JP2008302322A - 液体攪拌方法、これに用いるカートリッジおよび液体攪拌システム - Google Patents

Abstract

【課題】コスト上昇を招来することなく確実に攪拌を行うことが可能な液体攪拌方法、これに用いるカートリッジ、および液体攪拌システムを提供すること。
【解決手段】血液と希釈液とを攪拌する液体攪拌方法であって、変形容易壁２１の内面２１ａを含む複数の内面によって規定された第１希釈槽４２Ａに、血液と、希釈液とが収容された状態で、変形容易壁２１を、その内面２１ａの一部が第１希釈槽４２Ａの内方に突出するように変形させるとともに、内面２１ａの変形突出部分２１ｃの位置を血液および希釈液に対して順次変更する。
【選択図】 図１３

Description

本発明は、たとえば微量な血液と、希釈液または試薬などとを攪拌するのに適した液体攪拌方法、これに用いるカートリッジおよび液体攪拌システムに関する。

身体の健康状態を把握するために、血液中の特定成分を分析することが広く行われている。近年においては、大掛かりな装置を用いることなく、比較的コンパクトな装置構成とされた分析装置を用いて上記特定成分の分析がなされ始めている。このような分析装置においては、血液を希釈液によって希釈したり、希釈された血液と試薬とを混合したりするために、液体を攪拌する処理が行われる。

図２３は、従来の液体攪拌方法の一例を示している（たとえば、特許文献１）。同図には、たとえば血液の特定成分の分析に用いるカートリッジＸが示されている。カートリッジＸには、導入された血液９４を希釈し、あるいは試薬と混合する部位が形成されている。本体９１に形成された希釈槽９２は、その一例である。希釈槽９２に導入された血液９４は、希釈液９５とともに攪拌される。この攪拌を行うために、希釈槽９２には、あらかじめ複数の磁性体粒子９３が収容されている。希釈槽９２の外部には、攪拌アーム９６が設けられている。攪拌アーム９６には１対の磁石が備えられており、これらの磁石を回転させることが可能とされている。希釈槽９２の外部において攪拌アーム９６を回転させると、複数の磁性体粒子９３が円運動させられる。これにより、血液９４と希釈液９５とが攪拌される。血液９４と希釈液９５との攪拌が十分に行えた後は、希釈血液を図外の分析工程へと送る。

しかしながら、この種の分析に供される血液９４は、その量がμＬオーダーのごく微量であることが一般的である。このため、複数の磁性体粒子９３としても、非常に細かなものを用意する必要がある。また、磁性体粒子９３は、血液９４の特定成分の分析を不当に妨げるような性状であってはならない。このような磁性体粒子９３は、カートリッジＸのコストを甚だしく上昇させてしまう原因となっていた。特に、カートリッジＸを１回の分析ののちに廃棄する、いわゆるディスポーザブルタイプとして構成する場合、前述のコスト増が、実用化の大きな障害となる。

また、磁性体粒子９３の円運動は、磁力を介して駆動力が伝達される。このため、攪拌アーム９６の回転数を上昇させると、血液９４による抵抗力などに起因して、攪拌アーム９６の運動に磁性体粒子９３が追従しにくくなる。これは、攪拌力の向上、ひいては分析までに要する時間の短縮を妨げる要因となっていた。
特許第３１３５０５７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、コスト上昇を招来することなく確実に攪拌を行うことが可能な液体攪拌方法、これに用いるカートリッジ、および液体攪拌システムを提供することをその課題とする。

上記課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。

本発明の第１の側面によって提供される液体攪拌方法は、液体と、この液体以外の物質と、を攪拌する液体攪拌方法であって、変形容易壁の内面を含む複数の内面によって規定された攪拌空間に、上記液体と、上記液体以外の物質とが収容された状態で、上記変形容易壁を、その内面の一部が上記攪拌空間の内方に突出するように変形させるとともに、上記内面の変形突出部分の位置を上記液体に対して順次変更することを特徴としている。

このような構成によれば、このような構成によれば、上記攪拌空間内にたとえば磁性体粒子などの攪拌エネルギーを生じさせるものを収容しておく必要がない。これは、上記液体攪拌方法に用いる器具のコスト削減に有利である。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記変形容易壁の外面に対して、１以上の突起を押し当てることにより、上記変形容易壁の内面を、その一部が上記攪拌空間の内方に突出するように変形させる。このような構成によれば、上記突起に対して上記変形突出部分がずれてしまうおそれがない。

本発明の好ましい実施の形態においては、１以上の上記突起を上記外面に対して相対動させることにより、上記内面の変形突出部分を上記液体に対して相対動させる。このような構成によれば、上記液体の流動を促進するのに適しており、攪拌速度の向上を図るのに有利である。

