JPH0131140B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、全血液試験、ことに多孔性の媒質内
への拡散により全血液試料の流体成分のアリコー
ト（aliquot）を求めることに関する。

全血液試料を分析するには従来多くの方法が提
案されている。若干の従来の方法によれば、流体
成分は、先ず全血液試料をセルロース層のような
多孔性の媒質を経てろ過することにより赤血球
（ヘマトクリツト）から分離する。赤血球はフイ
ルタの上部に留められる。次いでこのフイルタを
通過する流体成分は、グルコース、BUN、Na⁺
等のような特定の成分に対し、流体試料を試験す
る試薬を含むテープ又はその他の媒質に堆積され
る。このような方法は1966年７月12日付米国特許
第3260413号と1966年７月19日付米国特許第
3261663号との各明細書に記載されている。

前記の方法において、本発明の目的は、最少の
試料容積たとえば20μlを使い、血液試料の迅速な
分析を自動的に行おうとするにある。このような
方法は一般にその所期の目的に対して有用である
が、これ等の方法は十分に成功しているわけでは
ない。その理由は、ろ過した各流体試料は、アリ
クオートを得るのに注意深く計量されなければな
らないが、20μlのような少量の流体を処理すると
きは、試料容積のわずかな誤差でも全く誤つた成
積が得られることになるからである。

従つて全血液の自動分析における主な問題点
を、試料の正確なアリコートを簡単に適宜に得る
ことによりなくすることができることが判明し
た。

マーチン・ジエイ・リー（Martin J.Lee）を
発明者とする1978年７月７日付米国特許願第
922611号明細書には、血液試料のアリコートは被
分析血液を血清試料からゲル又はその他の多孔性
の媒質中に与えられた時限にわたり拡散させるこ
とにより得られることを提案されている。従つて
この研究では、従来の試料容積計量とは異つて時
間の測定を提案している。正確な時間測定は、試
料容積測定よりも実施しやすい。しかし全血液を
使う場合には、流体成分の拡散は時間以外の要因
に依存する。たとえば、試料ごとのヘマトクリツ
トの違いから生ずる拡散割合の変化を考慮するの
に、補正係数が必要である。すなわち全血液試料
は互に異る量の赤血球を持ち多孔性の媒質内に拡
散する流体の拡散割合が変る〔マーチン・ジエ
イ・リー及びミツチエル・ジエイ・マーリン
（Michael J.Malin）を発明者とする1978年８月
24日付米国特許願第936436号明細書参照〕。

本発明者は、この従来の問題を解決し、時間に
もヘマトクリツトにも依存せずに正確なアリコー
トを得ることのできる技術を見出した。この技術
によれば、まず公知の所定の容積を持つゲル又は
その他の多孔性の材料の薄い被膜を用意する。１
滴の全血液をゲルに付着させると、この滴は、容
積が小さくゲルの形が薄い層状であるのでほぼ瞬
間的に平衡し或は拡散して飽和する。即ち、アリ
コートを得るのに、試料を計量するのでなくて試
料を拡散させる容器の容積を制御する。精密なゲ
ル容積を生ずることは容易に制御され、正確迅速
でかつ適宜な全血液試料分析の自動化ができる。

本発明者はこの技術をさらにすすめて、時限拡
散が従来より一層正確に得られる分子拡散スイツ
チを得た。この分子拡散スイツチは、拡散が横切
つて起る２つの多孔性の媒質の間に配置した不透
過性障壁を備えている。この不透過性障壁は、媒
質を横切る拡散が精密に時間制御のできるよう
に、取除かれ、次でもとにもどされる。不透過性
障壁は流体から成り、好適とする構造によれば、
拡散性の種を含む２つの多孔性の媒質間に挿入さ
れる。不透過性障壁流体は、各媒質間から容易に
移動させ次いでこれ等の媒質間に戻せるので、２
つの多孔性の媒質間の拡散の開始及び持続時間を
さらに精密に制御し、正確なアリコートを得るこ
とができる。

