JP2008039615A - Separation apparatus, analysis method and separation method - Google Patents
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Abstract
【課題】製作が容易で小型化にも適した分離装置および分離方法等を提供する。また、分離効率や分離精度を向上させることができる分離装置および分離方法等を提供する。
【解決手段】その表面に形成された溝よりなる流路10a、10bを有する基板S1と、流路10aと接続された注入孔3と、その表面に形成された溝よりなる流路20aを有する基板S2と、流路20aと接続された収容部5bと、を有し、流路10aと流路20aが交差するよう、基板S1の表面と基板S2の表面を当接して成る分離装置とする。その結果、流路10aを層流状態で流れる液の液体成分、例えば血液中の血漿を基板S2の流路20aに導入することができ、液中の固形成分と液体成分とを分離することができる。
【選択図】図3A separation apparatus and a separation method that are easy to manufacture and suitable for downsizing are provided. In addition, a separation apparatus, a separation method, and the like that can improve separation efficiency and separation accuracy are provided.
A substrate S1 having flow paths 10a and 10b made of grooves formed on the surface thereof, an injection hole 3 connected to the flow path 10a, and a flow path 20a made of grooves formed on the surface thereof. The separation device includes a substrate S2 and a housing portion 5b connected to the flow path 20a, and the surface of the substrate S1 and the surface of the substrate S2 are in contact with each other so that the flow path 10a and the flow path 20a intersect each other. . As a result, the liquid component of the liquid flowing in the laminar flow state in the flow path 10a, for example, blood plasma can be introduced into the flow path 20a of the substrate S2, and the solid component and the liquid component in the liquid can be separated. it can.
[Selection] Figure 3
Description
本発明は、分離装置、分析方法および分離方法に関し、特に、固形成分を含有する液の固形成分もしくは液体成分の分離に関するものである。 The present invention relates to a separation device, an analysis method, and a separation method, and more particularly to separation of a solid component or a liquid component of a liquid containing a solid component.
高度な化学分析や化学合成、あるいはバイオ関連の分析要素を小さなマイクロ流体チップに集積化する技術が注目されている。これらの技術は、μTAS(マイクロ総合分析システム:Micro-Total Analysis Systems)もしくはラボ・オン・チップ(Lab-on-a-chip)などと呼ばれ、医療診断や健康チェック、環境や食品のオンサイト分析、医薬品や化学品などの高付加価値物質の生産、バイオ分析の高効率化など広い分野に応用が見込まれており、近年その開発が重要視されている。 Technology that integrates advanced chemical analysis, chemical synthesis, or bio-related analytical elements into a small microfluidic chip is drawing attention. These technologies are called μTAS (Micro-Total Analysis Systems) or Lab-on-a-chip, and medical diagnosis, health check, environment and food onsite. Applications are expected in a wide range of fields such as analysis, production of high value-added substances such as pharmaceuticals and chemicals, and high efficiency of bioanalysis, and in recent years its development has been regarded as important.
かかる技術によれば、従来の装置と比べて試料の必要量が少ない、反応時間が短い、検査試薬等の使用量が少ない、廃棄物が少ない、などのメリットがある。 According to such a technique, there are merits such that the required amount of the sample is smaller than that of the conventional apparatus, the reaction time is short, the amount of the test reagent used is small, and the waste is small.
例えば、医療分野における血液検査などに適用した場合には、血液など検体の量を少なくすることで患者の負担を軽減でき、また、試薬の量を少なくすることで検査のコストを下げることができる。さらに、検体および試薬の量が少ないことから、反応時間が大幅に短縮され検査の効率化を図ることができる。 For example, when applied to blood tests in the medical field, the burden on the patient can be reduced by reducing the amount of specimen such as blood, and the test cost can be reduced by reducing the amount of reagent. . Furthermore, since the amount of the specimen and the reagent is small, the reaction time can be greatly shortened and the efficiency of the test can be improved.
ここで、例えば下記特許文献1には、血液試験に際して、あらかじめ全血から細胞成分を含まない血漿を得るための技術が開示されている。
上述の通り、血液中には種々の固形成分が含有しており、精密な検査においては、血液中の液体成分(血漿)を分離し、当該液体成分中の各種微量成分を測定することが必要である。 As described above, various solid components are contained in blood. For precise examination, it is necessary to separate liquid components (plasma) in blood and measure various trace components in the liquid components. It is.
このような液体成分の分離(固形成分の除去)には、遠心分離方法が用いられるが、装置が大型であり、また、分離および検査に時間がかかるといった問題がある。また、POC(Point of Care)検査、即ち、患者の側で行なう臨床検査にそぐわない。 A centrifugal separation method is used for such separation of liquid components (removal of solid components), but there is a problem that the apparatus is large and takes time for separation and inspection. Further, it is not suitable for a point of care (POC) test, that is, a clinical test performed on the patient side.
一方、小型化が可能な方法としてフィルターろ過方法もあるが、フィルターの素材や孔径の設定が困難であり、血液中のタンパク質によりフィルターの目詰まりが起こるといった問題がある。 On the other hand, there is a filter filtration method as a method that can be miniaturized, but it is difficult to set the filter material and the pore size, and there is a problem that the filter is clogged by proteins in the blood.
このように、検査前の血液の処理において上記問題があり、μTAS技術の上記利点が損なわれることがあった。 As described above, there are the above problems in the treatment of blood before the test, and the above advantages of the μTAS technique may be impaired.
そこで、上記特許文献1に開示されているような分離技術が検討されている。ここでは、流入チャネル(9)、第1排出チャネル(11)および第2排出チャネル(12)を有する分離モジュールにおいて、第1排出チャネル(11)内より早く流体が流れる第2排出チャネル(12)内に血球成分を流入させ、血液からの血球成分の分離を行なう技術が開示されている。なお、括弧内は当該文献中の符号である。
Therefore, a separation technique as disclosed in
しかしながら、上記文献に開示の技術を用いても、第1排出チャネル(11)および第2排出チャネル(12)が同じ面内に形成されている場合、その幅が微細で深い流路(溝)の形成が必要である。よって、当該流路を例えば、ガラス基板や樹脂基板に形成するには、高精度の加工が必要となり、分離モジュールの製造コストが高くなる恐れがある。また、分離効率や分離精度を向上させるには限界があった。 However, even if the technique disclosed in the above document is used, when the first discharge channel (11) and the second discharge channel (12) are formed in the same plane, the flow path (groove) is fine and deep. Is necessary. Therefore, in order to form the flow path on, for example, a glass substrate or a resin substrate, high-precision processing is required, which may increase the manufacturing cost of the separation module. In addition, there is a limit to improving separation efficiency and separation accuracy.