本発明の好ましい実施の形態においては、１以上の上記突起の相対動は、円運動を含む。このような構成によれば、微小な閉空間におかれた液体に旋回動を生じさせることができる。旋回動によれば、液体を効率よく攪拌することができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記相対動させられたときの軌跡が、互いの直径が異なる同心円となる。このような構成によれば、上記攪拌空間にある液体を満遍なく攪拌することが可能である。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記変形容易壁は、樹脂製シートである。このような構成によれば、上記変形突出部分を上記突起によく沿った形状とするのに有利である。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記液体は、血液、希釈液、液状試薬から選択され、上記液体以外の物質は、希釈液、乾燥試薬、血球成分、液状試薬のうち、上記液体として選択されたものと異なる物質が選択される。このような構成によれば、このような構成によれば、血液のたとえば血球計数や、ヘモグロビン（以下、Ｈｂ）およびＣ反応蛋白（以下、ＣＲＰ）測定などを効率よく、高精度で行うことができる。なお、このような構成において攪拌される液体およびこれ以外の物質の組み合わせとしては、たとえば、血液を希釈液で希釈する、乾燥試薬を血液で溶解する、血球成分（血餅）を希釈液で分散する、乾燥試薬を希釈液で溶かす、高濃度な液状試薬を希釈液で薄める、血液と液状試薬を混ぜる（この液状試薬は、高濃度液状試薬が希釈液で薄められたものでも良い）が挙げられる。

本発明の第２の側面によって提供されるカートリッジは、液体と、この液体以外の物質とを攪拌するための攪拌空間を有するカートリッジであって、上記攪拌空間を規定する複数の内面に含まれる内面を有する変形容易壁を備えており、上記変形容易壁は、その内面の一部が上記攪拌空間の内方に突出するように変形させられることが可能とされていることを特徴としている。

このような構成によれば、上記攪拌空間内に、たとえば磁性体粒子などを封入しておく必要がない。これにより、上記カートリッジのコスト低減を図ることができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記変形容易壁の外面に対して突起を押し当てることにより、その一部が上記攪拌空間の内方に突出するように上記変形容易壁の内面が変形させられることが可能とされている。このような構成によれば、上記変形容易壁の上記内面の一部を、上記攪拌空間の内方に確実に突出させることが可能である。

本発明の好ましい実施の形態においては、開口を有する本体と、上記開口をふさぐシートと、を備えており、上記シートのうち上記開口をふさぐ部分が、上記変形容易壁とされている。このような構成によれば、上記変形容易壁を、上記攪拌空間を囲う上記変形容易壁以外の部位に対して、顕著に剛性が小である部分とするのに適している。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記シートは、樹脂からなる。このような構成によれば、上記変形容易壁をたとえば押し付けられた突起の形状によく沿った形状に変形させるのに好適である。

本発明の第３の側面によって提供される液体攪拌システムは、本発明の第２の側面によって提供されるカートリッジと、上記変形容易壁を、その内面の一部が上記攪拌空間の内方に突出するように変形させるとともに、上記変形容易壁の変形突出部分の位置を順次変更させる変形突出部分生成手段を有する液体攪拌装置と、を備えることを特徴としている。

このような構成によれば、上記カートリッジの上記攪拌空間内に封入された液体を、非接触な状態でありつつ、十分に攪拌することが可能である。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記変形突出部分生成手段は、１以上の突起を有する。このような構成によれば、上記変形突出部分を、上記攪拌空間の内方に向けて確実に突出させることができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、１以上の上記突起は、上記カートリッジの上記外面に対して相対動可能とされている。このような構成によれば、上記攪拌空間内の液体の流動を促進するのに適している。

本発明の好ましい実施の形態においては、１以上の上記突起の相対動は、円運動を含む。このような構成によれば、上記攪拌空間内の液体を効率よく攪拌することができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記相対動させられたときの軌跡が、互いの直径が異なる同心円となる複数の上記突起を備える。このような構成によれば、上記攪拌空間内の液体を満遍なく攪拌するのに好適である。

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。

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は、本発明に係る液体攪拌方法を利用した分析に用いるカートリッジの一例を示している。本実施形態のカートリッジＡは、血液の特定成分の分析を行うためものであり、図５に示す分析装置Ｂに装填される。カートリッジＡと分析装置Ｂとは、本発明に係る液体攪拌システムの一例に相当する。

図１に示すように、カートリッジＡは、本体１、シート２、希釈手段４、複数の分析部５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ、および２つの流量計測部６Ａ，６Ｂを具備している。後述するように、希釈手段４および分析部５Ｃ，５Ｄにおいて、本発明に係る液体攪拌方法が行われる。

本体１は、扁平矩形状であり、たとえばアクリルなどの樹脂からなる。本体１の図１における図中下面には、後述する流路や槽を形成するための複数の凹部または溝部が形成されている。また、本体１には、複数の開口Ｈ１〜Ｈ１５が形成されている。本実施形態においては、本体１は、７０ｍｍ角程度のサイズとされ、その厚さが５ｍｍ程度とされる。

シート２は、たとえばＰＥＴ（PolyEthilene Terephthalate）などの透明な樹脂からなり、比較的薄状とされている。本実施形態においては、シート２の厚さは０．０５ｍｍ程度とされている。

開口Ｈ１は、分析すべき血液をカートリッジＡに導入するための液導入口となっている。開口Ｈ１は、その直径が３ｍｍ程度とされる。図４に示すように、開口Ｈ１は、本体１を貫通する貫通孔に繋がっており、その図中下部には導入流路４３ａが繋がれている。

希釈手段４は、開口Ｈ１から導入された血液を各種分析に適した濃度に希釈するためのものであり、第１および第２希釈槽４２Ａ，４２Ｂ、血液計量手段４３、および第１検体血液計量手段４５を具備して構成されている。本実施形態の希釈手段４は、後述するように第１および第２希釈槽４２Ａ，４２Ｂを用いた２段階希釈が可能なタイプとされている。

