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WO2009125682A1 - 送液制御方法および送液制御システム - Google Patents

送液制御方法および送液制御システム Download PDF

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WO2009125682A1
WO2009125682A1 PCT/JP2009/056236 JP2009056236W WO2009125682A1 WO 2009125682 A1 WO2009125682 A1 WO 2009125682A1 JP 2009056236 W JP2009056236 W JP 2009056236W WO 2009125682 A1 WO2009125682 A1 WO 2009125682A1
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WO
WIPO (PCT)
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liquid
pressure
pressure loss
flow direction
changing portion
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP2009/056236
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English (en)
French (fr)
Inventor
昌弘 花房
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Arkray Inc
Original Assignee
Arkray Inc
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Publication date
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Priority to CN2009801123491A priority patent/CN101990640A/zh
Priority to US12/934,021 priority patent/US20110005605A1/en
Priority to JP2010507214A priority patent/JPWO2009125682A1/ja
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Definitions

  • the present invention relates to a liquid-feeding control method and a liquid-feeding control system capable of appropriately grasping the tip position of liquid to be fed in a fine channel.
  • the liquid is sent through the fine channel in, for example, a blood analyzer that analyzes a specific component in blood.
  • the blood analyzer analyzes the presence or concentration of a specific component by, for example, diluting blood, which is a sample, with a diluent, for example, at a predetermined magnification, then reacting the diluted blood with a reagent and detecting the coloration.
  • the blood analyzer performs blood cell counting of red blood cells, white blood cells, and the like based on fluctuations in electrical resistance when diluted blood passes through a narrow cross section. In order to perform these analyses, it is required to deliver a certain amount of blood or diluted solution and diluted blood as accurately as possible from one position to another position.
  • FIG. 15 shows an example of a conventional liquid feeding control system (for example, see Patent Document 1).
  • the liquid feeding control system shown in the figure includes an analyzer 91 and a cartridge 92.
  • the analyzer 91 can be loaded with a cartridge 92.
  • the cartridge 92 is formed with, for example, a fine channel 93 for feeding a liquid 98 such as blood and diluent to a resin main body, and a start tank 94A and an end tank 94B connected by the fine channel 93. .
  • a pump 96 is connected to the starting tank 94A through a pipe.
  • the pump 96 is accommodated in the analyzer 91 and generates a differential pressure before and after the liquid 98 by increasing the pressure on the upstream side of the liquid 98.
  • the analysis device 91 is provided with a CPU 97.
  • the tip position of the liquid 98 is detected as follows.
  • the cartridge 92 is provided with electrodes 95A, 95B, and 95C.
  • the electrode 95A is exposed to the start point tank 94A
  • the electrode 95C is exposed to the end point tank 94B
  • the electrode 95B is exposed to an appropriate position of the fine channel 93.
  • These electrodes 95A, 95B, and 95C are connected to the CPU 97 via wiring and connectors provided on the cartridge 92.
  • the differential pressure is generated by the pump 96, the liquid 98 is fed from the start tank 94A toward the end tank 94B.
  • the electrodes 95A and 95B become conductive.
  • the CPU 97 determines that the tip of the liquid 98 has reached the position of the electrode 95B.
  • the liquid 98 reaches the end point tank 94B.
  • the electrodes 95A and 95C are conducted, and the CPU 97 determines that the liquid 98 has reached the end point tank 94B. If the liquid feeding is temporarily stopped when the liquid 98 reaches the electrode 95B, a certain amount of the liquid 98 can be retained in the fine channel 93. Further, if it is known that the liquid 98 has reached the end point tank 94B, it is possible to avoid continuing unnecessary liquid feeding thereafter.
  • a reflective film that reflects light is provided at a plurality of locations in the microchannel 93.
  • a method for detecting whether or not the light irradiated toward the screen is blocked by the liquid 98 has been proposed.
  • a current flows through the liquid 98. This current may cause the liquid 98 to be electrolyzed.
  • the analyzer 91 it is necessary to provide the cartridge 92 with a portion for transmitting the reflection film and light, and the structure of the cartridge 92 is also complicated.
  • the analyzer 91 it is necessary to provide with light emitting means such as an LED module and light receiving means such as a photodiode. Furthermore, it is compelled to adjust the optical axis so that light from the LED module or the like is appropriately irradiated onto the reflective film.
  • the present invention has been conceived under the circumstances described above, and is capable of appropriately detecting the position of the liquid tip without incurring the complexity of the structure forming the fine flow path. It is an object of the present invention to provide a liquid control method and a liquid feed control system.
  • the liquid is generated by generating a differential pressure by sandwiching the liquid using a differential pressure generation source with respect to a fine channel in which the liquid exists.
  • the fine flow path is provided with a pressure loss changing portion in which the pressure loss changes in the flow direction, and the pressure between the liquid and the differential pressure generation source is provided. By detecting the fluctuation, it is determined that the tip of the liquid has reached the pressure loss changing portion.
  • the pressure loss referred to in the present invention is the resistance received from the channel wall surface when the fluid flows through the channel, and the pressure loss changing part is the pressure loss received when the fluid flows through the unit length. It refers to the part that changes in the flow direction. Furthermore, for the purpose of detecting the position of the tip of the fluid intended by the present invention, the fact that the resistance force due to the surface tension changes significantly when the tip passes through the pressure loss changing portion is utilized.
  • the pressure loss changing portion is a portion whose cross-sectional area is reduced or enlarged in the flow direction.
  • the wall surface defining the pressure loss portion is a portion having a larger surface roughness or a higher water repellency than the front and rear portions in the flow direction.