そこで、本発明は、製作が容易で小型化にも適した分離装置および分離方法等を提供することを目的とする。また、分離効率や分離精度を向上させることができる分離装置および分離方法等を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a separation apparatus and a separation method that are easy to manufacture and suitable for downsizing. It is another object of the present invention to provide a separation apparatus and a separation method that can improve separation efficiency and separation accuracy.
(1)本発明に係る分離装置は、その第1面に形成された溝よりなる第1流路を有する第1基板と、上記第1流路と接続された注入部と、その第1面に形成された溝よりなる第2流路を有する第2基板と、上記第2流路と接続された第1収容部と、を有し、上記第1流路と上記第2流路が交差するよう、上記第1基板の第1面と上記第2基板の第1面を当接して成ることを特徴とする。 (1) A separation apparatus according to the present invention includes a first substrate having a first flow path formed by a groove formed on a first surface thereof, an injection portion connected to the first flow path, and a first surface thereof. A second substrate having a second flow path formed of a groove formed on the first substrate, and a first accommodating portion connected to the second flow path, wherein the first flow path and the second flow path intersect each other. Thus, the first surface of the first substrate and the first surface of the second substrate are brought into contact with each other.
かかる構成によれば、第1流路を層流状態で流れる液の液体成分を第2基板の第2流路(第1収容部)に導入することにより、液中の固形成分と液体成分とを分離することができる。このように、2つの基板上に形成される2つの流路を交差させて貼り合わせた構造により、上記液中の成分の分離が可能となる。よって、分離装置の製作が従来の方法に対して容易であり、また、小型化も可能となる。 According to such a configuration, by introducing the liquid component of the liquid flowing in the laminar flow through the first flow path into the second flow path (first housing portion) of the second substrate, the solid component and the liquid component in the liquid Can be separated. In this manner, the components in the liquid can be separated by the structure in which two flow paths formed on the two substrates are crossed and bonded together. Therefore, the separator can be easily manufactured compared to the conventional method, and the size can be reduced.
より好ましくは、上記注入部は上記第1流路の一端に接続され、上記第1流路の他端に第2収容部を有する。かかる構成によれば、第2収容部に液中の固形成分を導入することができる。 More preferably, the injection part is connected to one end of the first flow path, and has a second accommodating part at the other end of the first flow path. According to such a configuration, the solid component in the liquid can be introduced into the second housing portion.
より好ましくは、上記第2流路が複数形成されている。かかる構成によれば、複数の第2流路によって液の液体成分を導入することができるため、分離効率を向上させることができる。 More preferably, a plurality of the second flow paths are formed. According to this configuration, since the liquid component of the liquid can be introduced by the plurality of second flow paths, the separation efficiency can be improved.
より好ましくは、上記第1流路の幅はその深さの5倍以上である。かかる構成によれば、第2流路の幅を広く確保でき、流入液の流量を大きくできるため、分離効率を向上させることができる。 More preferably, the width of the first channel is not less than 5 times its depth. According to such a configuration, the width of the second flow path can be secured wide, and the flow rate of the influent can be increased, so that the separation efficiency can be improved.
例えば、上記分離装置は、血液中の液体成分を分離する装置であって、上記注入孔に試料血液が注入され、上記第2流路に、上記試料血液の血漿成分が導入される。かかる構成によれば、試料血液から血漿成分を分離でき、高精度な血液検査に資することができる。 For example, the separation device is a device for separating a liquid component in blood, and sample blood is injected into the injection hole, and a plasma component of the sample blood is introduced into the second flow path. According to this configuration, plasma components can be separated from the sample blood, which can contribute to highly accurate blood tests.
(2)本発明に係る分離装置は、開口部よりなる第1流路を有する第1基板と、上記第1流路と接続された注入部と、その第1面に形成された溝よりなる第2流路を有する第2基板と、その第1面に形成された溝よりなる第3流路を有する第3基板と、上記第2流路および第3流路と接続された第1収容部と、を有し、上記第1流路と上記第2流路および上記第1流路と上記第3流路がそれぞれ交差するよう、上記第1基板の第1面と上記第2基板の第1面を当接し、上記第1基板の第2面と上記第3基板の第1面を当接して成ることを特徴とする。 (2) A separation apparatus according to the present invention includes a first substrate having a first flow path made of an opening, an injection part connected to the first flow path, and a groove formed on the first surface thereof. A second substrate having a second flow path; a third substrate having a third flow path formed by a groove formed on a first surface thereof; and a first housing connected to the second flow path and the third flow path. A first surface of the first substrate and the second substrate so that the first flow path and the second flow path, and the first flow path and the third flow path intersect each other. The first surface abuts, and the second surface of the first substrate abuts on the first surface of the third substrate.
かかる構成によれば、第1流路を層流状態で流れる液の液体成分を第2および第3流路(第1収容部)に導入することにより、液中の固形成分と液体成分とを分離することができる。このように、3つの基板を積層し、第1基板の上下に配置される2つの基板の流路をそれぞれ第1基板の開口部と交差させて貼り合わせた構造により、上記液中の成分の分離が可能となる。よって、分離装置の製作が従来の方法に対して容易であり、また、小型化も可能となる。 According to such a configuration, by introducing the liquid component of the liquid flowing in the laminar flow through the first flow path into the second and third flow paths (first housing part), the solid component and the liquid component in the liquid are removed. Can be separated. In this way, the structure in which the three substrates are laminated and the flow paths of the two substrates arranged above and below the first substrate are bonded to each other so as to intersect with the opening of the first substrate is used. Separation is possible. Therefore, the separator can be easily manufactured compared to the conventional method, and the size can be reduced.
より好ましくは、上記注入部は上記第1流路の一端に接続され、上記第1流路の他端に第2収容部を有する。かかる構成によれば、第2収容部に液中の固形成分を導入することができる。 More preferably, the injection part is connected to one end of the first flow path, and has a second accommodating part at the other end of the first flow path. According to such a configuration, the solid component in the liquid can be introduced into the second housing portion.