第１および第２希釈槽４２Ａ，４２Ｂは、血液の希釈がなされる槽である。図２に示すように、第１希釈槽４２Ａは、本体１に形成された貫通孔とこれを塞ぐシート２によって囲われている。シート２のうちこの塞ぐ部分が、変形容易壁２１となっている。すなわち、第１希釈槽４２Ａは、変形容易壁２１の内面２１ａと、本体１の上記貫通孔の内面とによって規定された攪拌空間となっている。第１希釈槽４２Ａは、開口Ｈ２に繋がっている。第２希釈槽４２Ｂは、第１希釈槽４２Ａと同様の構造とされており、開口Ｈ３に繋がっている。本実施形態においては、第１および第２希釈槽４２Ａ，４２Ｂは、いずれもその直径が６ｍｍ程度、深さが２ｍｍ程度とされており、その容積が５０μＬ以上となっている。第１希釈槽４２Ａは、血液計量手段４３と繋がっており、血液計量手段４３により計量された血液が希釈される槽である。第２希釈槽４２Ｂは、第１検体血液計量手段４５と繋がっている。第２希釈槽４２Ｂにおいては、第１検体血液計量手段４５によって計量された第１検体血液が希釈される。

血液計量手段４３は、開口Ｈ１と第１希釈槽４２Ａとの間に配置されており、導入流路４３ａ、計量流路４３ｃ、およびオーバーフロー流路４３ｄを含んでいる。導入流路４３ａは、開口Ｈ１から血液を導入する流路となっている。導入流路４３ａからは、分岐部４３ｂを介して計量流路４３ｃとオーバーフロー流路４３ｄとが延びている。計量流路４３ｃは、分析に適した所定量の血液を一時的に滞留させるためのものである。導入流路４３ａ、計量流路４３ｃ、およびオーバーフロー流路４３ｄは、たとえばその幅が３８０μｍ程度、その深さが３８０μｍ程度とされている。計量流路４３ｃは、その長さが８ｍｍ程度とされており、その容積が０．５μＬ程度とされる。計量流路４３ｃと第１希釈槽４２Ａとの間には、オリフィス４３ｅが設けられている。オリフィス４３ｅは、その幅が５０μｍ程度とされており、計量流路４３ｃから第１希釈槽４２Ａへの圧損抵抗を意図的に高めるためのものである。オーバーフロー流路４３ｄは、複数の屈曲部を有する流路であり、開口Ｈ８に繋がっている。

第１検体血液計量手段４５は、導入流路４５ａ、計量流路４５ｃ、およびオーバーフロー流路４５ｄを含んでいる。導入流路４５ａには、分岐部４５ｂを介して計量流路４５ｃおよびオーバーフロー流路４５ｄが繋がれている。計量流路４５ｃは、オリフィス４５ｅを介して第２希釈槽４２Ｂに繋がっている。オーバーフロー流路４５ｄの下流側端には、開口Ｈ１０が繋がっている。

複数の分析部５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄは、血液中の特定成分の分析が行われる部位である。第１および第２分析部５Ａ，５Ｂは、電気抵抗検出法を用いた分析部であり、第１分析部５Ａが白血球用、第２分析部５Ｂが赤血球用である。一方、第３および第４分析部５Ｃ，５Ｄは、光学的手法を用いた分析部であり、第３分析部５ＣがＨｂ用、第４分析部がＣＲＰ用である。

第１分析部５Ａは、バッファ槽４６を介して第１希釈槽４２Ａに繋がっており、第１希釈槽４２Ａにおいて希釈された検体血液を用いて白血球の計数を行うための部位である。バッファ槽４６には、開口Ｈ９が接続されている。第１分析部５Ａは、細孔５２とこの細孔５２を挟む１対の電極５１とを有しており、電気抵抗検出法を用いた計数が可能に構成されている。細孔５２は、その前後の流路の幅が２００μｍ程度であるのに対して、その幅が５０μｍ程度の狭幅とされている。この幅は、白血球が通過したときに１対の電極５１間の電気抵抗の変化が顕著に大きくなるように決定されている。細孔５２前後の拡大された流路部分には、１対の電極５１が設けられている。１対の電極５１は、たとえば金、白金、パラジウム、カーボンから選ばれた１種または複数種類のものからなる。

第２分析部５Ｂは、第２希釈槽４２Ｂに繋がっており、第２希釈槽４２Ｂにおいて第２回目の希釈がなされた検体血液を用いて赤血球の計数を行うための部位である。第２分析部５Ｂは、第１分析部５Ａとほぼ同一の構造を有している。

第３分析部５Ｃは、バッファ槽４６に繋がっており、第４分析部５Ｄは、第１希釈槽４２Ａに繋がっている。第３および第４分析部５Ｃ，５Ｄは、光学的手法によりそれぞれＨｂおよびＣＲＰを計測するための部位である。第３および第４分析部５Ｃ，５Ｄは、それぞれ分析槽５４を有している。図３に示すように、分析槽５４は、開口Ｈ４あるいは開口Ｈ５に繋がる攪拌空間とされている。シート２のうち分析槽５４を囲う部分は、変形容易壁２１となっている。変形容易壁２１の内面２１ａは、攪拌空間としての分析槽５４を規定する内面のひとつである。分析槽５４の天井面には、反射膜５５が形成されている。反射膜５５は、たとえば金、白金、パラジウムから選ばれた１種または複数種類のものからなる金属箔や、二酸化チタンなどからなる白色顔料層など、反射光測定を行うのに適した高い反射率を有する素材からなるものが好ましい。また、本実施形態においては、反射膜５５に試薬５６が塗布されている。試薬５６は、検体血液と混合されてＨｂまたはＣＲＰについて光学的手法により計測を行うことを可能とするものであり、乾燥状態とされている。第３および第４分析部５Ｃ，５Ｄの前後には、開口Ｈ９、Ｈ１３，Ｈ１４，Ｈ１５が配置されている。

