク１００を回転させながら、その内周から外周、あるいは外周から内周に向かって、上記のトラック１０１に沿って光を照射することで、第２のチャンバ２０１を走査する。そして第２のチャンバ２０１から得られる透過光を検出することで、上記の試薬と反応した血漿成分中の特定の物質の量を検出することができる。

なお、第２のチャンバに保持させる試薬の種類を変えることで、血漿成分中の他の物質の分析も可能であり、また、透過光だけでなく反射光を用いて検出することも可能となる。さらに上記の流路は、第１から第２のチャンバのみで構成された例を挙げたが、これに限らず、さらには、もっと多くのチャンバを第２のチャンバ以降に連結して設けるように構成されることもある。
特表平１０―５０４３９７号公報

ところで、上記のような光学分析装置においては、第１のチャンバ２００にて遠心分離された血漿成分が、第２のチャンバ２０１での分析に必要な所定量だけ、キャピラリ２０２を通じて確実に移送されなければならない。

しかしながら、上記従来の分析装置においては、前記分析ディスクの小型化のため、第１のチャンバ２００の厚みを可能な限り、部分的に少しでも薄くしたいのであるが、第１のチャンバ２００の厚みとキャピラリ２０２の厚みとの差が少なくなり、第１のチャンバ２００とキャピラリ２０２との間に生じる毛細管力が小さくなり、血漿成分を移送するための十分な推進力が得られず、必要な量の血液成分を第２のチャンバ２０１へ移送できないという問題があった。

又、第１のチャンバ２０１が分離用チャンバでなく、単に試薬が塗布されたチャンバである場合、注入もしくは移送されてきた血液と混ざり合い、試薬が血液に溶解される時に、どうしてもチャンバ内の隅部（端部）に試薬が偏りむらができる。これは、滴下された試薬が乾燥される時に、どうしても試薬が第１のチャンバ２０１の壁面の隅部（端部）に偏るため、注入溶液との溶解時に、チャンバ内の隅部（端部）での反応液の濃度が高くなり、均一にならないという課題があった。

これを防止するため、チャンバ内の隅部（端部）の領域が少なくなるように、第１のチャンバ２００の厚みをできるだけ薄くしたいのであるが、血液を第２のチャンバ２０１へ移送するための十分な移送推進力が得られないがために、この移送推進力を利用した確実な攪拌が不十分なので、たとえ第２のチャンバ２０１へ移送されたとしても、以降のチャンバにおける反応を阻害してしまい、精度の高い分析ができないという問題があった。

そこで本発明は、上記課題を解決するものであり、たとえ、チャンバの厚みが薄い場合においても、確実に溶液を移送できるような移送推進力が得られるようにするとともに、試薬が均一に溶解できる光学分析装置の光学分析用デバイスを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の光学分析用デバイスは、内部に設けられたチャンバに収容される液体サンプルに照射される光に基づいて前記液体サンプルが発する光を分析して前記液体サンプルを分析する光学分析用デバイスにおいて、前記光学分析用デバイスの回転軸周りに配置され、前記液体サンプルを注入可能に構成された第１チャンバと、前記第１チャンバに比して前記回転軸に対して外側に配置され、前記第１チャンバとキャピラリで連結され、前記キャピラリを通じて前記第１チャンバに注入された液体サンプルを受入可能に構成された第２チャンバと、を備え、前記第１チャンバが、前記液体サンプルの流路の上流側に前記キャピラリより前記回転軸に平行する方向の長さが長い空間を有する第１領域と、前記キャピラリとの連結部側に前記回転軸に平行する方向の長さが前記キャピラリより長く、かつ、前記第１領域よりも前記回転軸に平行する方向の長さが短い空間を有する第２領域と、を有する、ことを特徴とする。

また、本発明は、前記第１チャンバにおける、前記第１領域と前記第２領域とにおいて、前記回転軸に平行する方向の長さの差が、５０μｍ以上２ｍｍ以下であることを特徴とする。

また、本発明は、前記第１チャンバにおいて、前記第１領域の容積が、前記キャピラリの容積以上であることを特徴とする。

また、本発明は、前記第１チャンバにおいて、前記第２領域を形成する壁面に液体サンプルと反応する試薬が塗布されていることを特徴とする。
また、本発明は、前記第２領域は、２枚の基板を貼りあわせて形成され、液体サンプルが流入する方向に垂直方向の基板の断面形状が、凹形状を有することを特徴とする。

また、本発明は、前記凹形状が半円形状をなし、前記第２領域が半円筒形の壁面を備えてなることを特徴とする。

また、本発明は、前記第２領域において、その凹形状を有する基板の表面の少なくとも一部にすりガラス状の凹凸部を有し、前記凹凸部における高低差が、０．０１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることを特徴とする。