  • the pressure loss changing portion has a portion in which a dimension in a direction perpendicular to the flow direction changes discontinuously in the flow direction.
  • the liquid feeding control system provided by the second aspect of the present invention includes a fine channel for flowing a liquid, and a differential pressure generating source for generating a differential pressure with the liquid sandwiched between the fine channel.
  • the fine flow path is provided with a pressure loss changing portion in which the pressure loss changes in the flow direction, and the pressure between the liquid and the differential pressure generating source is controlled.
  • the pressure loss changing portion is a portion whose cross-sectional area is reduced or enlarged in the flow direction.
  • the wall surface defining the pressure loss portion is a portion having a larger surface roughness or a higher water repellency than the front and rear portions in the flow direction.
  • the pressure loss changing portion has a portion in which a dimension in a direction perpendicular to the flow direction changes discontinuously in the flow direction.
  • FIG. 3 is a system configuration diagram including a cross-sectional view taken along line III-III in FIG. 1. It is a graph which shows the pressure fluctuation in the liquid feeding control method using the liquid feeding control system shown in FIG. It is a system block diagram which shows the liquid feeding state in the liquid feeding control system shown in FIG. It is a system block diagram which shows the state which the liquid reached
  • the liquid feeding control system includes an analyzer 1 and a cartridge 2.
  • the analysis device 1 and the cartridge 2 perform analysis using an optical method for a specific component such as hemoglobin or C-reactive protein in blood, or perform blood cell counts such as red blood cells and white blood cells, for example. Liquid control methods are used.
  • the analyzer 1 can be loaded with a cartridge 2 and includes a pressure sensor 5, a pump 6, and a CPU 7.
  • the analysis apparatus 1 includes light emitting means such as an LED module and light receiving means such as a photodiode for analysis by an optical method.
  • the pressure sensor 5 is installed in a path connecting the pump 6 and the cartridge 2, and is for reading the pressure in this portion.
  • a relatively small pressure sensor such as a semiconductor strain gauge type or a piezoelectric type is used. An output signal from the pressure sensor 5 is sent to the CPU 7.
  • the pump 6 is a differential pressure generating source for generating a differential pressure before and after the liquid 8 in order to send the liquid 8 in the cartridge 2.
  • a differential pressure is generated by applying a positive pressure to the upstream side of the liquid 8.
  • the CPU 7 is a control means for controlling the operation of the analyzer 1, and is connected to the pressure sensor 5, the pump 6, and the above-described LED module and photodiode. In order to realize a liquid feeding control method described later, the CPU 7 receives an output signal from the pressure sensor 5 and controls the operation of the pump 6.
  • the cartridge 2 is a place for diluting the blood to be analyzed by the analyzer 1 into a state suitable for analysis and analyzing it, and is loaded into the analyzer 1.
  • the cartridge 2 has a structure in which a substrate 21 and a transparent cover 22 are bonded to each other, and is configured as a so-called disposable type that is discarded after one analysis. ing.
  • the substrate 21 is made of a resin such as epoxy, for example, and serves as a base for the cartridge 2.
  • the transparent cover 22 is made of a transparent resin such as acrylic or silicon, and can transmit light from the LED module. Fine irregularities are formed on the side of the transparent cover 22 that is bonded to the substrate 21.
  • the cartridge 2 is formed with a fine flow path and a plurality of tanks necessary for the analysis process including the fine flow path 3, the start point tank 4A, and the end point tank 4B.
  • the starting tank 4A is a tank into which a liquid 8, such as blood, diluted liquid, or diluted blood mixed with these, is introduced.
  • a liquid 8 such as blood, diluted liquid, or diluted blood mixed with these
  • the liquid 8 is blood
  • the blood collected from the subject is spotted on the starting tank 4A with a dropper or the like.
  • the starting tank 8 is, for example, a tank in which the diluent is stored in advance, or a tank into which a predetermined amount of diluent is introduced from the analyzer 1.
  • the starting tank 8 is a tank in which, for example, blood and the diluted liquid are mixed and stirred. In a state where the cartridge 2 is loaded in the analyzer 1, the pump 6 is connected to the starting tank 4A.
  • the end point tank 4B is a tank to which the liquid 8 is fed from the start point tank 4A.
  • the end point tank 4B is a tank for mixing and stirring blood and the diluent, for example.
  • the end point tank 4B is, for example, a tank serving as a place for performing analysis processing on the diluted blood, or a tank in which the diluted blood that has undergone analysis processing is retained.
  • the end point tank 4B is open to the atmosphere via a path in the analyzer 1.
  • the fine channel 3 connects the start tank 4A and the end tank 4B, and is a path for sending the liquid 8 from the start tank 4A to the end tank 4B.
  • a pressure loss changing portion 31 is formed in the fine channel 3.
  • the pressure loss changing portion 31 is a portion where the pressure loss changes significantly in the flow direction.
  • the pressure loss changing portion 31 is provided by partially reducing the width of the fine flow path 3. ing.
  • the width of the fine flow path 3 other than the pressure loss changing portion 31 is about 200 ⁇ m, whereas the width of the pressure loss changing portion 31 is about 80 ⁇ m.
  • Discontinuous portions 31 a whose width changes discontinuously are provided at the upstream end and the downstream end of the pressure loss changing portion 31.
  • the discontinuous portion 31a a constant width portion other than the pressure loss changing portion 31 and an arc-shaped portion provided in the upstream end portion and the downstream end portion of the pressure loss changing portion 31 are connected.
  • the height of the fine channel 3 is constant at about 200 ⁇ m including the pressure loss changing portion 31.