第１および第２分析部５Ａ，５Ｂには、第１および第２流量計測部６Ａ，６Ｂがそれぞれ繋がっている。第１および第２流量計測部６Ａ，６Ｂは、それぞれ第１および第２分析部５Ａ，５Ｂを通過した検体血液の流量を計測するための部位であり、幅広流路６１と２つずつの電極６２とを有している。第１および第２流量計測部６Ａ，６Ｂの下流側には、開口Ｈ１１，Ｈ１２がそれぞれ繋がっている。上流側の１対の電極６２が検体血液に濡れると、その導通が検出可能となる。この後に、下流側の１対の電極６２が導通可能となるまでの時間を把握する。この時間と幅広流路６１に滞留可能な容積とから、第１および第２分析部５Ａ，５Ｂに流れる検体血液の流量を正確に測定可能とされている。

次に、カートリッジＡを用いた血液分析について、特に本発明に係る液体攪拌方法に関し、以下に説明する。

まず、開口Ｈ１から試料液としての血液をスポイトなどを用いて導入する。そして、図５に示すように、カートリッジＡを分析装置Ｂに装填する。この装填においては、コネクタ８を分析装置Ｂのコネクタ（図示略）に接続する。開口Ｈ１〜Ｈ１５は、分析装置Ｂに備えられた、たとえばポンプ（図示略）に繋がるバルブユニット（図示略）に接続される。

次に、血液計量手段４３による血液の計量を行う。図６に示すように、開口Ｈ１に導入された血液Ｓを、開口Ｈ１に高圧を付加することにより、下流側に送る。血液Ｓのうち、計量流路４３ｃに滞留した血液Ｓａは、その量が計量流路４３ｃの容積によって正確に規定される。本実施形態においては、血液Ｓａは、０．５μＬ程度とされる。なお、本図において開口Ｈ３，Ｈ１４，Ｈ１５に付記された×印は、閉状態とされていることを表し、以降の図においても同様である。

次に、図７に示すように、第１希釈槽４２Ａに希釈液４０Ａを導入する。カートリッジＡを分析装置Ｂに装填した状態で、図９に示すように、第１希釈槽４２Ａに繋がる開口Ｈ２は、分析装置Ｂに設けられたノズル８２によって塞がれている。このノズル８２は、第１希釈槽４２Ａに対する圧力付加と、希釈液４０Ａの注入との機能を果たす。そして、図８に示すように、たとえば開口Ｈ１に再度高圧を付加することにより、計量流路４３ｃ内にあった血液Ｓａを第１希釈槽４２Ａに送る。

図９は、血液Ｓａおよび希釈液４０Ａが第１希釈槽４２Ａ内に導入された直後の状態を示している。第１希釈槽４２Ａの下方には、攪拌アーム７が配置されている。攪拌アーム７は、分析装置Ｂに設けられており、分析装置Ｂに内蔵されたＣＰＵ（図示略）によって適宜制御されている。攪拌アーム７は、本発明で言う変形突出部分生成手段の一例である。

図１０に示すように、攪拌アーム７は、軸７１、ベース７２、および３つの突起７３によって構成されている。軸７１は、モータＭに連結されている。ベース７２は、軸７１の一端に取り付けられており、たとえば円形板状である。３つの突起７３は、ベース７２に取り付けられている。３つの突起７３は、ベース７２の中心からの距離がいずれも異なるものとされている。モータＭによって攪拌アーム７が回転させられると、３つの突起７３それぞれの軌跡は、互いの直径が異なる同心円となる。本実施形態においては、モータＭと攪拌アーム７とがカートリッジＡに対して接近離間自在に構成されている。また、３つの突起７３とベース７２との間、あるいは、ベース７２と軸７１との間には、バネが組み込まれている。これにより、３つの突起７３は、軸７１の長手方向の力を受けると若干後退可能となっている。

次いで、図１１に示すように、攪拌アーム７をカートリッジＡに接近させる。そして、３つの突起７３すべてをシート２１の外面２１ｂに押し当てる。変形容易壁２１は、たとえばＰＥＴからなる柔軟な壁であるため、各突起７３が押し当てられた部分が突起７３の先端形状に沿って変形する。これにより、図１１および図１２に示すように、変形容易壁２１の内面２１ａに変形突出部分２１ｃが現れる。変形突出部分２１ｃの配置は、２つの突起７３の配置と同一となる。なお、図１２は、理解の便宜上、血液Ｓａ、希釈液４０Ａ、およびノズル８２を省略している。

次いで、図１３に示すように、モータＭによって攪拌アーム７を回転させる。これにより、３つの突起７３が、互いの直径が異なる同心円の軌跡を描きながら円運動する。すると、３つの変形突出部分２１ｃもまた、互いの直径が異なる同心円の軌跡を描きながら円運動する。３つの変形突出部分２１ｃは、第１希釈槽４２Ａの内方に突出した形状であるため、血液Ｓａおよび希釈液４０Ａが３つの変形突出部分２１ｃによってかき混ぜられる格好となる。この攪拌においては、たとえば変形突出部分２１ｃの高さが０．１ｍｍ程度、攪拌アーム７の回転数が５０００〜１５０００ｒｐｍ程度とされる。これにより、血液Ｓａと希釈液４０Ａとが渦を生じるほどに攪拌されることとなる。この結果、０．５μＬ程度の血液Ｓａと５０μＬ程度の希釈液４０Ａとが混合され、１００倍に希釈された希釈試料液としての第１検体血液ＤＳ１が得られる。