より好ましくは、上記第2流路および第3流路がそれぞれ複数形成されている。かかる構成によれば、複数の第2および第3流路によって液の液体成分を導入することができるため、分離効率を向上させることができる。 More preferably, a plurality of the second flow paths and the third flow paths are formed. According to this configuration, since the liquid component of the liquid can be introduced by the plurality of second and third flow paths, the separation efficiency can be improved.
(3)本発明に係る分析装置は、分離部と検査部を有し、上記分離装置を分離部として有することを特長とする。 (3) The analyzer according to the present invention includes a separation unit and an inspection unit, and has the separation device as a separation unit.
かかる構成によれば、分離された液体成分等の検査を行なうことができる。特に、分離部および検査部を単一分析装置内に組み込むことで、μTASチップへの適用が可能となり、少量の試料や検査薬で、また、短時間での検査が可能となる。また、装置の小型化により、搬送や保管が容易となる。よって、POC検査等、試料の採取地での検査が可能となる。 According to this configuration, it is possible to inspect the separated liquid component and the like. In particular, by incorporating the separation unit and the inspection unit in a single analyzer, it can be applied to a μTAS chip, and a small amount of sample or test agent can be used for a short time. Moreover, conveyance and storage are facilitated by downsizing the apparatus. Therefore, it is possible to perform inspection at the sample collection site such as POC inspection.
(4)本発明に係る分析装置は、その第1面に形成された溝よりなる第1流路を有する第1基板と、上記第1流路と接続された注入部と、その第1面に形成された溝よりなる第2流路を有する第2基板と、上記第2流路と接続された第1収容部と、を有し、上記第1流路と上記第2流路が交差するよう、上記第1基板の第1面と上記第2基板の第1面を当接して成る分離部を有する。 (4) The analyzer according to the present invention includes a first substrate having a first flow path formed by a groove formed on the first surface, an injection portion connected to the first flow path, and a first surface thereof. A second substrate having a second flow path formed of a groove formed on the first substrate, and a first accommodating portion connected to the second flow path, wherein the first flow path and the second flow path intersect each other. In this case, the first substrate has a separation portion formed by contacting the first surface of the first substrate and the first surface of the second substrate.
かかる構成によれば、第1流路を層流状態で流れる液の液体成分を第2基板の第2流路(第1収容部)に導入することにより、液中の固形成分と液体成分とを分離することができる。このように、2つの基板上に形成される2つの流路を交差させて貼り合わせた構造により、上記液中の成分の分離が可能となる。よって、分離装置の製作が従来の方法に対して容易であり、また、小型化も可能となる。また、分析時間の短縮や分析精度の向上を図ることができる。また、当該分離部を分析装置に組み込むことで、分離された液体成分等の検査を行なうことができる。特に、分析装置のμTASチップ化が可能となり、少量の試料や検査薬で、また、短時間での検査が可能となる。また、装置の小型化により、搬送や保管が容易となる。よって、POC検査等、試料の採取地での検査が可能となる。 According to such a configuration, by introducing the liquid component of the liquid flowing in the laminar flow through the first flow path into the second flow path (first housing portion) of the second substrate, the solid component and the liquid component in the liquid Can be separated. In this manner, the components in the liquid can be separated by the structure in which two flow paths formed on the two substrates are crossed and bonded together. Therefore, the separator can be easily manufactured compared to the conventional method, and the size can be reduced. In addition, the analysis time can be shortened and the analysis accuracy can be improved. In addition, by incorporating the separation unit into the analyzer, the separated liquid component or the like can be inspected. In particular, the analysis device can be made into a μTAS chip, and a small amount of sample or test agent can be used, and a test can be performed in a short time. Moreover, conveyance and storage are facilitated by downsizing the apparatus. Therefore, it is possible to perform inspection at the sample collection site such as POC inspection.
(5)本発明に係る分析装置は、その第1面に形成された溝よりなる第1流路を有する第1基板と、上記第1流路と接続された注入部と、その第1面に形成された溝よりなる第2流路を有する第2基板と、上記第2流路と接続された第1収容部と、を有し、上記第1流路と上記第2流路が交差するよう、上記第1基板の第1面と上記第2基板の第1面が当接して配置され、さらに、上記第1収容部に配置されたセンサを有する。 (5) The analyzer according to the present invention includes a first substrate having a first flow path made of a groove formed on the first surface thereof, an injection portion connected to the first flow path, and a first surface thereof. A second substrate having a second flow path formed of a groove formed on the first substrate, and a first accommodating portion connected to the second flow path, wherein the first flow path and the second flow path intersect each other. The first surface of the first substrate and the first surface of the second substrate are in contact with each other, and further includes a sensor disposed in the first housing portion.
かかる構成によれば、第1流路を層流状態で流れる液の液体成分を第2基板の第2流路(第1収容部)に導入することにより、液中の固形成分と液体成分とを分離することができる。このように、2つの基板上に形成される2つの流路を交差させて貼り合わせた構造により、上記液中の成分の分離が可能となる。よって、分離装置の製作が従来の方法に対して容易であり、また、小型化も可能となる。さらに、第1収容部に配置されたセンサにより分離された液体成分の検査を行なうことができる。このようにセンサを配置することで、分析時間の短縮や分析精度の向上を図ることができる。また、分析装置の小型化が可能となり、例えば、μTASチップへの適用が可能となる。よって、少量の試料や検査薬で、また、短時間での検査が可能となる。また、装置の小型化により、搬送や保管が容易となる。よって、POC検査等、試料の採取地での検査が可能となる。 According to such a configuration, by introducing the liquid component of the liquid flowing in the laminar flow through the first flow path into the second flow path (first housing portion) of the second substrate, the solid component and the liquid component in the liquid Can be separated. In this manner, the components in the liquid can be separated by the structure in which two flow paths formed on the two substrates are crossed and bonded together. Therefore, the separator can be easily manufactured compared to the conventional method, and the size can be reduced. Furthermore, it is possible to inspect the liquid component separated by the sensor disposed in the first housing portion. By arranging the sensors in this way, analysis time can be shortened and analysis accuracy can be improved. Further, the analyzer can be miniaturized, and can be applied to, for example, a μTAS chip. Therefore, it is possible to perform a test in a short time with a small amount of sample or test agent. Moreover, conveyance and storage are facilitated by downsizing the apparatus. Therefore, it is possible to perform inspection at the sample collection site such as POC inspection.