また、本発明は、前記第２領域において、その凹形状を有する基板の表面に、２つ以上の溝を有することを特徴とする。

また、本発明は、前記第２領域において、その凹形状を有する基板の表面に、液体サンプルの流れに実質的に平行な２つ以上の溝を有することを特徴とする。

また、本発明は、前記第２領域において、前記実質的に平行な溝は、２ｍｍ以下の間隔で、１ｍｍ以下で、溝の深さは、０．０５ｍｍ以上１ｍｍ以下であることを特徴とする。

また、本発明は、前記第２領域において、液体サンプルが流入する方向の基板の断面形状が、下流側で半円形状もしくは半楕円形状を有することを特徴とする。

また、本発明は、前記光学分析用デバイスが分析装置から着脱可能な試験片であり、この試験片に前記キャピラリ及び前記チャンバが設けられていることを特徴とする。

また、前記光学分析用デバイスが装着される分析装置であって、前記分析用デバイスを軸心周りに回転させる回転駆動手段を備え、第１チャンバに液体サンプルが収容された前記光学分析用デバイスの回転を停止することで前記液体サンプルの血漿成分をキャピラリまで移送し、再び回転することで前記液体サンプルの血漿成分を第２チャンバまで移送させることを特徴とする。

以上のような本発明の光学分析用デバイスによれば、第１のチャンバ２００の厚みが薄い場合、第１のチャンバ２００の厚みとキャピラリ２０２との厚みの差が少ないがために、必要量の溶液を確実に第２のチャンバへ移送できるような十分な毛細管力を発生できないことや、毛細管力が不十分なため、チャンバ内で試薬との均一な攪拌ができないという問題に対して、補助的に推進移送力を発せさせることができるので、確実な移送ができる。

また、溶液の移送を確実に行うための十分な推進力が得られるので、移送時に、攪拌作用が生じ、試薬との均一な攪拌ができるようになり、以降の分析制度を向上させることができるという効果がある。

また、滴下された試薬が乾燥される時に、試薬が第１のチャンバ２０１の壁面の隅部（端部）に偏ることなく均一に塗布できるので、溶液との混合時に、均一な攪拌ができる効果もある。

以下に、本発明の光学分析用デバイスについて、その実施の形態を図面とともに詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１に本発明の実施の形態１における分析装置の構成図を示す。この分析装置の下部には、分析用デバイス１００に光を照射する光ピックアップ１０４、光ピックアップ１０４を分析用デバイスの径方向に移動させるためのトラバースモーター１０５、分析用デバイス１００を回転駆動させるためのスピンドルモーター１０６を配置している。これらは、光ピックアップ１０４で得たトラック１０１を読み取った情報を信号処理回路１０８にて演算して、ＣＰＵ１０９、サーボコントロール回路１０７を通じて駆動される。

分析装置の上部には、光ピックアップ１０４から照射されたレーザー光のうち、分析用デバイス１００を通過した透過光１０２を検出する光検出器１０３が配置されている。

光検出器１０３で検出した信号は、Ａ／Ｄ変換器１１１によりＡ／Ｄ変換され、Ａ／Ｄ変換されたデータは信号処理回路１１５により信号処理され、液体サンプル、例えば血液中の特定物質の濃度や量のほか、分析の目的に応じて、物質の形状、大きさなどを演算する。メモリー１１２は、信号処理回路１１５により算出された値を特定物質の濃度などの値に変換するテーブルを保持していたり、得られた濃度などの値を記憶したりする。得られた分析値は、表示部１２０に出力されるが、これらはＣＰＵ１１４にて制御が行われる。

さて、本実施の形態においては、図１７に示した構造の分析用デバイスを用いるが、その流路の構造は、図１８で示したものとは異なり、図２に示すような流路構造を持つ光学分析用デバイスを例に挙げ説明する。

図２に示す流路構造は、善玉コレステロール、いわゆるＨＤＬ−Ｃを測定するためのものである。

具体的な構造は、液体サンプルを注入する注入口２０４を有する第１のチャンバ２００と、第１のチャンバ２００とキャピラリ２０２で連結された第２のチャンバ２０１と、第２のチャンバ２０１とキャピラリ２０５で連結された第３のチャンバ２０３と、さらに、第３のチャンバ２０３とキャピラリ２０７で連結された第４のチャンバ２０６とから構成されている。なお、第３のチャンバ２０３、第４のチャンバ２０６には、ＨＤＬ−Ｃの分析に必要な試薬が塗布されている。

以下に、ＨＤＬ−Ｃを分析する流れに沿って、本実施の形態における分析装置が高精度に分析を行う基本的な動作を説明する。

まず、分析用デバイス１００の注入口２０４より血液２０８を注入し、血液で第１のチャンバ２００を満たした状態の分析用デバイス１００を分析装置に装着し、従来の光デバイス装置で行われるスピンアップ処理を行う。

この後、血液を血漿成分３００と血球成分３０１とに分離する遠心分離処理を行う。遠心分離処理は、例えば、４０００〜６０００ｒｐｍの回転数で、２〜３分の間、分析用デバイス１００を回転させる。

所定の時間が経過した後、分析用デバイス１００の回転を停止すると、第１のチャンバ２００内で分離された血漿成分３００がキャピラリ２０２を通じて移送され、第２のチャンバ２０１の入り口まで進む。そこで再び分析用デバイス１００を１０００〜３０００ｒｐｍの回転数で回転させると、血漿成分が第２のチャンバ２０１に流入して、第２のチャンバ２０１を血漿成分３００で充たす。この第２のチャンバ２０１の容積は、第１のチャンバ２００において分離される血漿成分の容積よりも小さく設計されている。このため、第２のチャンバ２０１は血漿成分で充たすので、血漿成分の量を計量（定量）することができる（図３）。