第１希釈槽４２Ａにおける攪拌によって得られた第１検体血液ＤＳ１は、第２希釈槽４２Ｂにおいてさらに希釈されるものと、第１分析部５Ａにおける白血球の計数、第３分析部５ＣにおけるＨｂ分析、および第４分析部５ＤにおけるＣＲＰ分析に用いられるものとに分けられる。第２希釈槽４２Ｂにおいては、第１検体血液計量手段４５によって計量された第１検体血液ＤＳ１が新たな希釈液４０Ａによってさらに１００倍に希釈される。これにより、１万倍に希釈された第２検体血液が得られる。この第２検体血液を得るための攪拌は、第１希釈槽４２Ａにおいて攪拌アーム７を用いた手法と同じ手法による。第２検体血液は、第２分析部５Ｂにおける赤血球の計数に供される。

他方の第１検体血液ＤＳ１のうち、バッファ槽４６を介して第３分析部５Ｃへと送られたものは、分析槽５４において再び攪拌される。図１４に示すように、分析槽５４には、試薬５６が塗布されている。第３分析部５ＣにおけるＨｂ分析を行うには、第１検体血液ＤＳ１と試薬５６とを十分に攪拌する必要がある。そこで、分析槽５４を分析装置Ｂに設けられたノズル８４によって塞いだ状態で、分析槽５４の下方に配置された攪拌アーム７を変形容易壁２１の外面２１ｂに押し当てる。この攪拌アーム７は、第１希釈槽４２Ａにおける攪拌に用いたものを、スライド機構などを設けることにより分析槽５４直下に移動させてもよいし、分析槽５４専用の攪拌アーム７を設けてもよい。攪拌アーム７の押し当てにより、３つの変形突出部分２１ｃが現れる。

図１５に示すように、攪拌アーム７を回転させると、３つの変形突出部分２１ｃが円運動させられる。これにより、第１検体血液ＤＳ１が渦を生じるほどに旋回する。この旋回エネルギーにより、試薬５６が粉砕され、第１検体血液ＤＳ１に散乱する。そして、第１検体血液ＤＳ１と粉砕された試薬５６とが攪拌され、試薬５６が第１検体血液ＤＳ１に溶解する。この後は、たとえば、図１６に示すように分析槽５４下方から光Ｌを照射し、反射膜５５によって反射された光Ｌの光量を測定することにより、Ｈｂ分析を行うことができる。第４分析部５ＤにおけるＣＲＰ分析もこれと同様である。

次に、本実施形態の液体攪拌方法、これを用いたカートリッジＡ、および分析装置Ｂと組み合わされた液体攪拌システムの作用について説明する。

本実施形態によれば、液体攪拌を行う攪拌空間である第１および第２希釈槽４２Ａ，４２Ｂ、および各分析槽５４には、攪拌のためのたとえば磁性体粒子などを収容しておく必要が無い。上述した液体攪拌方法を実現するための一要素であるシート２は、たとえばＰＥＴからなる汎用材料である。このため、カートリッジＡにおいて液体攪拌を実現するために要するコストを極めて小さくすることが可能である。したがって、カートリッジＡのコストが不当に高くなることが回避され、たとえばカートリッジＡをディスポーサブルタイプの部品として構成するのに適している。

また、本実施形態の液体攪拌方法は、カートリッジＡのコスト低減に有利であるばかりでなく、たとえば磁力を用いた液体攪拌方法と比べて同等以上の攪拌性能が得られることが発明者らの実験によって明らかになっている。以下にその詳細を述べる。

性能確認試験としては、（Ａ）第１希釈槽４２Ａにおける希釈のための攪拌に相当する攪拌比較試験と、（Ｂ）分析槽５４における試薬５６との攪拌に相当する攪拌比較試験、とを行った。（Ａ）の試験では、試験用のカートリッジを用意し、その攪拌空間に生理食塩水６３μＬを満たした。この生理食塩水に、血液７μＬを静かに注いだものを攪拌した。（Ｂ）の試験では、液体試薬１４μＬを試験用のカートリッジの攪拌空間に塗布し、これを１晩放置することにより乾燥試薬を生成した。この攪拌空間に蒸留水７０μＬを満たしたものを攪拌した。そして、（Ａ），（Ｂ）それぞれの試験について、（１）３０秒間放置した場合、（２）複数の鉄球によって３０秒間８００ｒｐｍで攪拌した場合、（３）攪拌アーム７に類似のツールで３０秒間９０００ｒｐｍで攪拌した場合、の３ケースを検証した。攪拌度合いは、攪拌後のそれぞれの液体に対して波長５７０ｎｍの吸光度を測定することによって定量化した。その結果を表１に示す。各ケースの測定回数は３回である。