(6)本発明に係る分離方法は、第1基板に形成された第1流路に注入された固形成分と液体成分を含有する液の液体成分を、上記第1基板の第1面に当接した第2基板上に形成され、上記第1流路と交差する上記第2流路に導入することによって、上記固形成分と液体成分とを分離するものである。 (6) In the separation method according to the present invention, the liquid component containing the solid component and the liquid component injected into the first flow path formed on the first substrate is applied to the first surface of the first substrate. The solid component and the liquid component are separated by being introduced into the second flow path formed on the second substrate in contact with the first flow path and intersecting the first flow path.
かかる構成によれば、第1流路を層流状態で流れる液の液体成分を第2基板の第2流路(第1収容部)に導入することにより、液中の固形成分と液体成分とを分離することができる。このように、2つの基板上に形成される2つの流路を交差させて貼り合わせた構造により、上記液中の成分の分離が可能となる。よって、分離方法が従来の方法に対して容易である。 According to such a configuration, by introducing the liquid component of the liquid flowing in the laminar flow through the first flow path into the second flow path (first housing portion) of the second substrate, the solid component and the liquid component in the liquid Can be separated. In this manner, the components in the liquid can be separated by the structure in which two flow paths formed on the two substrates are crossed and bonded together. Therefore, the separation method is easier than the conventional method.
以下、図面を参照しながら本実施の形態について説明する。なお、同一の機能を有するものには同一もしくは関連の符号を付し、その繰り返しの説明を省略する。 The present embodiment will be described below with reference to the drawings. In addition, the same or related code | symbol is attached | subjected to what has the same function, and the repeated description is abbreviate | omitted.
図1〜図4は、本実施の形態の第1の分離装置を示す図であり、図1は、本実施の形態の第1の分離装置を構成する基板の平面図であり、図2は、本実施の形態の第1の分離装置の流路を示す平面図である。また、図3は、本実施の形態の第1の分離装置の断面図であり、図4は、本実施の形態の第1の分離装置の流路部の斜視図である。なお、図3(A)は、図2のA−A断面部に、図3(B)は、図2のB−B断面部に対応する。また、図5は、本実施の形態の第1の分離装置による血液(試料血液)の分離状態を模式的に示す斜視図である。 1-4 is a figure which shows the 1st separation apparatus of this Embodiment, FIG. 1 is a top view of the board | substrate which comprises the 1st separation apparatus of this Embodiment, FIG. It is a top view which shows the flow path of the 1st separation apparatus of this Embodiment. FIG. 3 is a cross-sectional view of the first separation device of the present embodiment, and FIG. 4 is a perspective view of the flow path portion of the first separation device of the present embodiment. 3A corresponds to the AA cross section of FIG. 2, and FIG. 3B corresponds to the BB cross section of FIG. FIG. 5 is a perspective view schematically showing the state of blood (sample blood) separation by the first separation device of the present embodiment.
図3に示すように、本実施の形態の第1の分離装置(分離モジュール、マイクロデバイス)1は、基板S1および基板S2の積層構造を有する。この分離装置1は、例えば、血液中の血漿成分を分離するものである。
As shown in FIG. 3, the first separation apparatus (separation module, microdevice) 1 of the present embodiment has a stacked structure of a substrate S1 and a substrate S2. For example, the
図1に示すように、基板S1の表面(第1面)には、x方向に延在する2本の溝が形成され、この溝により流路(第1流路)10a、10bが構成される。また、基板S2の表面(第1面)には、y方向に延在する5本の溝が形成され、この溝により流路(第2流路、分岐流路)20aが構成される。これらの基板は、例えばガラス基板、樹脂基板もしくはシリコン基板等よりなり、上記溝は、例えば、エッチングにより形成される。また、基板S2には、その表面から裏面(第2面)に貫通する開口部が形成され、この開口部により注入孔(注入部、粒子分散液体収容部)3、収容部(粒子濃縮液体収容部)5aおよび収容部(粒子希釈液体収容部)5bが構成される。なお、基板以外に柔軟性を有するシート(フィルム)状の材料を用いてもよい。なお、注入孔3等には図示しないポンプ(シリンジポンプ)が例えば、シリコンチューブ(管)などを介して接続される。
As shown in FIG. 1, two grooves extending in the x direction are formed on the surface (first surface) of the substrate S1, and flow paths (first flow paths) 10a and 10b are formed by these grooves. The In addition, five grooves extending in the y direction are formed on the surface (first surface) of the substrate S2, and a flow path (second flow path, branch flow path) 20a is formed by the grooves. These substrates are made of, for example, a glass substrate, a resin substrate, or a silicon substrate, and the groove is formed by, for example, etching. Further, the substrate S2 is formed with an opening penetrating from the front surface to the back surface (second surface), and this opening portion serves as an injection hole (injection part, particle dispersion liquid storage part) 3 and a storage part (particle concentrated liquid storage). Part) 5a and storage part (particle dilution liquid storage part) 5b. In addition to the substrate, a flexible sheet (film) material may be used. Note that a pump (syringe pump) (not shown) is connected to the