再度、分析用デバイスの回転を止めると、第２のチャンバ２０１の内周側に保持された上澄みの血漿成分３００が第２のチャンバ２０１からキャピラリ２０５に流れ、第３のチャンバ２０３の入り口まで進行する。そこで再度、１０００〜６０００ｒｐｍの回転数で分析デバイス１００を回転させると、血漿成分３００がキャピラリ２０５から第３のチャンバ２０３に移送され、第３のチャンバ２０３を充たす。

第３のチャンバ２０３では、チャンバ内に予め配置された試薬と移送された血漿成分が反応する。第３のチャンバ２０３には、血漿成分３００中のＨＤＬ−Ｃ以外のコレステロール成分と凝集反応を生じる試薬を配置することができる。このような凝集試薬を配置する理由は、後の分析において、ＨＤＬ−Ｃの光学的な分析を阻害するＨＤＬ−Ｃ以外のコレステロール成分を取り除くためである。一定時間、分析用デバイスの回転を停止もしくは低回転させておくと、図５に示すように、第３のチャンバ２０３中に凝集物３０３が生成する。

一定時間の経過後、再び分析用デバイスを、３０００〜６０００ｒｐｍの回転数で３〜１０分程度、回転させることにより、図６のように生成した凝集物をデバイスの外周方向に移動させ、凝集物３０３の遠心分離を行う。

上述した移送方法にならって、凝集物３０３を除いた血漿成分３０３を第４のチャンバ２０６に移送する（図７）。第４のチャンバには、ＨＤＬ−Ｃと反応して呈色反応を生じる試薬３０４を予め保持させており、 光ピックアップ１０４、光検出器１０３を第４のチャンバ２０６に移動させ、光ピックアップ１０４からレーザーを照射し光検出器１０３で透過光を検出し、吸光度測定を行う。

メモリー１１２は、 吸光度とＨＤＬ−Ｃ濃度とを関係付けるテーブルを記憶しており、分析装置は、検出した吸光度に対応するＨＤＬ−Ｃ濃度を読み出して表示部１２０に出力する。

ここで、上記一連のＨＤＬ−Ｃ濃度測定において、本実施の形態の特徴的な構成について、具体的に説明する。本実施の形態では、第２のチャンバ２０１内で、確実に移送を行うための十分な移送推進力を発生させることを特徴とする。

この液体を移送できる十分な毛細管力とはどういうものかについて、図１１で説明する。

図１１は、第２チャンバ２０１へ血漿が移送され、血漿成分で充たされたときの第２チャンバ２０１を表した平面図である。分析用デバイスの回転を止めたとき、第２のチャンバ２０１の内周側に保持された上澄みの血漿成分３００が第２のチャンバ２０１からキャピラリ２０５に流れ、第３のチャンバ２０３の入り口４１２まで進行する。

この場合、血漿成分は、必ずしも第３のチャンバ２０３の入り口４１２まで到達する必要はなく、第２チャンバの最外周面４１３から、第３のチャンバ２０３の入り口４１２までの領域４１１の範囲内に進行していれば、再度、１０００〜６０００ｒｐｍの回転数で分析デバイス１００を回転させたときに、血漿成分３００がキャピラリ２０５から第３のチャンバ２０３に移送され、第３のチャンバ２０３を充たすことができる。

従って、分析用デバイスの回転を止めたときに、第２のチャンバ２０１の血漿成分３００が、少なくとも、第２チャンバの最外周面４１３を超えて領域４１１の範囲内まで確実に進行できるだけの移送推進力が必要になってくる。

図８は、本実施の形態における第２のチャンバ２０１を拡大したもので、図１１の線Ａ―Ａ‘の断面図である。図８においては、血漿が第２チャンバ２０１に移送される前の状態を表している。第２のチャンバ２０１は、その上流側に少なくとも前記キャピラリ２０５よりも厚みの大きい第１の領域４０１と、前記キャピラリ２０５が連結された側に、前記キャピラリ２０５以上の厚みで、かつ、前記第１の領域４０１よりも厚みの小さい第２の領域４０２とを備えている。即ち、第２チャンバ２０１の軸心方向の厚みが、下流であるキャピラリ２０５に近い側が、浅くなるように段差を設けており、その中に液体が流入されるように空洞４１７になっている。

次に、寸法関係について説明する。第１の領域４０１の軸心方向の寸法４０６は約６００μｍであり、第２の領域４０２の軸心方向の寸法４０７の寸法は約２００μｍである。キャピラリ２０５の軸心方向の寸法４０３は約１００μｍであり、キャピラリ２０５の軸心方向の寸法４０３は約５０μｍである。又、第１の領域４０１の移送方向（トラック方向）の寸法４０８は、約２ｍｍであり、第２の領域４０２の移送方向（トラック方向）の寸法４０９は約８ｍｍ、としている。

従って、このような厚みの寸法にすることにより、液体を流入させたとき、第２チャンバ２０２の第２の領域４０２とキャピラリ２０５との寸法の差により発生する毛細管力４１８に加えて、同一チャンバ２０１内でも、第１の領域４０１と第２の領域４０２との寸法の差による毛細管力（毛細管現象により生ずる力）４１０が発生するため、より強力的な移送推進力を発生することができる。図９は、分析用デバイス１００を１０００〜３０００ｒｐｍの回転数で回転させた時に、第２チャンバ２０１が血漿成分で充たされている様子を表したものである。