表中の基本吸光度は、試験（Ａ），（Ｂ）に用いた液体および試薬について、攪拌棒を用いて十分に攪拌した予備実験から得られた吸光度である。これを１００％として、各ケースの値を比較した。まず、ケース（１）は、試験（Ａ），（Ｂ）のいずれにおいても低い数値となっている。これは、３０秒間程度の放置では、ほとんど拡散が進行しておらず、攪拌と呼べる現象が生じていないと言える。次に、ケース（２）は、試験（Ａ），（Ｂ）のいずれにおいても９０％近い値となっている。すなわち、鉄球を用いた攪拌を行えば、少なくとも同程度の時間だけ放置した場合と比べてはるかに攪拌がなされ、十分な拡散状態に近づいていると言える。しかしながら、ケース（３）の結果によると、試験（Ａ），（Ｂ）のいずれにおいてもほぼ１００％の値となっている。これは、単に放置したに過ぎないケース（１）ばかりでなく、鉄球を用いて積極的に攪拌を行ったケース（２）よりも良好な攪拌が実現できたことを意味する。

この点について、ケース（２），（３）の攪拌エネルギーを比較することによって結果の妥当性を検討する。攪拌エネルギーの源は、攪拌に用いられた鉄球あるいは、攪拌アームによる変形突出部分の運動に伴う運動エネルギーである。この運動エネルギーは、１／２ｍｖ²で見積もることができる。ケース（２）においては、直径１ｍｍの鉄球が押しのける水の質量が０．５２ｍｇ程度、直径２ｍｍの鉄球であれば押しのける水の質量は４．１９ｍｇ程度である。これを８００ｒｐｍで回転させると、回転半径を８ｍｍとして、速度が３３５ｍｍ／ｓ程度となる。よって、鉄球によって押しのけられる水の運動エネルギーは、２９０００〜２３５０００ｍｇ・ｍｍ²／ｓ²となる。一方、ケース（３）においては、直径１ｍｍの突起によって高さ０．１ｍｍとされた変形突出部分が押しのける水の質量が０．０７９ｍｇ程度である。これを９０００ｒｐｍで回転させると、回転半径を４ｍｍとして、速度が１８８５ｍｍ／ｓ程度となる。よって、変形突出部分によって押しのけられる水の運動エネルギーは、１４００００ｍｇ・ｍｍ²／ｓ²程度となる。液体内を運動する鉄球による運動エネルギーと、変形突出部分が円運動することによる運動エネルギーとは、液体の攪拌エネルギーへの変換効率に差があると考えられる。この変換効率があったとしても、ケース（３）による運動エネルギーの大きさは、ケース（２）に大きく劣ることは無く、これが表１の結果に現れたと言える。

特に、鉄球などとこれを駆動する磁石とは、磁力によって駆動力を伝達する関係であるため、高速回転になるほど磁石に対して鉄球が遅れてしまうおそれがある。一方、攪拌アームの突起と変形突出部分とは、互いにずれることがありえない。したがって、攪拌アームを高速回転化すれば、変形突出部分の速度を容易に高めることが可能である。攪拌する対象が血液などであれば、その量がμＬオーダーの微量であることが一般的である。このような微量の液体を攪拌する際の運動エネルギーを高めるには、速度向上が容易であるという利点を有する本発明に係る液体攪拌方法が好適である。

上述した実施形態のように、第１希釈槽４２Ａにおける液体どうしの攪拌だけでなく、分析槽５４における液体と固体の攪拌についても、本発明に係る液体攪拌方法は有効である。十分に大きな攪拌エネルギーが得られるため、分析に必要な試薬５６をあらかじめ乾燥状態で分析槽５４に塗布しておくことが可能となる。これは、カートリッジＡをディスポーサブルタイプとして用いる場合、使用者が試薬５６を注入するなどの手間を強いられることが無く、手軽に分析を行うことができる。また、試薬５６が変質してしまうおそれが少ないという利点がある。

閉じた攪拌空間に収容された液体を攪拌するには、３つの突起７３、すなわち３つの変形突出部分２１ｃを円運動させることが合理的である。円運動に起因した旋回動であれば、閉じた攪拌空間にある液体であっても全体が効率よく攪拌されるからである。

３つの突起７３を、互いの直径が異なる同心円の軌跡を描く配置とすることにより、３つの変形突出部分２１ｃもまた、同様の軌跡を描く。これにより、３つの変形突出部分２１ｃによって、血液Ｓａ、希釈液４０Ａ、あるいは第１検体血液ＤＳ１の全体を満遍なく攪拌することができる。

図１７〜図２１は、本発明に係る液体攪拌方法、これに用いるカートリッジ、および液体攪拌システムの他の例を示している。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１７および図１８に示した例においては、試薬５６が塗布された位置が、上述した実施形態と異なっている。図１７に示すように、本実施形態においては、分析槽５４において試薬５６が変形容易壁２１の内面２１ａに塗布されている。この場合、図１８に示すように、攪拌アーム７が外面２１ｂに押し当てられると、試薬５６が塗布されていた部分が変形突出部分２１ｃとなる。これにより、内面２１ａが盛り上がる過程において、試薬５６を内面２１ａから積極的に剥離させる効果が期待できる。また、剥離した試薬５６を変形突出部分２１ｃによって確実に攪拌することができる。

図１９および図２０は、分析槽５４のさらに他の例を示している。図１９に示すように、本実施形態の分析槽５４には、図３および図１７に示された反射膜５５は設けられていない。また、本体１のうちすくなくとも分析槽５４の天井面を形成する部分は、透明な樹脂によって形成されている。試薬５６は、分析槽５４の天井面に塗布されている。これと異なり、図１７に示された例のように、試薬５６が内面２１ａに塗布された構成であってもよい。