例えば、流路10aの幅は約200μm、深さは約20μm、流路10bの幅は約200μm、深さは約12μmである。また、流路20aの幅は約200μm、深さは約200μmである。流路20aのような大きさの溝であれば、樹脂シート(樹脂基板)の射出成型やエンボス加工等により成型することも可能である。
For example, the width of the
上記基板S1およびS2が流路10a、10bと流路20aが交差するよう位置あわせして、貼り合わされることにより本実施の形態の第1の分離装置が形成される。基板の貼り合わせには、基板を位置あわせし、接着剤を用いて接合しても良いし、また、加熱圧着して接合してもよい。図2に示すように、ここでは、流路10a、10bと流路20aは、その注入孔3側のなす角θがほぼ90°となるよう交差している。また、注入孔3は、流路10aの一端と接続され、収容部5aは流路10aの他端と接続される。また、流路10bの一端は最も端の流路20aと接続され、この接続地点から一定の間隔をおいて順次流路20aが流路10bと接続される。さらに、流路10bの他端は、収容部5bと接続される。
The substrates S1 and S2 are aligned and bonded so that the
よって、注入孔3から流れ込む液のルートは、注入孔3から流路10aを経て収容部5aに至るルートと、注入孔3から流路10a、流路20aおよび流路10bを順次通り、収容部5bに至るルートとがある(図2、図4参照)。
Therefore, the route of the liquid flowing from the
上記分離装置を用いて試料液を分離することができる。ここでは、血液を分離する場合について説明する。血液検査は、医療の場において、欠かせない検査である。血液中には、赤血球、白血球、血小板などの固形成分(固体成分、細胞成分、血球成分、有形成分)と血漿(血清)と呼ばれる液体成分とが存在する。血液として全身を循環してきた血漿(血清)には、体の中の様々な物質が溶け込んでおり、これらの成分を測定することで、疾患の診断、治療、予防のための情報を得ることができる。よって、検査によっては、全血を用いて検査可能なものもあるが、例えば、微量成分の検出や濃度測定等、高精度な検査においては、血漿を分離して行なわなければならない検査も多い。なお、赤血球の直径は8μm程度、白血球の直径は10〜25μm程度、血小板の長径は2〜3μm程度である。 The sample solution can be separated using the separation device. Here, a case where blood is separated will be described. Blood tests are indispensable in medical settings. In blood, there are solid components such as red blood cells, white blood cells, and platelets (solid components, cell components, blood cell components, and formed components) and a liquid component called plasma (serum). Various substances in the body are dissolved in the blood (serum) that has circulated throughout the body as blood. By measuring these components, information for diagnosis, treatment, and prevention of diseases can be obtained. it can. Therefore, some tests can be performed using whole blood. However, in high-precision tests such as detection of trace components and concentration measurement, for example, there are many tests that must be performed after separating plasma. The diameter of red blood cells is about 8 μm, the diameter of white blood cells is about 10 to 25 μm, and the long diameter of platelets is about 2 to 3 μm.
そこで、上述した第1の分離装置によれば、血液中の液体成分である血漿を分離することができる。即ち、図2に示す、注入孔3に血液(全血)を注入し、収容部5a、5b上にパッキンを介してチューブコネクタを接続する。さらに、シリコンチューブを介して収容部5a、5bとシリンジポンプを接続する。シリンジポンプにより減圧し、注入孔3から1〜5μl/分の速度で、流路10a等に血液を送り込む。例えば、流路10aと流路10bとの間には、流路抵抗に4倍の差がある。即ち、流路10bの流路抵抗は流路10aの流路抵抗の4倍になっている。これに対し流路20aの流路抵抗は無視できるほど小さい。この場合、流量の約25%程度の血漿が収容部5bに流れ込むことが期待できる。第1の分離装置においては、5本の流路20aが設けられているため、体積(流量)の5%が流路20aに流れ込む。ここで、流路10a、10bおよび20a内の流れは層流となっており、深さ20μmの5%相当は、1μmであるため、1μm以上の粒子は流路20aには入り込まない。よって、血漿を収容部5bに、血漿が分離されたことで、固形成分の濃度が大きくなった濃縮血液を収容部5aに導入(分離)することができる。
Therefore, according to the first separation device described above, plasma that is a liquid component in blood can be separated. That is, blood (whole blood) is injected into the
上記分離が可能な理由について、図5等を参照しながら説明する。まず、流体の流れる流路が微小化し、数百μmオーダの断面(径、溝の幅、深さ)を持つ流路では流体と流路の壁との間に働く摩擦による影響が大きくなる。よって、このような微小流路では流れを評価する上で重要となるレイノルズ数は200以下となりその流れは層流となる。これらの事項は、微小血管においても確認されている。従って、流路の壁の近傍から流路の中心部にかけて流動抵抗が小さくなり、赤血球などの固形成分(図5の丸部)は、流れの速い中心部へ移動する。その結果、流路の外周(端部、側壁部)には、液体成分である血漿のみが流れる数μmの薄い層(血漿層:plasma layer、cell-free layer)が形成される。 The reason why the separation is possible will be described with reference to FIG. First, the flow path through which a fluid flows is miniaturized, and in a flow path having a cross section (diameter, groove width, depth) on the order of several hundred μm, the influence of friction acting between the fluid and the wall of the flow path increases. Therefore, in such a microchannel, the Reynolds number, which is important for evaluating the flow, is 200 or less, and the flow is a laminar flow. These matters have also been confirmed in microvessels. Therefore, the flow resistance decreases from the vicinity of the channel wall to the center of the channel, and solid components such as erythrocytes (circled in FIG. 5) move to the center where the flow is fast. As a result, a thin layer (plasma layer, cell-free layer) of several μm through which only plasma as a liquid component flows is formed on the outer periphery (end portion, side wall portion) of the flow path.