  • FIG. 4 shows the pressure P detected by the pressure sensor 5 in this liquid feeding control method.
  • the pressure P is a relative pressure where the atmospheric pressure is 0, and corresponds to a differential pressure before and after the liquid 8.
  • the horizontal axis is time t.
  • the pump 6 starts applying positive pressure in response to a command from the CPU 7.
  • the pressure P rises and a differential pressure is generated before and after the liquid 8.
  • the liquid 8 starts to be fed toward the end point tank 4B.
  • This figure shows a state in which the tip 8a of the liquid 8 has reached between the starting tank 4A and the pressure loss changing unit 31 at time t1 in FIG.
  • the pressure P at this time is a steady pressure Pn of about 1 kPa, for example.
  • the tip 8a When the liquid feeding is further continued, the tip 8a reaches the pressure loss changing portion 31 as shown in FIG. In particular, when the tip 8a is in contact with the discontinuous portion 31a, a large resistance is generated due to the surface tension acting. For this reason, as shown in FIG. 4, the pressure P in the path
  • the CPU 7 uses the fact that the liquid 8 has reached the pressure loss changing unit 31 in the analysis process by the analyzer 1 and the cartridge 2 as a trigger for starting a certain process. For example, when the positive pressure from the pump 6 is temporarily stopped at time t2 and the liquid 8 remaining in the starting tank 4A is sent to another tank, as shown in FIG. The liquid 8 can be retained. When the application of positive pressure from the pump 6 is resumed, a predetermined amount of the liquid 8 starts to move in the fine flow path 3 as shown in FIG. 8 at time t3. At time t4, as shown in FIG. 9, a predetermined amount of liquid 8 is fed to the end point tank 4B.
  • a predetermined amount of blood can be retained for stirring in the end point tank 4B as a stirring tank.
  • a predetermined amount of diluted blood can be introduced into the end point tank 4B as an analysis site.
  • the cartridge 2 in order to detect that the tip 8a of the liquid 8 has reached the pressure loss changing portion 31 of the fine flow path 3, the cartridge 2 is provided with a plurality of electrodes, wires, connectors, or reflective films. It is not necessary to provide the analyzing apparatus 1 with a light emitting means and a light receiving means for position detection. In the present embodiment, only the pressure sensor 5 is provided exclusively for detecting the position of the tip 8a. The pressure sensor 5 does not need to be provided in the cartridge 2, for example, and may be installed at an appropriate position on the path connecting the pump 6 and the cartridge 2. Therefore, it is possible to appropriately detect that the tip 8a of the liquid 8 has reached the pressure loss changing portion 31 without unduly complicating the structure of the analyzer 1 or the cartridge 2.
  • the pressure loss changing portion 31 By configuring the pressure loss changing portion 31 as a portion having a partially reduced cross-sectional area, when the tip 8a reaches the pressure loss changing portion 31, a resistance force that prevents the liquid 8 from being fed acts. As a result, if the pressurization from the pump 6 is stopped at the timing when the pressure P rises stepwise from the steady pressure Pn to the high pressure Ph, the tip 8a of the liquid 8 can be reliably retained in the pressure loss changing portion 31. Is possible. This is suitable for retaining a predetermined amount of the liquid 8 in the fine flow path 3.
  • the discontinuous portion 31a provided at the upstream end of the pressure loss changing portion 31 generates a remarkably large resistance force due to the surface tension when the tip 8a comes into contact therewith. With this resistance force, the tip 8 a can be easily retained at the upstream end of the pressure loss changing portion 31. This is suitable for retaining a predetermined amount of the liquid 8 in the fine flow path 3.
  • FIG. 10 shows another example of the pressure loss changing portion of the liquid feeding control system according to the present invention.
  • the pressure loss changing portion 31 shown in the figure is configured as a portion whose width is larger than its front and rear portions.
  • a connecting portion between the pressure loss changing portion 31 and its front and rear portions is a discontinuous portion 31a.
  • FIG. 11 shows the pressure P in the liquid feeding control method using the liquid feeding control system provided with such a pressure loss changing unit 31.
  • the liquid feeding is started at time t0, and the tip 8a of the liquid 8 reaches the pressure loss changing portion 31 at time t2.
  • the pressure P rapidly decreases from the steady pressure Pn to the low pressure Pl.
  • the CPU 7 determines that the tip 8 a has reached the pressure loss changing unit 31. Also according to such an embodiment, it is possible to appropriately detect that the tip 8a of the liquid 8 has reached the pressure loss changing portion 31 without unduly complicating the structures of the analyzer 1 and the cartridge 2.
  • FIG. 12 shows still another example of the pressure loss changing portion of the liquid feeding control system according to the present invention.
  • the pressure loss changing portion 31 is formed by distinguishing the inner surface of the fine channel 3 into a portion that is relatively water repellent and a portion that is relatively hydrophilic.
  • the microchannel 3 has a uniform cross-sectional area.
  • a hydrophilic treatment agent 32 is applied to the inner surface of the fine channel 3.
  • the inner surface of the fine flow path 3 includes a portion where the hydrophilic treatment agent 32 is not applied. This portion is a portion that easily repels liquid with respect to other portions, and this is the pressure loss changing portion 31.
  • the pressure loss changing portion 31 may be provided by subjecting a part of the inner surface of the fine channel 3 to a surface treatment so that the surface roughness is larger than the front and rear portions in the flow direction. As the surface roughness of the inner surface increases, a greater resistance force is applied to the tip 8a of the liquid 8. Thereby, the pressure P can be increased rapidly, and it can be detected that the tip 8a has reached the pressure loss changing portion.
  • FIG. 13 shows another example of the liquid feeding control system according to the present invention.