図２０は、上述した攪拌アーム７による攪拌を行った後に、光学的手法によってＨｂ分析またはＣＲＰ分析を行う工程を示している。本実施形態においては、分析槽５４の下方から照射された光Ｌが、変形容易壁２１、試薬５６とともに攪拌された第１検体血液ＤＳ１、本体１のうち分析槽５４の天井面を形成する部分、を順に透過する。そして、この透過した光の光量が、分析槽５４の上方に位置するように配置された受光手段によって測定されることにより、Ｈｂ分析またはＣＲＰ分析がなされる。

図２１は、攪拌アーム７についての他の例を示している。本実施形態においては、攪拌アーム７の回転軸が、変形容易壁２１に対して垂直となる姿勢から傾けられている点が、上述した実施形態と異なっている。このような配置とすることにより、攪拌アーム７が回転すると、３つの突起７３は円運動をしつつ、外面２１ｂに対する接近離間を周期的に繰り返すこととなる。これにより、内面２１ａには、変形突出部分２１ｃが出現し、円弧運動を行った後に消滅する、という現象が周期的に生じる。この結果、たとえば血液Ｓａと希釈液４０Ａとが、旋回させられるとともに、上下方向に揺動させられることとなる。このように、３つの突起７３の運動を、円運動を含むさらに複雑な運動とすることにより、たとえば、第１希釈槽４２Ａの深さが深い場合などに、攪拌を促進する効果が期待できる。

図２２は、攪拌アーム７についてのさらに他の例を示している。本実施形態においては、攪拌アーム７は、複数の突起７３と突起昇降器７４とを備えている。複数の突起７３は、変形容易壁２１の略全域に当接するように配置されており、突起昇降器７４によって個別に昇降自在に支持されている。突起昇降器７４は、たとえばモータによる駆動力や電磁石による磁力を用いて、複数の突起７３を定められた順序で昇降させる機構を有する。本実施形態においては、突起昇降器７４によって複数の突起７３を繰り返し昇降させる。このとき、たとえば第１希釈槽４２Ａの中央部分を中心とする円の周方向に沿って、複数の突起７３を順に上昇させれば、第１検体血液ＤＳ１を擬似的に旋回させることが可能である。このような実施形態によっても、液体攪拌を適切に行うことができる。

本発明に係る液体攪拌方法、これに用いるカートリッジ、および液体攪拌システムは、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る液体攪拌方法、これに用いるカートリッジ、および液体攪拌システムの具体的な構成は、種々に設計変更自在である。

攪拌アーム７の突起７３の配置は、直径がことなる同心円の軌跡を描くものに限定されず、たとえば互いの軌跡が同一の円となる配置であってもよい。突起７３の個数は４つ以上でも２つ以下でもよく、攪拌空間が極小である場合などは、１つであってもよい。突起７３の外面２１ｂに対する相対動は、円運動を含むことが好ましいが、これに限定されず、たとえばあらゆる方向に沿った往復動やこれらの組み合わせであってもよい。

本体１とシート２との組み合わせ構造の一部分によって本発明で言う攪拌空間と変形容易壁とを構成することのほかに、たとえば本体１とシート２に相当する部分を樹脂などを用いて一体成形してもよい。変形容易壁などの部分は、透明であっても不透明であってもよい。

攪拌アーム７を変形容易壁２１の外面２１ｂに押し付ける方向は、鉛直方向上方に限定されるものではない。たとえば、鉛直方向に起立した変形容易壁２１に対して水平方向に攪拌アーム７を押し付ける構成であってもよいし、鉛直方向下方に攪拌アーム７を押し付けてもよい。内面２１ａが攪拌すべき液体によって濡れる状態とされていれば、攪拌アーム７を押し付けることにより、液体攪拌を適切に行うことができる。

本発明で言う変形突出部分生成手段は、変形容易壁の外面に押し当てるための突起を有する構成に限定されない。変形容易壁の一部を攪拌空間の内方に変形させる機能を有する構成であればよい。

本発明に係るカートリッジは、血液の計数などに限定されず、さまざまな試料液の分析に用いることができる。また、本発明に係るカートリッジは、分析部を備えないものであって、たとえば血球係数のための希釈試料液の調製のみに用いられる構成としてもよい。

本発明に係る液体攪拌方法、これに用いられるカートリッジ、および液体攪拌システムは、血液の分析を目的としたものに限定されず、さまざまな液体とこれ以外の物質とを攪拌することを目的とすることができる。