従って、図5に示すように、流路10aには注入孔3から全血が流れ込むが、流路10aの上方には、流路20aが交差する方向に配置されているため、流路10aの上面から数μmの血漿層が流路20aに流れ込む(抽出される)。よって、流路20aには、血漿成分が選択的(優先的)に流れ込み、流路10bを介して収容部5bに収容される(図4参照)。一方、流路10aの先にある収容部5aには、血漿成分が少なくなった濃縮血液が収容される。
Therefore, as shown in FIG. 5, the whole blood flows into the
このように、本実施の形態によれば、流路10aと流路20aを交差させて配置したので、血漿成分を流路20aに導入でき、血漿成分の分離が可能となる。また、流路10aと流路20aをそれぞれ基板S1および基板S2に形成したので、これらの流路形成面を当接し流路を交差させた単純な構成で上記分離を行なうことができる。流路の幅を深さに対し相対的に大きくすることができ、流路10aと流路20aの交差面積を大きくできる。よって、分離速度や分離精度を向上させることができ、分離効率を向上させることができる。また、分離装置の製造工程も簡単であり、安価に大量生産が可能である。すなわち、溝のアスペクト比を小さくできるため、基板の加工が容易となり、また、加工精度を向上させることができる。また、上記の通り微細な流路(溝)により分離が可能であるため、分離装置の小型化が可能である。よって、分離装置をマイクロデバイスとして形成でき、また、μTASチップの分離部として組み込むことも可能となる。
Thus, according to this Embodiment, since the
ここで、流路10aの幅と深さの比(幅/深さ)は、5以上であることが好ましい。言い換えれば、流路10aの幅はその深さの5倍以上であることが好ましい。
Here, the ratio (width / depth) of the width and depth of the
また、図2等に示すように、複数の流路20aを流路10aと交差させることにより分離効率を向上させることができる。
Further, as shown in FIG. 2 and the like, the separation efficiency can be improved by intersecting the plurality of
また、本実施の形態においては、流路10aと流路20aの注入孔3側のなす角θをほぼ90°としたが、かかる数値に限定されるものではなく、これらの流路が交差していれば分離は可能である。また、本実施の形態においては、流路抵抗の差を用いて流路10aと流路20aの流速(流量)を調整したが、複数のポンプで流量を調整する方法でも血漿の分離は可能である。ポンプによる調整は、前述の収容部5a、5b側からの吸引の他、注入孔3側からの加圧により行なってもよい。吸引の場合、収容部5aおよび5bのそれぞれにポンプを接続し、個別に調整を行なうことが可能である。また、上記加圧と吸引を同時に行なってもよい。
In the present embodiment, the angle θ formed between the
また、本実施の形態においては、血漿を導入する流路20aが形成された基板S2を基板S1上に配置したが、これらの基板の上下関係は血漿の分離には関係なく、要は、流路10aと流路20aが交差するよう基板S1およびS2が当接していればよい。
Further, in the present embodiment, the substrate S2 on which the
図6〜図8は、本実施の形態の第2の分離装置を示す図であり、図6は、本実施の形態の第2の分離装置を構成する基板の平面図であり、図7は、本実施の形態の第2の分離装置の断面図であり、図8は、本実施の形態の第2の分離装置の流路部の斜視図である。なお、図7は、図6のA−A断面部に対応する。なお、図1〜図4に示す第1の分離装置と同じ部位には同じ符号を付しその詳細な説明を省略する。 6 to 8 are diagrams showing a second separation device of the present embodiment, FIG. 6 is a plan view of a substrate constituting the second separation device of the present embodiment, and FIG. FIG. 8 is a cross-sectional view of a second separation device of the present embodiment, and FIG. 8 is a perspective view of a flow path portion of the second separation device of the present embodiment. 7 corresponds to the AA cross section of FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same site | part as the 1st separation apparatus shown in FIGS. 1-4, and the detailed description is abbreviate | omitted.
この場合、図7に示すように、基板S2上に基板S1が配置されている。図1に示すように、基板S1の表面(第1面)には、x方向に延在する2本の溝が形成され、この溝により流路(第1流路)10a、10bが構成される。また、基板S2の表面(第1面)には、y方向に延在する5本の溝が形成され、この溝により流路(第2流路)20aが構成される。ここでは、基板S1に、その表面から裏面に貫通する開口部が形成され、この開口部により注入孔3、収容部5aおよび収容部5bが構成される。なお、この第2の分離装置1の流路を示す平面図は、図2と同様である。
In this case, as shown in FIG. 7, the substrate S1 is disposed on the substrate S2. As shown in FIG. 1, two grooves extending in the x direction are formed on the surface (first surface) of the substrate S1, and flow paths (first flow paths) 10a and 10b are formed by these grooves. The In addition, five grooves extending in the y direction are formed on the surface (first surface) of the substrate S2, and a flow path (second flow path) 20a is configured by the grooves. Here, an opening penetrating from the front surface to the back surface is formed in the substrate S1, and the
この第2の分離装置においても第1の分離装置と同様に、流路10aには注入孔3から全血が流れ込むが、流路10aの下方には、流路20aが交差する方向に配置されているため、流路10aの上面から数μmの血漿層が流路20aに流れ込む(抽出される)。よって、流路20aには、血漿成分が選択的(優先的)に流れ込み、流路10bを介して収容部5bに収容される(図5および図8参照)。一方、流路10aの先にある収容部5aには、血漿成分が少なくなった濃縮血液が収容される。
In the second separation device, as in the first separation device, whole blood flows from the
また、第1および第2分離装置においては、2つの基板を積層したが、3つの基板を積層して分離装置1を構成してもよい。図9および図10は、本実施の形態の第3の分離装置を示す図であり、図9は、本実施の形態の第3の分離装置を構成する基板の平面図であり、図10は、本実施の形態の第3の分離装置の断面図である。なお、図10は、図9のA−A断面部に対応する。なお、図1〜図4に示す第1の分離装置と同じ部位には同じ符号を付しその詳細な説明を省略する。
In the first and second separation devices, two substrates are stacked, but the
この場合、図10に示すように、基板S3上に基板S1が配置され、基板S1上に基板S2が配置されている。図9に示すように、基板S1には、その表面から裏面に貫通し、x方向に延在する2本のスリット(開口部)が形成され、このスリットにより流路(第1流路)10a、10bが構成される。また、基板S2の表面(第1面)には、y方向に延在する5本の溝が形成され、この溝により流路(第2流路)20aが構成される。また、基板S2には、さらに、その表面から裏面に貫通する開口部が形成され、この開口部により注入孔3、収容部5aおよび収容部5bが構成される。また、基板S3の表面(第1面)には、y方向に延在する5本の溝が形成され、この溝により流路(第3流路)30aが構成される。この流路30aは、その平面パターンが流路20aと重ならないよう、流路20a間に位置するように配置されている。
In this case, as shown in FIG. 10, the substrate S1 is disposed on the substrate S3, and the substrate S2 is disposed on the substrate S1. As shown in FIG. 9, the substrate S1 is formed with two slits (openings) extending from the front surface to the back surface and extending in the x direction, and the slits (first flow channel) 10a. 10b are configured. In addition, five grooves extending in the y direction are formed on the surface (first surface) of the substrate S2, and a flow path (second flow path) 20a is configured by the grooves. Further, the substrate S2 is further formed with an opening penetrating from the front surface to the back surface, and the opening portion constitutes the
この第3の分離装置においても第1の分離装置等と同様に、流路10aには注入孔3から全血が流れ込むが、流路10aの上方には、流路20aが交差する方向に配置され、さらに、流路10aの下方には、流路30aが交差する方向に配置されているため、流路10aの上面もしくは下面から数μmの血漿層が流路20aおよび30aに流れ込む(抽出される)。よって、流路20aおよび30aには、血漿成分が選択的(優先的)に流れ込み、流路10bを介して収容部5bに収容される。一方、流路10aの先にある収容部5aには、血漿成分が少なくなった濃縮血液が収容される。
In the third separation device, as in the first separation device, the whole blood flows into the
この第3の分離装置においては、第1および第2の分離装置の効果に加え、流路10aと交差する流路20aおよび30aの数が多いため分離効率が向上する。また、流路10aを基板S1中のスリットで構成し、その上下に流路20aおよび30aを配置したので、流路の高集積化が可能となり、装置のさらなる小型化を図ることができる。
In the third separation device, in addition to the effects of the first and second separation devices, the separation efficiency is improved because the number of
上記第1〜第3の分離装置においては、分離を主たる処理として行なう分離装置として説明したが、同様の構成要素を分離部としてμTASデバイスのような分析装置に組み込んでもよい。また、上記の収容部(特に5b)に接続する検査部を基板中に設け、検査試薬等と反応させ、検査(判定)を行なえる分析装置としてもよい。 In the first to third separation apparatuses, the separation apparatus has been described as a main process. However, similar components may be incorporated into an analysis apparatus such as a μTAS device as a separation unit. Moreover, it is good also as an analyzer which can provide a test | inspection part connected to said accommodation part (especially 5b) in a board | substrate, and it can react with a test reagent etc. and can perform a test | inspection (determination).