本発明の分子拡散スイツチを使つて、多孔性の
媒質間で注意深く制御した交さ拡散により、精密
なアリコートが得られる。この拡散スイツチによ
り１つの媒質から別の媒質への物質の正確な時限
拡散が得られ、物質の量（比率）が正確かつ精密
に得られるようになる。拡散スイツチは、２つの
多孔性の媒質間の障壁、又は隔離体として作用す
る不透過性の層から成つている。この不透過性層
は、多孔性の媒質間から容易に移動させ次いでこ
れ等の間に戻せる不混和性流体（すなわちガス又
は液体）である。

たとえば拡散性物質が水性溶媒中にある場合に
は、障壁液体として疎水性物質を利用する。

以下本発明の拡散スイツチの実施例を添付図面
について詳細に説明する。

まず本発明をその考え方の説明の一段として全
血液分析について述べる。しかしこれは単に１例
であつて本発明をこれだけに限定するわけではな
い。

第１ａ図、第１ｂ図、第１ｃ図、第１ｄ図、第
１ｅ図及び第１ｆ図には本発明の基礎となる技術
を例示してある。第１ａ図は与えられ所定容積の
多孔性の媒質を支える透明な基質９を示す。この
媒質は血液分析の場合には水性ゲル１０でよい。
分析しようとする１滴の血液試料１１を、第１ｂ
図に示すようにゲル１０上に包囲して重なるよう
に位置させる。全血液の血漿は、ゲル１０が極め
て薄く容積が極めて小さいからほぼ瞬間的にゲル
１０に浸透し十分に飽和する。ゲル１０の容積が
既知であるから血漿の正確なアリコートが得られ
る。この容積は作る際に正確に制御できる。

多孔性ゲル１０の細孔寸法を、赤血球（ヘマト
クリツト）及びその他の大きい血液たんぱく質を
排除するように選ぶ。ヘマトクリツトの影響は、
ゲル１０の飽和がほぼ瞬間的であるから血漿のア
リコートを得る際に問題にならない。

ゲル１０の血液試料１１からの血漿で飽和した
後、残りの血液試料１１はゲル１０の表面１２及
び基質９から除く。第１ｃ図、第１ｆ、第３図及
び第３ａ図について後述するようにこの除去には
幾つかの方法がある。第１ｃ図では残りの血液
は、表面１２を横切つて引張る〔矢印１４の向き
に〕ぬぐいブレード１３により除く。

残りの血液を除く別の方法では第１ｆ図に示し
た洗浄噴霧又は噴流―空気噴霧１５を使う。ノズ
ル１６により高圧の空気噴霧又は疎水性の洗浄噴
霧１５を分与することができる（血液のような水
性試料を使う場合に）。この場合ゲル１０から血
漿の一部を扱き出さないように注意する。

第３図及び第３ａ図では後述のような引きはが
し層により血液試料を除去する別の方法を示して
ある。

種種の被分析物（analyte）又は血漿の成分の
うち１つを分析するには、所望の被分析物を、既
知の濃度を持つ試薬と反応させ色の変化を観察す
ることによつてできる。

第１ｄ図は、第２のゲル１９又は多孔性の媒質
を支える第２の透明な基質１８を示す。多孔性の
ゲル１９は、分析しようとする所望の被分析物と
の反応（たとえば色変化）を生ずるのに必要な試
薬を含む。

基質９，１８を矢印２０に示すように近づけ
て、第１ｅ図に示すように各ゲル表面２１，２２
を互に接触させる。各ゲル１０，１９が互に接触
すると、被分析物及び試薬の交さ拡散（cross
diffusion）がゲル表面２１，２２により仕切つ
た境界を憶切つて生ずる。

１つの測定法では、被分析物及び試薬の反応に
より色を生じ、各ゲル１０，１９を経て比色検出
器（図示してない）に光ビールを差向けることに
より前記の色を検出して分析する。

本発明の実施例を第２図に示してある。この実
施例では各基質９，１８を、図示のように薄い不
透過性層２５を間に配置し互い近接させて構成す
る。第１ａ図、第１ｂ図及び第１ｃ図の手順を前
記したようにして実施する。被分析物及び試薬の
間の反応を始めようとするときは、矢印２６によ
り示すように各ゲル１０，１９間から不透過性層
２５を除く（扱き出す）。この場合ゲル１０から
ゲル１９への試料の拡散が生ずる。又発色を利用
して試料中の被分析物を定量する。