第２のチャンバ２０１で、チャンバ内に予め配置された試薬と移送された血漿成分が反応した後、再度、分析用デバイスの回転を止めると、第２のチャンバ２０１の内周側に保持された上澄みの血漿成分３００が第２のチャンバ２０１からキャピラリ２０５に流れ、第３のチャンバ２０３の入り口まで進行する。

この時、この血漿成分４０５に作用する毛細管力４１０が、図１０のように、第２チャンバ２０１内で、第１の領域４０１と第２の領域４０２との間に、矢印の方向に作用し、移送推進力となる。この移送推進力は、第２の領域４０２とキャピラリ２０５との間に作用する毛細管力４１８を強める作用を発生させるため、血漿成分４０５はキャピラリ２０５へ確実に吸い上げられる。

つまり、この毛細管力４１０によって、分析用デバイスの回転を止めたときに、第２のチャンバ２０１の血漿成分３００がキャピラリ２０５に流れ、確実に、第２チャンバの最外周面４１３を超えて領域４１１の範囲内まで進行できるだけの十分な毛細管力を発生させることができるのである。

次に、第１の領域４０１の容積について簡単に説明する。分析用デバイスの停止されると、血漿成分３００は、キャピラリ２０５に流れ込むのであるが、分析デバイスの回転時
（停止前）に血漿成分が満たされていなかった第２の領域４０２の内周側の領域にも、この移送推進力によって流れ込む(図示せず)。そのため、分析用デバイスの回転時の第１の領域４０１に満たされている血漿成分の体積は、分析用デバイスの回転時（停止前）に血漿成分が満たされていなかった第２の領域４０２の内周側の領域へ流入した体積と、第２チャンバの最外周面４１３まで進行したキャピラリ２０５内の血漿成分３００の体積との和より多ければよい。言い換えると、前記第１領域の容積は、上記条件を満足できる容量の大きさであればよく、少なくとも前記キャピラリの容積以上あることが望ましい。しかしながら、前記第１領域の容積が上記条件より少ない容量の場合には、分析用デバイスの停止時に、血漿成分３００がキャピラリ２０５における第２チャンバの最外周面４１３まで進行できないことになるので、分析用デバイスの再回転によっても、結果、第３のチャンバ２０３へ移送できないことになる。

なお、本実施例では、第１の領域４０１の軸心方向の寸法４０６と第２の領域４０２の軸心方向の寸法４０７の寸法との差を約４００μｍにすることにより移送推進力を発生させているが、本分析用デバイスの厚みの構造上、この寸法差は、５０μｍ以上２ｍｍ以下（好ましくは、３００μｍ以上５００μｍ以下）であれば、充分な毛細管力を発生することができ、第２のチャンバ２０１の血漿成分３００を、確実に、キャピラリ２０５を通じて第３のチャンバ２０３へ移送させることができる。

また、寸法差が５０μｍ以下では、第２のチャンバ２０１の血漿成分３００を、キャピラリ２０５を通じて第３のチャンバ２０３へ移送させるだけの充分な毛細管力が発生しないため、移送推進力の発生という観点からみると、実験ではあまり効果が得られなかった。

また、理論上は、２ｍｍより大きい寸法差にすることは可能ではあるが、分析用デバイス自体の厚みをできるかぎり薄くし、血漿成分３００もできる限り少量の利用で測定できる小型の分析用デバイスの方が、測定時間の削減やコストの面でも有利になる。従って、２ｍｍより大きい寸法差のチャンバを有する分析用デバイスはあまり現実的ではない。さらに、光ディスク装置の光ディスクをそのまま分析用デバイスのベース基板として利用し、上カバーに２ｍｍより大きい寸法差のチャンバを有する場合には、上カバーの厚みは、その肉厚を薄めに考慮しても約３〜４ｍｍを超えるようになり、分析デバイス自体の厚みも、約５ｍｍを超えるようなものになるので、現実的でないことは明白である。

なお、発生する毛細管力は、キャピラリとチャンバのそれぞれの内壁の表面処理によっても多少影響され、親水性が高いほど毛細管力は高くなり、チャンバのキャピラリの断面形状によっても多少影響される。

本実施例では、光学分析用デバイスの外観の形状は、利便的には円形デバイスであるが、回転可能なデバイスであれば円形デバイスに限らず、矩形や楕円形等あらゆる形状のものを含む。

また、本実施例では、光学分析装置は、図１に示すように、光ディスク装置の光学スキャン技術を応用した分析装置と、回転及び信号の読み取りを制御するための情報領域（トラック情報やアドレス情報）を有する光学分析デバイスとしたが、必ずしも、その必要はない。光学分析用デバイスの構造は、回転及び信号の読み取りを制御するための情報領域（トラック情報やアドレス情報）を有さない着脱可能に構成された試験片（パネル状）であってもよく、分析装置の回転可能なプレート（図示せず）に、この試験片を直接取り付けることができるような構造にしてもよい。