また、図11に示すように、分析装置50の収容部5b内にセンサ40を配置し、検査結果を電極(配線)43を介して電気信号として取り出してもよい。図11は、本実施の形態の分析装置を示す平面図および断面図である。なお、断面図は、平面図のB−B断面に対応する。また、センサ40および電極43の構成以外は、第2の分離装置と同じ構成であるため対応する部位には同じ符号を付しその詳細な説明を省略する。
In addition, as shown in FIG. 11, the
第2の分離装置と同様に、流路10aの先にある収容部5aには、血漿成分が少なくなった濃縮血液が収容される。ここで、収容部5bに収容された血漿成分について、センサにより検査対象成分の検出もしくは濃度測定等を行なう。例えば、検査対象成分の有無や濃度を電気信号に変換し、電極43を介して電気信号として検出する。
Similar to the second separation device, the concentrated blood with reduced plasma components is accommodated in the
血液検査センサには、例えば、電気化学センサ、QCMセンサ、SPRセンサや光学センサなどがある。図示のセンサ40は、電気化学センサの一種で、血糖値などの測定を行なう酵素センサ(酵素電極)である。
Examples of blood test sensors include electrochemical sensors, QCM sensors, SPR sensors, and optical sensors. The illustrated
例えば、センサ中にグルコースオキシダーゼとフェリシアン化カリウムを含む酵素電極を準備しておくと、血液中のブドウ糖と特異的に反応し、グルコン酸と電子を発生する。この電子はフェリシアン化カリウムをフェロシアン化カリウムとし、これに一定の電圧を加えることで再びフェリシアン化カリウムとなり、そのとき電流が発生する。この電流が血液中のブドウ糖濃度に比例するため、電流値を測定することで、血糖値を測定することができる。 For example, if an enzyme electrode containing glucose oxidase and potassium ferricyanide is prepared in the sensor, it reacts specifically with glucose in the blood to generate gluconic acid and electrons. This electron turns potassium ferricyanide into potassium ferrocyanide, and when a certain voltage is applied thereto, it becomes potassium ferricyanide again, and then a current is generated. Since this current is proportional to the glucose concentration in the blood, the blood glucose level can be measured by measuring the current value.
もちろん、上述の他のセンサを組み込んでもよい。以下に、SPRセンサおよびQCMセンサについて説明する。 Of course, other sensors described above may be incorporated. Hereinafter, the SPR sensor and the QCM sensor will be described.
抗体はある特定の分子を選択的に吸着する性質があるため、金属薄膜の上に抗体を並べて反射光をモニタすると、その抗体だけに結合する分子が結合する時に反射光の強度や反射強度のピーク位置が変化する。これは、金属薄膜中の電子雲が生み出す屈折率がかわるためである。この変化を検出するセンサがSPR(Surface plasma resonance)センサである。 Since an antibody has the property of selectively adsorbing a specific molecule, when the reflected light is monitored by arranging the antibody on a metal thin film, the intensity of the reflected light or the reflected intensity is reduced when molecules that bind only to that antibody bind. The peak position changes. This is because the refractive index generated by the electron cloud in the metal thin film changes. A sensor that detects this change is an SPR (Surface Plasma Resonance) sensor.
また、水晶の規則正しい振動発信を利用したセンサがQCM(Quartz Crystal Microbalance)センサである。即ち、水晶振動子の電極表面に物質が付着すると、その質量に 応じて周波数が変動する(減じる)性質を利用して、きわめて微量(ナノグラムオーダー)の質量変化を計測することができる。 A sensor that utilizes regular vibration transmission of quartz is a QCM (Quartz Crystal Microbalance) sensor. That is, when a substance adheres to the electrode surface of a crystal resonator, a very small amount (nanogram order) of mass change can be measured by utilizing the property that the frequency varies (decreases) according to the mass.
このように、分析装置に第1〜第3の分離装置を分離部として組み込んだり、第1〜第3の分離装置にセンサ等の検出部を設けたりして、分析装置として使用することができる。かかる分析装置により、分離された血漿を効率的に検査(分析)することができ、分析時間の短縮や分析精度の向上を図ることができる。また、分析装置の小型化が可能となり、例えば、μTASチップへの適用が可能となる。よって、少量の試料(サンプル)や検査薬で、短時間での検査が可能となる。また、装置の小型化により、搬送や保管が容易となる。よって、POC検査等、試料の採取地での検査が可能となる。 In this way, the first to third separation devices can be incorporated as a separation unit in the analysis device, or a detection unit such as a sensor can be provided in the first to third separation devices to be used as the analysis device. . With such an analyzer, the separated plasma can be efficiently examined (analyzed), and analysis time can be shortened and analysis accuracy can be improved. Further, the analyzer can be miniaturized, and can be applied to, for example, a μTAS chip. Therefore, it is possible to perform inspection in a short time with a small amount of sample (sample) or test agent. Moreover, conveyance and storage are facilitated by downsizing the apparatus. Therefore, it is possible to perform inspection at the sample collection site such as POC inspection.