  • the liquid feed control system of the present embodiment is different from the liquid feed control system shown in FIG. 1 in that three pressure loss changing portions 31a, 31b, and 31c are provided in the fine flow path 3. These pressure loss changing portions 31a, 31b, 31c are arranged in series at intervals in the flow direction.
  • the configuration of each of the pressure loss changing units 31a, 31b, and 31c is the same as that of the pressure loss changing unit 31 shown in FIG.
  • FIG. 14 shows the pressure P in the liquid feeding control method using the liquid feeding control system of this embodiment.
  • the liquid 8 is sent out from the starting tank 4A at time t0, and the tip 8a reaches the pressure loss changing portion 31a at time t1.
  • the pressure P increases from the steady pressure Pn1 to the high pressure Ph.
  • CPU7 can detect that the front-end
  • the pressure P becomes the steady pressure Pn2 in order to send the liquid 8.
  • the steady pressure Pn2 is slightly higher than the steady pressure Pn1. This is because a pressure loss generated when the liquid 8 passes through the pressure loss changing portion 31a having a small cross-sectional area is added. Thereafter, the reason why the steady pressures Pn3 and Pn4 gradually increase is the same.
  • the pressure P is increased to the high pressure Ph by the same number of times as the number of pressure loss changing portions 31a, 31b, 31c. And rise. Since this pressure rise does not occur at the same time, it can be detected individually by the pressure sensor 5 and the CPU 7. Therefore, it is possible to sequentially detect that the tip 8a has reached a plurality of positions in the flow direction.
  • liquid feeding control method and the liquid feeding control system according to the present invention are not limited to the above-described embodiments.
  • the specific configuration of the liquid feeding control method and the liquid feeding control system according to the present invention can be varied in design in various ways.
  • the height may be partially changed.
  • a negative pressure may be applied to the downstream side of the liquid 8.
  • the specific configuration of the liquid feeding control method and the liquid feeding control system according to the present invention is not limited to the blood test analyzer and the cartridge described above, and for example, the liquid is quantitatively fed in a fine flow path. Alternatively, it can be used for the purpose of performing the liquid feeding timing more accurately.

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Abstract

　本発明の送液制御方法は、液体８が存在する微細流路３に対して、ポンプ６を用いて液体８を挟んで差圧を発生させることにより、液体８を送液するものであって、微細流路３には、流れ方向において圧力損失が変化する圧力損失変化部３１が設けられており、液体８とポンプ６との間における圧力変動を検出することにより、液体８の先端８ａが圧力損失変化部３１に達したと判断する。このような構成により、微細流路３を形成する構造物の複雑化を招来することなく流体８の先端位置を適切に検出することができる。