本発明に係るカートリッジの一例を示す平面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う要部断面図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う要部断面図である。 図１のＩＶ−ＩＶ線に沿う要部断面図である。 本発明に係る液体攪拌システムの一例を示す全体斜視図である。 図１に示すカートリッジを用いた分析における、血液を計量する工程を示す要部平面図である。 図１に示すカートリッジを用いた分析における、希釈液を注入する工程を示す要部平面図である。 図１に示すカートリッジの第１希釈槽において、血液と希釈液とを攪拌する工程を示す要部平面図である。 図１に示すカートリッジの第１希釈槽において、血液と希釈液とが注入された状態を示す要部断面図である。 本発明に係る分析装置の攪拌アームを示す斜視図である。 図１に示すカートリッジの第１希釈槽に攪拌アームが押し付けられた状態を示す要部断面図である。 図１に示すカートリッジの第１希釈槽に攪拌アームが押し付けられた状態を示す要部斜視図である。 図１に示すカートリッジの第１希釈槽において、血液と希釈液とを攪拌する工程を示す要部断面図である。 図１に示すカートリッジの分析槽に攪拌アームが押し付けられた状態を示す要部断面図である。 図１に示すカートリッジの分析槽において、第１検体血液と試薬とを攪拌する工程を示す要部断面図である。 図１に示すカートリッジの分析槽における光学的測定を示す要部断面図である。 分析槽および試薬の構成の他の例を示す要部断面図である。 図１７に示す例において、第１検体血液と試薬とを攪拌する工程を示す要部断面図である。 分析槽および試薬の構成のさらに他の例を示す要部断面図である。 図１９に示す例における光学的測定を示す要部断面図である。 第１希釈槽および攪拌アームの構成の他の例における攪拌工程を示す要部断面図である。 攪拌アームのさらに他の例を用いた攪拌工程を示す要部断面図である。 従来の液体攪拌方法の一例を示す要部断面図である。

符号の説明

Ａ カートリッジ
Ｂ 分析装置
ＤＳ１ 第１検体血液
Ｈ１〜Ｈ１５ 開口
Ｓ 血液
１ 本体
２ シート
４ 希釈手段
５Ａ 第１分析部
５Ｂ 第２分析部
５Ｃ 第３分析部
５Ｄ 第４分析部
６Ａ 第１流量計測部
６Ｂ 第２流量計測部
７ 攪拌アーム（変形突出部分生成手段）
８ コネクタ
２１ 変形容易壁
２１ａ 内面
２１ｂ 外面
２１ｃ 変形突出部分
４０Ａ 希釈液
４２Ａ 第１希釈槽（攪拌空間）
４２Ｂ 第２希釈槽（攪拌空間）
４３ 血液計量手段
４５ 第１検体血液計量手段
４６ バッファ槽
５１ 電極
５２ 細孔
５４ 分析槽（攪拌空間）
５５ 反射膜
５６ 試薬
６１ 幅広流路
６２ 電極
７１ 軸
７２ ベース
７３ 突起
７４ 突起昇降器

Claims (16)

1. 液体と、この液体以外の物質と、を攪拌する液体攪拌方法であって、
   変形容易壁の内面を含む複数の内面によって規定された攪拌空間に、上記液体と、上記液体以外の物質とが収容された状態で、
   上記変形容易壁を、その内面の一部が上記攪拌空間の内方に突出するように変形させるとともに、
   上記内面の変形突出部分の位置を上記液体に対して順次変更することを特徴とする、液体攪拌方法。
2. 上記変形容易壁の外面に対して、１以上の突起を押し当てることにより、上記変形容易壁の内面を、その一部が上記攪拌空間の内方に突出するように変形させる、請求項１に記載の液体攪拌方法。
3. １以上の上記突起を上記外面に対して相対動させることにより、上記内面の変形突出部分を上記液体に対して相対動させる、請求項２に記載の液体攪拌方法。
4. １以上の上記突起の相対動は、円運動を含む、請求項３に記載の液体攪拌方法。
5. 上記相対動させられたときの軌跡が、互いの直径が異なる同心円となる、複数の上記突起を用いる、請求項４に記載の液体攪拌方法。
6. 上記変形容易壁は、樹脂製シートである、請求項１ないし５のいずれかに記載の液体攪拌方法。
7. 上記液体は、血液、希釈液、液状試薬から選択され、
   上記液体以外の物質は、希釈液、乾燥試薬、血球成分、液状試薬のうち、上記液体として選択されたものと異なる物質が選択される、請求項１ないし６のいずれかに記載の液体攪拌方法。
8. 液体と、この液体以外の物質とを攪拌するための攪拌空間を有するカートリッジであって、
   上記攪拌空間を規定する複数の内面に含まれる内面を有する変形容易壁を備えており、
   上記変形容易壁は、その内面の一部が上記攪拌空間の内方に突出するように変形させられることが可能とされていることを特徴とする、カートリッジ。
9. 上記変形容易壁の外面に対して突起を押し当てることにより、その一部が上記攪拌空間の内方に突出するように上記変形容易壁の内面が変形させられることが可能とされている、請求項８に記載のカートリッジ。
10. 開口を有する本体と、
    上記開口をふさぐシートと、を備えており、
    上記シートのうち上記開口をふさぐ部分が、上記変形容易壁とされている、請求項８または９に記載のカートリッジ。
11. 上記シートは、樹脂からなる、請求項１０に記載のカートリッジ。
12. 請求項８ないし１１のいずれかに記載のカートリッジと、
    上記変形容易壁を、その内面の一部が上記攪拌空間の内方に突出するように変形させるとともに、上記変形容易壁の変形突出部分の位置を順次変更させる変形突出部分生成手段を有する液体攪拌装置と、を備えることを特徴とする、液体攪拌システム。
13. 上記変形突出部分生成手段は、１以上の突起を有する、請求項１２に記載の液体攪拌システム。
14. １以上の上記突起は、上記カートリッジの上記外面に対して相対動可能とされている、請求項１３に記載の液体攪拌システム。
15. １以上の上記突起の相対動は、円運動を含む、請求項１４に記載の液体攪拌システム。
16. 上記相対動させられたときの軌跡が、互いの直径が異なる同心円となる複数の上記突起を備える、請求項１５に記載の液体攪拌システム。

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