第３図及び第３ａ図は、それぞれ共通の基質３
３，３４を持つゲル３１，３２の配列３０の斜視
図を示す。配列３０は、第２図に示した単一被分
析物分析装置と類似の構造を持つ。不透過性障壁
３６は、各基質３３，３４間に配置され、ゲル３
２内の各試薬とゲル３１内の被分析物との反応を
防ぐ。

配列３０は複数種類の試料被分析物を同時に分
析するようにしてある。各ゲル３２は、各ゲル３
１内に含まれる血漿の１種類の被分析物だけに特
有の試薬を含んでいる。

血漿は、前記したのとはわずかに異る方法でゲ
ル３１に導入される。全血液試料４０（第３ａ
図）は、多孔性の層４１の上部に堆積する。多孔
性の層４１は血液試料４０の血漿を吸収するが、
血球を留める。血漿は、層４１でろ過され、薄い
層状のゲル３１内に拡散する。前記の場合と同様
にゲル３１の飽和はほぼ瞬間的である。血漿がゲ
ル３１内に移ると、多孔性の層４１を基質３３か
ら引きはがして残りの血液部分を除く。次に不透
過性層３６の各ゲル３１，３２及び各基質３３，
３４間から矢印３８により示すように取出す。対
応する各対のゲル３１，３２内の被分析物及び試
薬の交さ拡散が生じた後、基質（基板）４５ｂに
設けた源４５ａから放出する光ビーム４４を各対
のゲル３１，３２を経て基質（基板）４５ｃに設
けた各比色検出器４５に差向ける。試料からの複
数種類の被分析物はこのようにして本装置により
同時に分析することができる。

第４ａ図、第４ｂ図、第４ｃ図、第４ｄ図、第
４ｅ図及び第４ｆ図には本発明の別の実施例を示
してある。この実施例では、不活性の非多孔性の
スペーサ５５により周辺部を互に接合した２重又
はそれ以上の円形の多孔性の層５０ａ，５０ｂ，
５０ｃ等又は各隔膜を設けてある。第１の層５０
ａは他の実施例と同様に表面５１に血液試料を受
ける。各層５０ｂ，５０ｃは、層５０ａ内の拡散
した血液試料の被分析物と反応する試薬を含ませ
ることができる。

初めに第４ａ図に示すように各層５０ａ，５０
ｂ間に又は第４ｄ図に示すように各層５０ａ，５
０ｂ間及び各層５０ｂ，５０ｃ間に空洞５２を存
在させる。空洞５２は後述のように空気又は障壁
液体を満たす。各空洞５２は弁５４を設けたダク
ト５３に連通する。可逆ポンプ５６をダクト５３
に配置し各空洞５２から又各空洞５２内にそれぞ
れ流体を抜き出し又は注入するようにしてある。

前記したように層５０ａの表面５１を、層５０
ａが試料の血漿で十分に飽和するまで全血液試料
でおおう。次に表面５１の残りの血液部分を除
き、各層５０ａ，５０ｂを第４ｂ図及び第４ｃ図
に示すように互に接触させる。この接触は、各層
５０ａ，５０ｂ間の空洞５２から中味を抜き出す
ことによつて生ずる。各ダクト５３に配置した弁
５４を開き、ポンプ５６により空洞５２内の空気
又は障壁流体を抜き出す。

各接触層５０ａ，５０ｂによりこの場合試料被
分析物及び試薬の交さ拡散が生ずる。所望により
第４ｆ図に示すように、各層５０ｂ，５０ｃ間の
空洞５２の流体を同様にして抜き出すことにより
層５０ｃ内の付加的試薬を引続いて拡散させ第１
の反応の生成物と反応させることもできる。

若干の場合に与えられた時限にわたり各反応物
の拡散を止め又は拡散を生じさせることが望まし
い。このような方法では空気又は液体を与えられ
た時限後に空洞５２内にポンプによりもどす。