Description

送液制御方法および送液制御システム
　本発明は、微細流路内において送液する液体の先端位置を適切に把握可能な送液制御方法および送液制御システムに関する。
　微細流路において液体を送液することは、たとえば血液中の特定成分を分析する血液分析装置においてなされている。血液分析装置は、検体である血液をたとえば希釈液によって所定の倍率で薄めた後に、希釈血液を試薬と反応させ、その呈色を検出することにより特定成分の有無や濃度を分析する。また、血液分析装置は、希釈血液が狭小断面を通過するときの電気抵抗の変動によって、赤血球や白血球などの血球計数を行う。これらの分析を行うには、一定量の血液や希釈液、および希釈血液をある位置から他の位置までできる限り正確に送液することが求められる。
　図１５は、従来の送液制御システムの一例を示している（たとえば、特許文献１参照）。同図に示された送液制御システムは、分析装置９１およびカートリッジ９２からなる。分析装置９１は、カートリッジ９２を装填可能とされている。カートリッジ９２は、たとえば樹脂製の本体に血液、希釈液などの液体９８を送液するための微細流路９３や、微細流路９３によって連結された起点槽９４Ａおよび終点槽９４Ｂが形成されている。起点槽９４Ａには、パイプを介してポンプ９６が繋げられている。ポンプ９６は、分析装置９１に収容されており、液体９８の上流側の圧力を高めることにより、液体９８の前後に差圧を発生させる。また、分析装置９１には、ＣＰＵ９７が備えられている。
　図示された送液制御システムにおいては、液体９８の先端位置を以下のようにして検出している。カートリッジ９２には、電極９５Ａ，９５Ｂ，９５Ｃが設けられている。電極９５Ａは起点槽９４Ａに露出しており、電極９５Ｃは終点槽９４Ｂに露出しており、電極９５Ｂは微細流路９３の適所に露出している。これらの電極９５Ａ，９５Ｂ，９５Ｃは、カートリッジ９２に設けられた配線およびコネクタを介してＣＰＵ９７に接続されている。ポンプ９６によって差圧が発生すると、液体９８が起点槽９４Ａから終点槽９４Ｂに向けて送液される。液体９８が電極９５Ｂに到達すると、電極９５Ａ，９５Ｂが導通する。これにより、ＣＰＵ９７は、液体９８の先端が電極９５Ｂの位置まで達したと判断する。さらに送液を継続すると、液体９８が終点槽９４Ｂに到達する。これにより、電極９５Ａ，９５Ｃが導通し、ＣＰＵ９７は、液体９８が終点槽９４Ｂに達したと判断する。液体９８が電極９５Ｂに達したときに送液を一時停止すれば、微細流路９３内に一定量の液体９８を滞留させることができる。また、液体９８が終点槽９４Ｂに達したことが分かれば、それ以降に無用な送液を継続することが避けられる。
　液体９８の位置検出手法としては、上述した電極９５Ａ，９５Ｂ，９５Ｃの導通の有無を利用する手法のほかに、たとえば、微細流路９３の複数箇所に光を反射させる反射膜を設け、これに向けて照射した光が液体９８によって遮られるか否かによって検出する手法が提案されている。
　しかしながら、電極９５Ａ，９５Ｂ，９５Ｃや、これに繋がる配線およびコネクタを設けることは、カートリッジ９２の構造を複雑化してしまう。また、液体９８を導電体として利用する場合、液体９８に電流が流れる。この電流によって液体９８が電気分解されてしまうおそれがある。光を用いて検出する場合では、カートリッジ９２に上記反射膜や光を透過させる部分を設けておく必要があり、やはりカートリッジ９２の構造が複雑化する。また、分析装置９１にＬＥＤモジュールなどの発光手段やフォトダイオードなどの受光手段を備える必要がある。さらに、ＬＥＤモジュールなどからの光を反射膜に適切に照射させるように光軸を調整することが強いられる。
特開２００７－７１６５５号公報
　本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、微細流路を形成する構造物の複雑化を招来することなく液体の先端位置を適切に検出することが可能な送液制御方法および送液制御システムを提供することをその課題とする。
　本発明の第１の側面によって提供される送液制御方法は、液体が存在する微細流路に対して、差圧発生源を用いて上記液体を挟んで差圧を発生させることにより、上記液体を送液する送液制御方法であって、上記微細流路には、流れ方向において圧力損失が変化する圧力損失変化部が設けられており、上記液体と上記差圧発生源との間における圧力変動を検出することにより、上記液体の先端が上記圧力損失変化部に達したと判断することを特徴としている。
　本発明でいう圧力損失とは、流体が流路を流れるときに流路壁面などから受ける抵抗のことであり、圧力損失変化部とは、流体が単位長さを流れたときに受ける圧力損失が流れ方向において変化している部分を指す。さらに、本発明が意図する流体の先端の位置検出という目的については、この先端が圧力損失変化部を通過するときに表面張力に起因する抵抗力が顕著に変化することを利用するものである。
　本発明の好ましい実施の形態においては、上記圧力損失変化部は、流れ方向において断面積が縮小または拡大している部分である。
　本発明の好ましい実施の形態においては、上記圧力損失変化部は、これを規定する壁面が、その流れ方向前後部分よりも表面粗さが大であり、または撥水性が高い部分である。
　本発明の好ましい実施の形態においては、上記圧力損失変化部は、流れ方向と直角である方向の寸法が、流れ方向において不連続に変化する部分を有する。
　本発明の第２の側面によって提供される送液制御システムは、液体を流すための微細流路と、上記微細流路に対して、上記液体を挟んで差圧を発生させる差圧発生源と、を備える送液制御システムであって、上記微細流路には、流れ方向において圧力損失が変化する圧力損失変化部が設けられており、上記液体と上記差圧発生源との間における圧力を測定する圧力測定手段と、上記圧力測定手段によって測定された圧力の変動によって上記液体の先端が上記圧力損失変化部に達したと判断する制御部と、を備えることを特徴としている。
　本発明の好ましい実施の形態においては、上記圧力損失変化部は、流れ方向において断面積が縮小または拡大している部分である。