また、本実施例では、注入口２０４は、第１のチャンバ２００の表面上部に設けられているが、前記注入口は、試験片が回転する中心側の端面に形成（図示せず）することにより、点着後、試験中に液体サンプルを遠心力によって試薬側へ確実に移送及び停留させるようにしてもよい。

以上のように、本実施の形態１によれば、チャンバからチャンバへ移送を行う場合に、分析に必要な量が確実に移送することができ、以降のＨＤＬ−Ｃの分析精度の信頼性を向上することができる。

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２として、第２のチャンバ２０１に保持させた分析に必要な試薬が均一にむらなく溶解できる例について説明する。本実施の形態２において用いる光学分析装置および分析用デバイスの構成は、上記の実施の形態１で説明した構成と同様である。実施の形態１と異なる点は、分析用デバイスの第２のチャンバ２０１にも、ＨＤＬ−Ｃ以外の成分を沈殿させる（血球成分を溶血させる試薬を含む）試薬を予め保持させている点が異なる。以下、この異なる点を中心に、本実施の形態の分析装置の動作を説明する。

図４は、血漿成分が第２チャンバに移送された時の様子を表したもので、第２チャンバに塗布されている試薬と反応することになる。

図１２は、本実施の形態における第２のチャンバ２０１を拡大したものであり、図１１の線Ａ―Ａ‘の断面図である。第１の領域４０１よりも厚みの小さい第２の領域４０２の領域の内壁に、滴下された試薬４１４を乾燥することにより、試薬４１４が塗布されている。これは、試薬４１４を第１の領域４０１にも担持することは可能ではあるが、後述にも記載しているように、滴下された試薬４１４が乾燥される時に、どうしても試薬がその表面張力により隅部に集まるという特性により、血漿成分との溶解時に均一性に欠けることになるので、その対策として、実施例では隅部の領域が浅くて狭い第２の領域４０２の領域の内壁に試薬４１４を担持する方が望ましい。

ここで、第２のチャンバ２０１の壁面の形状によって、どれだけ反応に影響するのかを、次のような方法で実験をした。

第２のチャンバ２０１の壁面を所定の形状に加工を施し、このチャンバ２０１に沈澱試薬（りんタングステン酸ナトリウム＆塩化マグネシウム）を塗布・乾燥後、血漿成分を移送させ、沈澱試薬との反応により非ＨＤＬ−Ｃ成分を沈澱させた後、上静内に非ＨＤＬ−Ｃ成分がどれだけ含まれているかを測定することにより実施した。

各種壁面（内面）の形状に関しては、図１６ａ〜ｄのように、未加工の壁面、すりガラス状の壁面、５本の溝を設けた壁面、１０本の溝を設けた壁面、中央に窪みを設けた壁面、それぞれ５つのタイプを用いた。図２０は、これら５つのタイプの壁面ごとに、沈澱試薬との反応が確実に行われているかどうかを、沈澱すべき非ＨＤＬ−Ｃ成分（ＬＤＬ）を測定することにより行った結果であり、実験結果１および実験結果２は、サンプル液の濃度を変えた２種類の元サンプルで実験した結果である。

各種壁面の形状に加工を施されたチャンバでは、沈殿生成後、上静を回収、自動分析装置「日立７０２０」を使い、ＴＣ濃度、ＬＤＬ濃度を測定した。

実験結果１では、未加工の壁面では、１０３ｍｇ/ｄｌの元サンプルの非―ＨＤＬ成分の代表としてＬＤＬに着目して目安にすると、沈澱反応処理によっても沈澱されていないＬＤＬが、３ｍｇ/ｄｌ存在する。これに対して、すりガラス状の壁面、５本の溝を設けた壁面、１０本の溝を設けた壁面、中央に窪みを設けた壁面では、沈澱反応処理によっても沈澱されていないＬＤＬは、０ｍｇ/ｄｌとなっている。

また、実験結果２では、未加工の壁面では、１８３ｍｇ/ｄｌの元サンプルの非―ＨＤＬ成分の代表としてＬＤＬに着目すると、沈澱反応処理によっても沈澱されていないＬＤＬが、５ｍｇ/ｄｌ存在する。これに対して、沈澱反応処理によっても沈澱されていないＬＤＬは、すりガラス状の壁面では２ｍｇ/ｄｌ、５本の溝を設けた壁面では３ｍｇ/ｄｌ、１０本の溝を設けた壁面では１ｍｇ/ｄｌ、中央に窪みを設けた壁面では、０ｍｇ/ｄｌとそれぞれなっている。

この実験結果からわかるように、第２のチャンバ２０１の壁面に何も加工を施さない従来例に比べて、沈澱反応処理によっても沈澱されていない、非―ＨＤＬ成分のＬＤＬの濃度は低濃度に抑えられたことを示す。

これは、壁面に何も加工を施さないよりも、所定の加工を施した方が、非ＨＤＬ成分と沈澱試薬との反応が確実に促進するということがわかる。

なお血漿成分を沈澱試薬で反応させたものを、あらかじめ自動分析機で検定したものをリファレンスとした。

次に寸法について、説明する。

図１３は、本実施の形態における第２のチャンバ２０１を拡大したものであり、図１１の線Ｂ―Ｂ‘の断面図である。図１３では、試薬を塗布する内壁１２０の形状は半円状にするため、上カバー１１９を半円状にカットした形状にしており、第２の領域は、少なくとも２枚の基板の貼りあわせにより構成されている。図１９は、壁面に何も加工を施さない形状のもので、内壁１２０の形状がほぼ直線状になっている従来技術の１つの形状であり、図１１の線Ｂ―Ｂ‘の断面図である。