第５ａ図及び第５ｂ図には本発明の別の実施例
を示してある。この実施例では第５ａ図に示すよ
うに疎水性の磁性流体６１により通常隔離した多
孔性の２種の親水性隔膜又はゲル層６０ａ，６０
ｂを設けてある。前記の場合と同様に全血液試料
（図示してない）を、層６０ａの表面６０に広げ、
血液試料の血漿を多孔性の層６０ａ内に拡散させ
飽和させる。次いで表面６０に付着する残りの血
液部分を除分する。層６０ａが飽和すると、測定
しようとする血漿被分析物は、層６０ｂ内に含ま
れる発色試薬と反応させられることが望ましい。

被分析物及び試薬間の反応は、第５ｂ図に示す
ように各層６０ａ，６０ｂを互い接触させ各反応
物の交さ拡散が生ずるようにすることによつて行
われる。このように接触するまでは、疎水性磁性
流体６１は各層６０ａ，６０ｂ間に拡散の生ずる
のを妨げる。磁性流体６１は各層６０ａ，６０ｂ
間の障壁層として作用する。

各層６０ａ，６０ｂは、円形にして環状の不活
性の非多孔性のスペーサ６２により周辺部を接合
してある。この周辺部には電磁石６３が位置させ
られている。電磁石６３を付勢すると、第５ｂ図
に示すように磁性流体６１を引き付け磁性流体６
１を各層６０ａ，６０ｂにより周辺部に集める。
磁性流体６１を中央から移動させると、図示のよ
うに各層６０ａ，６０ｂは相互に接触する。この
場合交さ拡散が起り、中央区域６５に色が生ず
る。この発色により流体試料内の被分析物（試験
中の）を指示する。色は前記したように標準の比
色計又は分光光度計を使つて読取ることができ
る。

第６ａ図及び第６ｂ図は本発明の別の実施例を
示す。それぞれ試料被分析物及び試薬を含む多孔
性、親水性の２重の隔膜又はゲル７０ａ，７０ｂ
は、この場合にも疎水性の液体障壁層７１によに
互に隔離されている（第６ａ図）。各層７０ａ，
７０ｂは、形状が円形であり、それぞれ周辺部
が、環状の不活性非多孔性のスペーサ（図示して
ない）に取付けられている。環状の磁化できる環
部片７３（たとえば長方形の架わく）が層、７０
ｂを支える剛性の透明板７４の周辺部を囲み、こ
の透明板７４を支持している中空の磁性管７６の
まわりに巻付けた磁気コイル７５は、層７０ａの
上部に配置されている。コイル７５を付勢する
と、環部片７３により透明板７４を層７０ｂに押
付ける。この場合第６ｂ図に示すように各層７０
ａ，７０ｂを相互に接触させ、液体層７１を押し
のける。

中空管７６と各層７０ａ，７０ｂ及び透明板７
４とを経て、比色検出器７２に光を投射すること
ができる。このようにして試薬及び被分析物の間
の発色を使い被分析物の濃度を測定する。

第７ａ図、第７ｂ図及び第７ｃ図には本発明の
他の実施例が示されている。この実施例では、２
重の各層８０ａ，８０ｂ間の拡散を与えられた時
限にわたり保持し、試料被分析物及び試薬間に測
定できる反応を生じさせる。血液試料７９を多孔
性の層８０ａに乗せる。血液試料７９の血中漿に
含まれる被分析物は、層８０ａが飽和するまで層
８０ａ内の拡散する。不混和性流体かれ成る障壁
層８１を、各層８０ａ，８０ｂ間から導管８２、
開いた弁８３及びポンプ８４を介して除去する。
このようにして各層８０ａ，８０ｂを相互に接触
させ、層８０ｂ内の試薬を第７ｂ図に示すように
層８０ａ内の被分析物と相互拡散させる。被分析
物及び試薬間の反応は、層８０ｂ内で、それぞれ
導線８８，８９に接続した付属電極８６，８７に
より監視される。前記したように交さ拡散は、与
えられた時限にわたり保持されて、与えられたア
リコートの被分析物を既知量の試薬と確実に反応
させる。層８０ａ，８０ｂ間に障壁液体８１をも
どし、各層８０ａ，８０ｂを第７ｃ図に示すよう
に互に隔離することによつて拡散は終る。