　本発明の好ましい実施の形態においては、上記圧力損失変化部は、これを規定する壁面が、その流れ方向前後部分よりも表面粗さが大であり、または撥水性が高い部分である。
　本発明の好ましい実施の形態においては、上記圧力損失変化部は、流れ方向と直角である方向の寸法が、流れ方向において不連続に変化する部分を有する。
　本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
本発明に係る送液制御システムの一例を示すシステム構成図である。 図１に示す送液制御システムに設けられた圧力損失変化部を示す要部拡大平面図である。 図１のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿う断面図を含むシステム構成図である。 図１に示す送液制御システムを用いた送液制御方法における圧力変動を示すグラフである。 図１に示す送液制御システムにおける送液状態を示すシステム構成図である。 図１に示す送液制御システムにおいて液体が圧力損失変化部に到達した状態を示すシステム構成図である。 図１に示す送液制御システムにおいて起点槽から液体を除去した状態を示すシステム構成図である。 図１に示す送液制御システムにおける送液状態を示すシステム構成図である。 図１に示す送液制御システムにおいて液体が終点槽に到達した状態を示すシステム構成図である。 本発明に係る送液制御システムに設けられた圧力損失変化部の他の例を示す要部拡大平面図である。 図１０に示す圧力損失変化部を用いた送液制御方法における圧力変動を示すグラフである。 本発明に係る送液制御システムに設けられた圧力損失変化部のさらに他の例を示す要部拡大平面図である。 本発明に係る送液制御システムの他の例を示すシステム構成図である。 図１３に示す送液制御システムを用いた送液制御方法における圧力変動を示すグラフである。 従来の送液制御システムの一例を示すシステム構成図である。
　以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。
　図１～図３は、本発明に係る送液制御システムの一例を示している。本実施形態の送液制御システムは、分析装置１およびカートリッジ２からなる。分析装置１およびカートリッジ２は、たとえば血液中のヘモグロビンまたはＣ反応タンパクなどの特定成分について光学的手法を用いた分析を行い、あるいは赤血球や白血球などの血球計数を行うために、本発明に係る送液制御方法が用いられている。
　分析装置１は、カートリッジ２を装填可能とされており、圧力センサ５、ポンプ６、およびＣＰＵ７を備えている。分析装置１には、これらの要素以外に、光学的手法による分析のためＬＥＤモジュールなどの発光手段、フォトダイオードなどの受光手段を具備している。
　圧力センサ５は、ポンプ６とカートリッジ２とを繋ぐ経路に設置されており、この部分の圧力を読み取るためのものである。圧力センサ５としては、たとえば、半導体ストレインゲージ式、圧電（ピエゾ）式などの比較的小型の圧力センサが用いられる。圧力センサ５からの出力信号は、ＣＰＵ７に送られる。
　ポンプ６は、カートリッジ２内の液体８を送液するために、液体８の前後に差圧を発生させるための差圧発生源である。本実施形態においては、液体８の上流側に正圧を付与することにより差圧を発生させる。
　ＣＰＵ７は、分析装置１の動作を制御する制御手段であり、圧力センサ５、ポンプ６、さらには上述したＬＥＤモジュールやフォトダイオードが接続されている。後述する送液制御方法を実現するために、ＣＰＵ７は、圧力センサ５からの出力信号を受信し、ポンプ６の動作を制御する。
　カートリッジ２は、分析装置１の分析対象である血液を分析に適した状態に希釈し、これを分析するための場となるものであり、分析装置１に装填される。図３に示すように、本実施形態においては、カートリッジ２は、基板２１および透明カバー２２が互いに張り合わされた構造とされており、１回の分析を終えると廃棄されるいわゆるディスポーザブルタイプとして構成されている。
　基板２１は、たとえばエポキシなどの樹脂からなり、カートリッジ２の土台となっている。透明カバー２２は、たとえばアクリルやシリコンなどの透明な樹脂からなり、上記ＬＥＤモジュールからの光を透過可能とされている。透明カバー２２のうち基板２１と張り合わされる側には、微細な凹凸が形成されている。これにより、カートリッジ２には、微細流路３、起点槽４Ａ、終点槽４Ｂをはじめとする分析処理に必要な微細流路や複数の槽が形成されている。
　起点槽４Ａは、血液、希釈液、あるいはこれらが混合された希釈血液などの液体８が導入される槽である。液体８が血液である場合、被験者から採取した血液がスポイトなどによって起点槽４Ａに点着される。液体８が希釈液である場合、起点槽８はたとえば希釈液をあらかじめ貯蔵しておく槽であるか、あるいは分析装置１から所定量の希釈液が導入される槽である。液体８が希釈血液である場合、起点槽８は、たとえば血液と希釈液とが混合攪拌される槽である。カートリッジ２が分析装置１に装填された状態においては、起点槽４Ａには、ポンプ６が接続される。
　終点槽４Ｂは、起点槽４Ａから液体８が送液される槽である。液体８が血液または希釈液である場合、終点槽４Ｂは、たとえば血液と希釈液とを混合攪拌する槽である。液体８が希釈血液である場合、終点槽４Ｂは、たとえば希釈血液に対して分析処理を行う場となる槽であり、あるいは分析処理を終えた希釈血液を滞留させておく槽である。本実施形態においては、終点槽４Ｂは、分析装置１内の経路を介して大気開放されている。
　微細流路３は、起点槽４Ａと終点槽４Ｂとを繋いでおり、起点槽４Ａから終点槽４Ｂへと液体８を送液する経路である。微細流路３には、圧力損失変化部３１が形成されている。圧力損失変化部３１は、流れ方向において圧力損失が顕著に変化する部分であり、本実施形態においては、図２に示すように、微細流路３の幅を部分的に縮小することにより設けられている。具体的には、圧力損失変化部３１以外の微細流路３の幅が２００μｍ程度であるのに対し、圧力損失変化部３１の幅は８０μｍ程度とされている。圧力損失変化部３１の上流端および下流端には、幅が不連続に変化する不連続部３１ａが設けられている。不連続部３１ａにおいては、圧力損失変化部３１以外の一定幅部分と、圧力損失変化部３１の上流端寄り部分および下流端寄り部分に設けられた円弧状部分とが連結されている。一方、微細流路３の高さは、圧力損失変化部３１を含め２００μｍ程度で一定とされている。