なお、分析装置においては、検出部の他、血漿から不要なタンパク質(特に凝固性を有するタンパク質)を取り除く精製部(凝固沈殿部)や他の処理部(試薬混合部、加熱部や反応部、他の分離部等)を設けてもよい。 In the analyzer, in addition to the detection unit, a purification unit (coagulation precipitation unit) that removes unnecessary proteins (particularly proteins having coagulation properties) from plasma and other processing units (reagent mixing unit, heating unit and reaction unit, Other separation units and the like may be provided.
また、上記実施の形態においては、血液を例に説明したが、血液に限らず、固形成分と液体成分を含有する分散液(試料液、検体、懸濁液)に広く適用可能である。例えば、上記分離装置等を、培養細胞の懸濁液の固形成分と液体成分の分離に用いてもよい。この場合、収容部5aに収容される高濃度細胞液(固形成分)の分離が重要となる。よって、細胞を効率よく採取するため、当該注入孔3から収容部5a、5bまでの分離を複数回行い、即ち、当該注入孔3から収容部5a、5bまでの分離ユニットを複数段準備し、順次細胞成分の濃度を高めてもよい。
In the above embodiment, blood has been described as an example. However, the present invention is not limited to blood, and can be widely applied to dispersion liquids (sample liquid, specimen, suspension) containing a solid component and a liquid component. For example, the separation device or the like may be used to separate a solid component and a liquid component of a suspension of cultured cells. In this case, it is important to separate the high-concentration cell liquid (solid component) stored in the
また、上記実施の形態においては、例えば、基板S2に溝を設けたが、かかる溝を基板に設けたスリットと、その基板の一面を覆う他の基板や膜で構成してもよい。 Moreover, in the said embodiment, although the groove | channel was provided in the board | substrate S2, for example, you may comprise by the slit which provided this groove | channel in the board | substrate, and the other board | substrate and film | membrane which covers the one surface of the board | substrate.
また、上記実施の形態においては、分離装置の上部に注入孔および収容部を設けたが、注入や収容は、装置の側面や底面(下面)から行なってもよい。 Moreover, in the said embodiment, although the injection hole and the accommodating part were provided in the upper part of the separation apparatus, you may perform injection | pouring and accommodation from the side surface or bottom face (lower surface) of an apparatus.
また、上記発明の実施の形態を通じて説明された実施例や応用例は、用途に応じて適宜組み合わせて、又は変更若しくは改良を加えて用いることができ、本発明は上述した実施形態の記載に限定されるものではない。 In addition, the examples and application examples described through the above-described embodiments of the present invention can be used in combination as appropriate according to the application, or can be used with modifications or improvements, and the present invention is limited to the description of the above-described embodiments. Is not to be done.
1…分離装置、3…注入孔、5a、5b…収容部、10a、10b…流路、20a…流路、30a…流路、40…センサ、43…電極、50…分析装置、S1、S2、S3…基板
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記第1流路と接続された注入部と、
第1面に形成された溝よりなる第2流路を有する第2基板と、
前記第2流路と接続された第1収容部と、を有し、
前記第1流路と前記第2流路が交差するよう、前記第1基板の第1面と前記第2基板の第1面を当接して成ることを特徴とする分離装置。 A first substrate having a first flow path made of a groove formed in the first surface;
An injection part connected to the first flow path;
A second substrate having a second flow path made of a groove formed in the first surface;
A first accommodating portion connected to the second flow path,
A separation apparatus, wherein the first surface of the first substrate and the first surface of the second substrate are brought into contact with each other so that the first channel and the second channel intersect.
前記第1流路と接続された注入部と、
第1面に形成された溝よりなる第2流路を有する第2基板と、
第1面に形成された溝よりなる第3流路を有する第3基板と、
前記第2流路および第3流路と接続された第1収容部と、を有し、
前記第1流路と前記第2流路および前記第1流路と前記第3流路がそれぞれ交差するよう、前記第1基板の第1面と前記第2基板の第1面を当接し、前記第1基板の第2面と前記第2基板の第1面を当接して成ることを特徴とする分離装置。 A first substrate having a first flow path comprising an opening;
An injection part connected to the first flow path;
A second substrate having a second flow path made of a groove formed in the first surface;
A third substrate having a third flow path made of a groove formed on the first surface;
A first housing connected to the second flow path and the third flow path,
Contacting the first surface of the first substrate and the first surface of the second substrate so that the first channel and the second channel, and the first channel and the third channel cross each other, A separation apparatus, wherein the second surface of the first substrate and the first surface of the second substrate are brought into contact with each other.
前記第1流路と接続された注入部と、
第1面に形成された溝よりなる第2流路を有する第2基板と、
前記第2流路と接続された第1収容部と、を有し、
前記第1流路と前記第2流路が交差するよう、前記第1基板の第1面と前記第2基板の第1面を当接して成る分離部を有することを特徴とする分析装置。 A first substrate having a first flow path made of a groove formed in the first surface;
An injection part connected to the first flow path;
A second substrate having a second flow path made of a groove formed in the first surface;
A first accommodating portion connected to the second flow path,
An analyzer comprising: a separation unit formed by contacting the first surface of the first substrate and the first surface of the second substrate so that the first channel and the second channel intersect each other.
前記第1流路と接続された注入部と、
第1面に形成された溝よりなる第2流路を有する第2基板と、
前記第2流路と接続された第1収容部と、を有し、
前記第1流路と前記第2流路が交差するよう、前記第1基板の第1面と前記第2基板の第1面が当接して配置され、
さらに、前記第1収容部に配置されたセンサを有することを特徴とする分析装置。 A first substrate having a first flow path made of a groove formed in the first surface;
An injection part connected to the first flow path;
A second substrate having a second flow path made of a groove formed in the first surface;
A first accommodating portion connected to the second flow path,
The first surface of the first substrate and the first surface of the second substrate are in contact with each other so that the first channel and the second channel intersect,
Furthermore, it has a sensor arrange | positioned at the said 1st accommodating part, The analyzer characterized by the above-mentioned.
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