しかしながら、このような形状の場合は、チャンバ内において、どうしても上カバー１１９の壁面１２０に隅部（角部）４１６が生じることになる。この場合、図２１からもわかるように、滴下された試薬４１４が乾燥される時に、どうしても試薬が第１のチャンバ２０１の壁面の端から約１〜１．５ｍｍの領域に試薬が表面張力により集まり、そのまま乾燥されるので、第１のチャンバ２０１の壁面の隅部（端部）に試薬が偏る。そのため、第２のチャンバ２０１内で、注入もしくは移送されてきた血漿成分との溶解時に、どうしてもチャンバ内の隅部（端部）の領域に試薬が偏りむらが生じるため、チャンバ内において、隅部（端部）では反応液の濃度が高くなり、中央部では反応液の濃度が低くなることになる。

これが、チャンバ内で濃度が均一にならないという問題を発生させ、試薬との均一な反応ができないという主な要因であった。これを防ぐため、図１３及び図１６ｄに示すように、チャンバ内の隅部（端部）の領域が少なくなるように、内壁１２０の形状の中央部が凹むように円形状の窪みを設けたものであるが、隅部（端）に塗布乾燥された試薬のむらを抑えること可能なのがわかる。中央の凹みの深さは、チャンバの大きさや分析デバイスの厚みにも制約されるが、壁面の隅部に丸みをもたせるため、本実施例では、約０．５ｍｍとしている。

図１４および図１６ａは、第２のチャンバ２０１における、第２の領域４０２の断面図の他の実施例の形状である。試薬を塗布する内壁１２０の形状は半円状（または直線状）であり、図１３（または図１９）と同じであるが、その凹形状を有する基板の表面に、液体サンプルの流れに平行な溝を５本有している。

本実施例では、約１ｍｍの間隔で、約０．５ｍｍ幅の溝を設け、溝の深さは約０．５ｍｍとした。このような構造にすることにより、図２１ｂのように、試薬を塗布・乾燥すると、第２のチャンバ２０１の壁面の隅部（端部）だけに試薬が偏ることなく、内壁１２０面全体の溝部にも試薬が集まって塗布・乾燥できる。そのため、注入もしくは移送されてきた血漿成分との溶解時に、チャンバ内の隅部（端部）の領域だけに試薬が偏ることのよるむらが生じるのを防止できるため、チャンバ内での濃度が均一性が向上することができる。

図１６ｂは、１０本の溝を設けた壁面であるが、試薬を塗布乾燥した時の試薬の塗布状態は、５本の溝を設けた壁面を示す図２１ｂと比べて、塗布状態のピッチ間隔はさらに短くなるので、よりチャンバ内での均一性を向上できる。

溝の深さは、チャンバの大きさや分析デバイスの厚みにも制約されるが、本実施例では、凹凸部における高低差は、約０．５ｍｍとしているが、好ましくは、０．０５ｍｍ以上１ｍｍ以下であり、０．０５ｍｍ未満の寸法では、壁面に試薬を均一に塗布、乾燥させることが不十分なので、あまり効果が得られなかった。

又、１ｍｍより大きい高低差の溝を有するチャンバでは、滴下された試薬４１４が乾燥される時に、高低差による隅部の領域が多くなるため、各溝の隅部の領域に試薬が表面張力により集まり試薬が偏るので、試薬の濃淡の差が各溝ごとに大きくなり、あまりよい効果が得られなかった。また、理論上は、１ｍｍより大きい高低差にすることは可能ではあるが、分析用デバイス自体の厚みをできるかぎり薄くしたいので、１ｍｍより大きい高低差のチャンバを有する分析用デバイスはあまり現実的ではない。

又、溝の幅と間隔も、チャンバの大きさや分析デバイスの厚みにも制約されるが、溝の間隔は約１ｍｍで、溝の幅は約０．５ｍｍとしているが、好ましくは、溝の間隔は約２ｍｍ以下、溝の幅は１ｍｍ以下であり、溝の間隔を約２ｍｍより広くしたり、溝の幅を１ｍｍより広くすると、溝の数が少なくなるので、あまり効果が得られなかった。

図１６ｃは、壁面１２０に、すりガラス状の壁面を形成したもので、この凹凸部における高低差は、０．２ｍｍとしている。チャンバの大きさや分析デバイスの厚みにも制約されるが、壁面の隅部に丸みをもたせるため、本実施例では、凹凸部における高低差は、約０．２ｍｍとしているが、好ましくは、０．０１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であり、０．０１ｍｍ未満の寸法では、壁面に試薬を均一に塗布、乾燥させることが不十分なので、あまり効果が得られなかった。