試料７９はこの実施例では、制御した（時間測
定した）拡散後に、反応を電気化学的に監視する
から除去する必要がない。拡散が障壁８１の再導
入により極めて正確に制御できるから精密なアリ
コートが得られる。

第８図に、本発明の拡散スイツチを使つた自動
血液分析装置を示する連続ウエブ９０は、血液分
与器９１、ぬぐい場所９２、電磁接触場所９３及
び読出し場所９４を過ぎて次次に割出される。ウ
エブ９０は、与えられた容積の各別の試料受入れ
ゲル区間９５を持つ上部層９０ａから成つてい
る。層９０ａは、各別の試薬含有ゲル区間９７を
持つ下部層９０ｂから流体障壁９６により隔離さ
れる。

分与した血液試料〔分与器９１〕からの血漿
は、層９０ａのゲル区間９５内に拡散しこれを飽
和する。ゲル区間９５を飽和した後、ウエブ９０
を、ゲル区間９５の表面から余分の血液を除去す
るぬぐい場所９２に前進させる。次いでゲル区間
９５は、電磁石９３ａ及びばね付勢磁性板９３ｂ
の間に割出しされる。電磁石９３ａを付勢する
と、電磁石９３ａは磁性板９３ｂを引付ける。こ
のようにして各ゲル区間９５，９７を互に接触さ
せ障壁流体９６を押しのける。この場合各ゲル区
間９５，９７の間に交さ拡散が生じ被分析物及び
試薬の間に反応が生ずる。この場合ウエブ９０
を、光源９８及び比色検出器９９を備えた読出し
場所９４を過ぎて前進させる。反応の色強さは試
料中の被分析物の濃度に定量的に相関する。

第９図には本発明の拡散スイツチを使つた計量
棒を展開して示してある。この計量棒は一端部に
取手１０１を又他端部に流体吸収心材１０２を持
つプラスチツク基板部片１００を備えている。プ
ラスチツク基板部片１００は、試薬ゲル１０３の
薄い層を支える。第２の試料受入れゲル層１０４
は、プラスチツク又は薄いガスケツト材料から成
る薄い支わく（図示してない）内に位置させてあ
る。この支わくは、試薬ゲル１０３の上部のゲル
区画１１０及び区間１０６を隔離して仕切る。試
薬ゲル１０３及び試料受入れゲル１０４は、障壁
液体層１０５により互に隔離される。試料受入れ
ゲル層１０４は３部分すなわちａ流体試薬を受入
れるよういした既知容積の露出した側部区間１０
６と、ｂそれぞれ試験被分析物の濃度が進行的に
高くなる次第に変化する１連の被分析物含有区画
１１０を含む中央区間１０７と、ｃ区間１０７の
各区間１１０の側部の側部区間１０８とに分割し
てある。

区間１０７は、硬いプラスチツク部片１１１に
よりおおわれている。プラスチツク部片１１１
は、試料内の被分析物が区画１１０に入らないよ
うにし、又各層１０３，１０４間から障壁流体層
１０５を押しのけるのに使う。

計量棒は、これを全血液のような流体試料（図
示してない）内に浸すことにより動作する。血液
試料の血漿が層１０４の側部区間１０６を十分に
飽和した後、残りの血液部分を区間１０６の表面
から除去する。次で支持基板１００をテーブル上
部のような平らな表面に乗せる。プラスチツク部
片１１１を使用者の親指で下方に押付ける。この
ようにして障壁流体層１０５を各層１０３，１０
４間から押しのける。流体層１０５は、心材１０
２により吸収される。

各層１０３，１０４はこの場合相互に接触し
て、被分析物及び試薬の相互拡散が生ずる。層１
０４内の種種の区画１１０は進行的に次第に変化
する色模様を生ずる。区間１０６は、試料内の被
分析物の濃度を指示する色を生ずる。両区間１０
６，１０７が色を生じたときは、区間１０６の色
を区間１０７の各区画１１０のうちの１つの区画
の最も近い色組合わせと比較する。次いで被分析
物の濃度の数値を、区間１０８のこの区画に対向
して配置した指示から読取る。