　次に、分析装置１およびカートリッジ２を用いた送液制御方法について、図１と図４～図８とを参照しつつ以下に説明する。
　図４は、この送液制御方法における圧力センサ５によって検出された圧力Ｐを示している。圧力Ｐは大気圧を０とする相対圧であり、液体８の前後における差圧に相当する。横軸は、時間ｔである。まず、時刻ｔ０において、図１に示すように、起点槽４Ａに液体８を導入する。このとき、ポンプ６は動作しておらず、液体８を送液しうる差圧は発生していない。
　次いで、ＣＰＵ７からの指令によりポンプ６が正圧付与を開始する。これにより圧力Ｐが上昇し、液体８の前後に差圧が生じる。すると、図５に示すように液体８が終点槽４Ｂに向けて送液され始める。本図は、図４の時刻ｔ１において液体８の先端８ａが起点槽４Ａと圧力損失変化部３１との間に到達した状態を示している。このときの圧力Ｐは、たとえば１ｋＰａ程度の定常圧力Ｐｎである。
　さらに送液を継続すると、図６に示すように先端８ａが圧力損失変化部３１に到達する。特に、先端８ａが不連続部３１ａに接すると、表面張力が作用することにより大きな抵抗力が生じる。このため、図４に示すように、時刻ｔ２において起点槽４Ａとポンプ６との間の経路における圧力Ｐが、ステップ状に上昇する。このときの圧力Ｐは、たとえば２ｋＰａ程度の高圧力Ｐｈとなる。ＣＰＵ７は、圧力センサ５からの出力信号から、圧力Ｐが定常圧力Ｐｎから高圧力Ｐｈになったときに、液体８の先端８ａが圧力損失変化部３１に到達したと判断する。
　ＣＰＵ７は、分析装置１およびカートリッジ２による分析処理において液体８が圧力損失変化部３１に到達したことを、ある処理を開始するトリガとして利用する。たとえば、時刻ｔ２においてポンプ６からの正圧付与をいったん停止し、起点槽４Ａに残った液体８を他の槽に送液すれば、図７に示すように、微細流路３に所定量の液体８を滞留させることができる。そして、ポンプ６からの正圧付与を再開すると、時刻ｔ３には、図８に示すように所定量の液体８が微細流路３を移動し始める。そして、時刻ｔ４には、図９に示すように所定量の液体８が終点槽４Ｂに送液される。この液体８が血液である場合、攪拌槽としての終点槽４Ｂに所定量の血液を攪拌に備えて滞留させることができる。あるいは、液体８が希釈血液である場合、分析の場としての終点槽４Ｂに所定量の希釈血液を導入することができる。
　次に、本実施形態の送液制御方法および送液制御システムの作用について説明する。
　本実施形態によれば、液体８の先端８ａが微細流路３の圧力損失変化部３１に到達したことを検出するために、カートリッジ２に複数の電極、配線、コネクタ、あるいは反射膜を設けたり、分析装置１に位置検出用の発光手段および受光手段を設けたりする必要がない。本実施形態では、先端８ａの位置を検出するために専用で設けられているのは、圧力センサ５のみである。この圧力センサ５は、たとえばカートリッジ２に設ける必要はなく、ポンプ６とカートリッジ２とを繋ぐ経路の適所に設置すればよい。したがって、分析装置１やカートリッジ２の構造を不当に複雑化することなく、液体８の先端８ａが圧力損失変化部３１に到達したことを適切に検出することができる。
　圧力損失変化部３１を部分的に断面積が縮小した部分として構成することにより、圧力損失変化部３１に先端８ａが到達すると、液体８の送液を阻止する抵抗力が作用する。これにより、圧力Ｐが定常圧力Ｐｎから高圧力Ｐｈにステップ的に上昇したタイミングでポンプ６からの加圧を停止すれば、液体８の先端８ａを圧力損失変化部３１に確実に留まらせることが可能である。これは、所定量の液体８を微細流路３に滞留させるのに適している。
　さらに、圧力損失変化部３１の上流端に設けられた不連続部３１ａは、先端８ａが接したときに表面張力による顕著に大きな抵抗力を生じさせる。この抵抗力により、先端８ａを圧力損失変化部３１の上流端に留まりやすくすることができる。これは、所定量の液体８を微細流路３に滞留させるのに好適である。
　図１０～図１４は、本発明の他の実施形態を示している。なお、これらの図において、上記実施形態と同一または類似の要素には、上記実施形態と同一の符号を付している。
　図１０は、本発明に係る送液制御システムの圧力損失変化部の他の例を示している。同図に示された圧力損失変化部３１は、その前後部分よりも幅が拡大した部分として構成されている。圧力損失変化部３１とその前後部分との連結部分は、不連続部３１ａとなっている。
　図１１は、このような圧力損失変化部３１を備えた送液制御システムを用いた送液制御方法における圧力Ｐを示している。時刻ｔ０に送液が開始され、時刻ｔ２に液体８の先端８ａが圧力損失変化部３１に到達している。この時刻ｔ２においては、断面積が急拡大している部分に液体８が入り込むため、圧力Ｐが定常圧力Ｐｎから低圧力Ｐｌに急激に低下する。この圧力変動を圧力センサ５が検出すると、ＣＰＵ７は、先端８ａが圧力損失変化部３１に到達したと判断する。このような実施形態によっても、分析装置１およびカートリッジ２の構造を不当に複雑化することなく、液体８の先端８ａが圧力損失変化部３１に到達したことを適切に検出することができる。
　図１２は、本発明に係る送液制御システムの圧力損失変化部のさらに他の例を示している。本実施形態においては、微細流路３内面を比較的撥水しやすい部分と比較的親水性である部分とに区別することにより、圧力損失変化部３１を形成している。微細流路３は、一様な断面積とされている。微細流路３の内面には、親水処理剤３２が塗布されている。ただし、微細流路３の内面には、部分的にこの親水処理剤３２が施されていない部分がある。この部分はそれ以外の部分に対して、液体を撥水しやすい部分となっており、これが圧力損失変化部３１とされている。
　微細流路３を送液されてきた液体８の先端８ａが圧力損失変化部３１に到達すると、表面張力が急激に大きくなる。これによって生じる抵抗力によって、圧力Ｐが急激に上昇する。この圧力変動を圧力センサ５を介してＣＰＵ７に伝達されることにより、ＣＰＵ７は、液体８の先端８ａが圧力損失変化部３１に到達したことを検出できる。