又、０．５ｍｍより大きい高低差の溝を有するチャンバでは、滴下された試薬４１４が乾燥される時に、高低差による隅部の領域が多くなるため、すりガラス状の凹凸部の各隅部に試薬が表面張力により集まるが、その試薬の濃淡の差が一定でなく、あまりよい効果が得られなかった。また、理論上は、０．５ｍｍより大きい高低差にすることは可能ではあるが、分析用デバイス自体の厚みをできるかぎり薄くしたいので、０．５ｍｍより大きい高低差のチャンバを有する分析用デバイスは、あまり好ましくなく、すりガラス状の壁面の製造加工も難しくなるので現実的ではない。

このような構造にすることにより、試薬を塗布乾燥した時の試薬の塗布状態を、内壁１２０の形状が直線状である従来の壁面形状（図１９及及び図２１ａ）と比べて、壁面全体に試薬が塗布できるので（図示せず）、チャンバ内での均一性を向上できる。これは、試薬の隅部（側壁面）への偏りむらが生じるのを防止することができる。

図１５は、第２のチャンバ２０１の断面図の他の実施例の形状であり、本実施の形態における第２のチャンバ２０１を拡大したものであり、図１１の線ＡーＡ‘の断面図である。液体サンプルが流出する側の断面形状４１５が、少なくとも半円形状もしくは半楕円形状を有するものである。これは、試薬を塗布する壁面１２０を半円球形状にするだけでなく、第２チャンバ２０１の下流側の壁面も液体サンプルの移送方向に半円形状もしくは半楕円形状にしている。

このような構造にすることにより、第２のチャンバ２０１の液体サンプルが流出する壁面とカバーデバイスとの間に生じる隅部（角部）を無くすことができるので、滴下された試薬４１４が乾燥される時に、この隅部（角部）への試薬の偏りによるむらが生じるのを低減することができる。これは、注入溶液との溶解時に、チャンバ内の隅部（端部）での反応液の濃度が高くなるのを防ぎ、均一性を向上できる効果がある。

上述のように、第２チャンバ２０１が上記いずれの構造においても、滴下された試薬４１４が乾燥される時に、試薬が壁面１２０の壁面４１５、４１６付近に偏ることによるむらができるのを防止できるので、注入もしくは移送されてきた血漿成分との試薬の溶解時に、試薬を前記空洞部分全体に拡散させ、反応液の濃度を均一にすることができる。

なお本発明は、以上の実施の形態１、２において説明した第２チャンバ２０１の構造に限らず、チャンバの個数は分析の目的に合わせて構成すればよく、２つ以上のチャンバがあれば、本発明を実施することが可能となる。

本発明にかかる分析装置は、液体サンプルを回転可能なデバイスに収集し、少なくとも第１のチャンバにて遠心分離を行ってから第２のチャンバにて液体サンプル中の特定物質について分析をおこなう装置に適用することができ、医療分野に限らず、環境分野などの分析装置においても適用できる。

本発明の実施の形態１における光学分析用デバイスの構成図 本発明の実施の形態１における光学分析用デバイスの要部平面図 本発明の実施の形態１における光学分析用デバイスの要部平面図 本発明の実施の形態１における光学分析用デバイスの要部平面図 本発明の実施の形態１における光学分析用デバイスの要部平面図 本発明の実施の形態１における光学分析用デバイスの要部平面図 本発明の実施の形態１における光学分析用デバイスの要部平面図 本発明の実施の形態１における光学分析用デバイスの要部平面図 本発明の実施の形態１における光学分析用デバイスの要部平面図 本発明の実施の形態１における光学分析用デバイスの要部平面図 本発明の実施の形態１、２における光学分析用デバイスの要部平面図 本発明の実施の形態２における光学分析用デバイスの要部平面図 本発明の実施の形態２における光学分析用デバイスの要部断面図 本発明の実施の形態２における光学分析用デバイスの要部断面図 本発明の実施の形態２における光学分析用デバイスの要部断面図 本発明の実施の形態２における光学分析用デバイス（溝を５本形成）の要部断面図 本発明の実施の形態２における光学分析用デバイス（溝を１０本形成）の要部断面図 本発明の実施の形態２における光学分析用デバイス（すりガラス状の凹凸部を形成）の要部断面図 本発明の実施の形態２における光学分析用デバイス（中央部に凹みを形成）の要部断面図 従来の光学分析用デバイスの分解斜視図 従来の光学分析用デバイスの要部平面図 従来の分析用デバイス（試薬塗布状態）の要部断面図 壁面に加工を施した場合における、非―ＨＤＬ成分（ＬＤＬ）と沈澱試薬との反応結果を示す図 従来の壁面（未加工）に試薬を塗布乾燥した場合の試薬の乾燥塗布状態を示す図 溝を設けた壁面に試薬を塗布乾燥した場合の試薬の乾燥塗布状態を示す図

符号の説明

１００ 分析用デバイス（ディスク）
１０１ トラック
１０２ 透過光
１０３ 光検出器
１０４ 光ピックアップ
１０５ トラバースモーター
１０６ スピンドルモーター
１０７ サーボコントロール回路
１０８ 信号処理回路
１０９、１１４ ＣＰＵ
１１０ 調整回路
１１１ Ａ／Ｄ変換器
１１２ メモリー
１１５ 信号処理回路
１１７ ベース基板
１１８ スペーサ基板
１１９ 上カバー
１２０ 壁面
２００ 第１のチャンバ
２０２、２０５、２０７ キャピラリ
２０１ 第２のチャンバ
２０３ 第３のチャンバ
２０４ 注入口
２０６ 第４のチャンバ
２０８ 血液
３００、４０５ 血漿成分
３０１ 血球
３０３ 凝集物
３０４、４１４ 試薬
４００ 遠心力
４０１ 第１領域
４０２ 第２領域
４０３ サイフォンの厚み（キャピラリ２０５の軸心方向の寸法）
４０４ サイフォンの幅（キャピラリ２０５のトラック方向の寸法）
４０６ 第１領域の厚み（第１の領域４０１の軸心方向の寸法）
４０７ 第２領域の厚み（第２の領域４０２の軸心方向の寸法）
４０８ 第１領域の幅（第１の領域４０１の移送方向（トラック方向）の寸法）
４０９ 第２領域の幅（第２の領域４０２の移送方向（トラック方向）の寸法）
４１０ 毛細管力（移送推進力）
４１１ 領域
４１２ 第３チャンバの入口
４１３ 第２チャンバの最外周面
４１５ 壁面（側壁面、隅部）
４１６ 隅部（角部）
４１７ 空洞
４１８ 毛細管力
４２０ 溝幅
４２１ 第２のチャンバの半径方向の幅
４２２ 壁面に塗布された試薬と側壁面からの距離
４２３ 壁面の溝に塗布された試薬
４２４ 溝
４２５ すりガラス状の凹凸の壁面
４２６ 中央部が凹みのある壁面

Claims (13)

1. 内部に設けられたチャンバに収容される液体サンプルに照射される光に基づいて前記液体サンプルが発する光を分析して前記液体サンプルを分析する光学分析用デバイスにおいて、前記光学分析用デバイスの回転軸周りに配置され、前記液体サンプルを注入可能に構成された第１チャンバと、前記第１チャンバに比して前記回転軸に対して外側に配置され、前記第１チャンバとキャピラリで連結され、前記キャピラリを通じて前記第１チャンバに注入された液体サンプルを受入可能に構成された第２チャンバと、を備え、前記第１チャンバが、前記液体サンプルの流路の上流側に前記キャピラリより前記回転軸に平行する方向の長さが長い空間を有する第１領域と、前記キャピラリとの連結部側に前記回転軸に平行する方向の長さが前記キャピラリより長く、かつ、前記第１領域よりも前記回転軸に平行する方向の長さが短い空間を有する第２領域と、を有する、ことを特徴とする光学分析用デバイス。
2. 前記第１チャンバにおける、前記第１領域と前記第２領域とにおける前記回転軸に平行する方向の長さの差が、５０μｍ以上２ｍｍ以下である、ことを特徴とする請求項１に記載の光学分析用デバイス。
3. 前記第１チャンバにおいて、前記第１領域の容積が、前記キャピラリの容積以上である、ことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の光学分析用デバイス。
4. 前記第１チャンバにおいて、前記第２領域を形成する壁面に液体サンプルと反応する試薬が塗布されている、ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の光学分析用デバイス。
5. 前記第２領域は、２枚の基板を貼りあわせて形成され、液体サンプルが流入する方向に垂直方向の基板の断面形状が、凹形状を有する、ことを特徴とする請求項４に記載の光学分析用デバイス。
6. 前記断面形状が半円形状をなし、前記第２領域が半円筒状の壁面を備えてなる、ことを特徴とする請求項５に記載の光学分析用デバイス。
7. 前記第２領域において、その凹形状を有する基板の表面の少なくとも一部にすりガラス状の凹凸部を有し、前記凹凸部における高低差が、０．０１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下である、ことを特徴とする請求項５または請求項６のいずれかに記載の光学分析用デバイス。
8. 前記第２領域において、その凹形状を有する基板の表面に、２つ以上の溝を有する、ことを特徴とする請求項５乃至請求項７のいずれかに記載の光学分析用デバイス。
9. 前記溝は、液体サンプルの流れに実質的に平行な２つ以上の溝である、ことを特徴とする請求項８に記載の光学分析用デバイス。
10. 前記第２領域において、前記実質的に平行な溝は、２ｍｍ以下の間隔で、１ｍｍ幅以下で、溝の深さは、０．０５ｍｍ以上１ｍｍ以下である、ことを特徴とする請求項９に記載の光学分析用デバイス。
11. 前記第２領域において、液体サンプルが流入する方向の基板の断面形状が、下流側で半円形状もしくは半楕円形状を有する、ことを特徴とする請求項４乃至請求項１０のいずれかに記載の光学分析用デバイス。
12. 前記光学分析用デバイスは、光学分析装置から着脱可能に構成された試験片であり、この試験片に前記キャピラリ及び前記チャンバが設けられている、ことを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれかに記載の光学分析用デバイス。
13. 請求項１乃至請求項１２に記載の光学分析用デバイスが装着される分析装置であって、前記分析用デバイスを軸心周りに回転させる回転駆動手段を備え、第１チャンバに液体サンプルが収容された前記光学分析用デバイスの回転を停止することで前記液体サンプルの血漿成分をキャピラリまで移送し、再び回転することで前記液体サンプルの血漿成分を第２チャンバまで移送させる、ことを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれかに記載の光学分析用デバイスを用いた光学分析装置。