　このような実施形態によっても、分析装置１およびカートリッジ２の構造を不当に複雑化することなく、液体８の先端８ａが圧力損失変化部３１に到達したことを適切に検出することができる。また、微細流路３の断面積を拡大もしくは縮小することなく圧力損失変化部３１を形成することが可能である。なお、圧力損失変化部３１にあたる部分に、撥水性を高める表面処理を施せば、圧力Ｐの変動をさらに大きくすることができる。
　さらに、微細流路３の一部の内面をその流れ方向前後部分よりも表面粗さが大となるように表面処理を施すことにより、圧力損失変化部３１を設けてもよい。内面の表面粗さが大であるほど、液体８の先端８ａに対して大きな抵抗力が付与される。これにより、圧力Ｐを急激に上昇させることが可能であり、先端８ａが圧力損失変化部に到達したことを検出することができる。
　図１３は、本発明に係る送液制御システムの他の例を示している。本実施形態の送液制御システムは、微細流路３に３つの圧力損失変化部３１ａ，３１ｂ，３１ｃが設けられている点が、図１に示した送液制御システムと異なっている。これらの圧力損失変化部３１ａ，３１ｂ，３１ｃは、流れ方向において互いに間隔をおいて直列に配置されている。圧力損失変化部３１ａ，３１ｂ，３１ｃのそれぞれの構成は、図２に示した圧力損失変化部３１と同様である。
　図１４は、本実施形態の送液制御システムを用いた送液制御方法における圧力Ｐを示している。時刻ｔ０において起点槽４Ａから液体８が送り出され、時刻ｔ１において先端８ａが圧力損失変化部３１ａに到達する。このとき、圧力Ｐが定常圧力Ｐｎ１から高圧力Ｐｈへと上昇する。これにより、ＣＰＵ７は、先端８ａが圧力損失変化部３１ａに到達したことを検出できる。時刻ｔ１以降に、先端８ａが圧力損失変化部３１ａを超えると、液体８を送液するためには、圧力Ｐが定常圧力Ｐｎ２となる。定常圧力Ｐｎ２は、定常圧力Ｐｎ１よりも若干高い。これは、断面積が小とされた圧力損失変化部３１ａを液体８が通過するときに生じる圧力損失が加えられるからである。以降、定常圧力Ｐｎ３，Ｐｎ４が徐々に高くなる理由も同様である。
　次に、時刻ｔ２において先端８ａが圧力損失変化部３１ｂに到達すると、圧力Ｐが定常圧力Ｐｎ２から高圧力Ｐｈへと再び上昇する。これにより、ＣＰＵ７は先端８ａが圧力損失変化部３１ｂに到達したことを検出できる。そして、定常圧力Ｐｎ２よりも若干高い定常圧力Ｐｎ３で送液された後に、時刻Ｔ３において先端８ａが圧力損失変化部３１ｃに到達する。すると、圧力Ｐが定常圧力Ｐｎ３から高圧力Ｐｈへと上昇し、ＣＰＵ７は先端８ａが圧力損失変化部３１ｃに到達したことを検出できる。この後は、定常圧力Ｐｎ３よりも若干高い定常圧力Ｐｎ４で送液された後に、時刻ｔ４において先端８ａが終点槽４Ｂに到達する。
　このように、１つの微細流路３に複数の圧力損失変化部３１ａ，３１ｂ，３１ｃを設けることにより、圧力Ｐは、圧力損失変化部３１ａ，３１ｂ，３１ｃの個数と同じ回数だけ高圧力Ｐｈへと上昇する。この圧力上昇は、同時に発生することがないため、圧力センサ５およびＣＰＵ７によって個別に検出することが可能である。したがって、先端８ａが流れ方向における複数の位置に到達したことを順次検出することができる。
　本発明に係る送液制御方法および送液制御システムは、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る送液制御方法および送液制御システムの具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
　圧力損失変化部３１を形成する手段として断面積を部分的に変化させる場合、幅を部分的に異ならせるほかに、たとえば高さを部分的に異ならせてもよい。液体８の前後に差圧を発生させるために、液体８の上流側に正圧を付与するほかに、液体８の下流側に負圧を付与してもよい。本発明に係る送液制御方法および送液制御システムの具体的構成としては、上述した血液検査用の分析装置およびカートリッジに限定されず、たとえば微細な流路内において液体を定量的に送液する、あるいは送液のタイミングをより正確に行うといった用途に用いることができる。

Claims (8)

  1. 　液体が存在する微細流路に対して、差圧発生源を用いて上記液体を挟んで差圧を発生させることにより、上記液体を送液する送液制御方法であって、
    　上記微細流路には、流れ方向において圧力損失が変化する圧力損失変化部が設けられており、
    　上記液体と上記差圧発生源との間における圧力変動を検出することにより、上記液体の先端が上記圧力損失変化部に達したと判断することを特徴とする、送液制御方法。
  2. 　上記圧力損失変化部は、流れ方向において断面積が縮小または拡大している部分である、請求項１に記載の送液制御方法。
  3. 　上記圧力損失変化部は、これを規定する壁面が、その流れ方向前後部分よりも表面粗さが大であり、または撥水性が高い部分である、請求項１に記載の送液制御方法。
  4. 　上記圧力損失変化部は、流れ方向と直角である方向の寸法が、流れ方向において不連続に変化する部分を有する、請求項２に記載の送液制御方法。
  5. 　液体を流すための微細流路と、
    　上記微細流路に対して、上記液体を挟んで差圧を発生させる差圧発生源と、
    を備える送液制御システムであって、
    　上記微細流路には、流れ方向において圧力損失が変化する圧力損失変化部が設けられており、
    　上記液体と上記差圧発生源との間における圧力を測定する圧力測定手段と、
    　上記圧力測定手段によって測定された圧力の変動によって上記液体の先端が上記圧力損失変化部に達したと判断する制御部と、
    を備えることを特徴とする、送液制御システム。
  6. 　上記圧力損失変化部は、流れ方向において断面積が縮小または拡大している部分である、請求項５に記載の送液制御システム。
  7. 　上記圧力損失変化部は、これを規定する壁面が、その流れ方向前後部分よりも表面粗さが大であり、または撥水性が高い部分である、請求項５に記載の送液制御システム。
  8. 　上記圧力損失変化部は、流れ方向と直角である方向の寸法が、流れ方向において不連続に変化する部分を有する、請求項６に記載の送液制御システム。
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