こうして不混和性の障壁流体により、隔膜又は
ゲルを横切る拡散を制御する精密な拡散スイツチ
が得られる。前記した装置にはなお多くの変型を
行うことができる。たとえば試薬を含むゲル又は
隔膜の層は試薬に共有結合させ試薬の交さ移動
（拡散）が生じないようにする。このような場合
に被分析物だけが試薬ゲル内に拡散し、試薬ゲル
だけに色を生ずる。

障壁層は、被分析物に対して不混和性でなけれ
ばならなくて、分析する被分析物の性質に従つて
疎水性又は親水性である。

以上本発明をその実施例について詳細に説明し
たが本発明はなおその精神を逸脱しない種種の変
化変型を行うことができるのはもちろんである。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図、第１ｂ図、第１ｃ図、第１ｄ図及び
第１ｅ図は本発明の基礎となる技術１例を次次の
工程で示す竪断面図、第１ｆ図は第１ｃ図の変型
の竪断面図である。第２図は本発明の１実施例の
竪断面図、第３図及び第３ａ図は別の実施例を一
部を切欠いて示す斜視図、第４ａ図、第４ｂ図、
第４ｄ図、第４ｅ図及び第４ｆ図は別の実施例を
次次の工程で示す竪断面図、第４ｃ図は第４ａ
図、第４ｂ図又は第４ｄ図ないし４ｆ図の装置の
平面図、第５ａ図及び第５ｂ図は別の実施例を次
次の工程で示す竪断面図、第６ａ図は別の実施例
の斜視図、第６ｂ図は第６ａ図を作動位置で示す
竪断面図、第７ａ図、第７ｂ図及び第７ｃ図は別
の実施例を次次の工程で示す竪断面図、第８図は
第６ａ図及び第６ｂ図の分析装置を自動式にした
装置の竪断面図、第９図は別の実施例としての計
量棒形装置の展開斜視図である。 ９…基層、１０…多孔性のゲル、１１…血液試
料、１８…基層、１９…多孔性のゲル、２１，２
２…ゲル表面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ (イ) 第２の多孔質媒体へ拡散するための第１
   の流体を含むのに適する第１の多孔性の媒質
   と、 (ロ) この第１の多孔性の媒質に接触したときに前
   記第１の流体を受け入れるための第２の多孔性
   の媒質と、 (ハ) 前記第１の媒質及び第２の媒質の間に配置さ
   れこれ等の第１及び第２の媒質の間の拡散障壁
   として作用する第２の流体と、 (ニ) この第２の流体を前記第１の媒質及び第２の
   媒質の間から移動させてこれ等両媒質を接触さ
   せることにより、前記第１の流体の拡散が前記
   第１の媒体から第２の媒質に向つて生ずること
   ができるようにする移動接触手段と、 を包含する拡散スイツチ。 ２ 拡散の生じた後に、第２の流体を、第１の媒
   質及び第２の媒質の間にもどす手段を備えた特許
   請求の範囲第１項記載の拡散スイツチ。 ３ 第１の流体を疎水性にし、第２の流体を親水
   性にした特許請求の範囲第１項記載の拡散スイツ
   チ。 ４ 第１の流体を親水性にし、第１の流体を疎水
   性にした特許請求の範囲第１項記載の拡散スイツ
   チ。 ５ 第２の多孔性の媒質が、第１の流体と反応す
   る少くとも１種類の試薬を含んでいる特許請求の
   範囲第１項記載の拡散スイツチ。 ６ 第１の多孔性の媒質としてゲル材料を使つた
   特許請求の範囲第１項記載の拡散スイツチ。 ７ 第２の多孔性の媒質としてゲル材料を使つた
   特許請求の範囲第１項記載の拡散スイツチ。 ８ 移動接触手段が圧力制御手段から成る特許請
   求の範囲第１項記載の拡散スイツチ。 ９ 移動接触手段が電磁制御手段から成る特許請
   求の範囲第１項記載の拡散スイツチ。 １０ 移動接触手段が、真空制御手段から成る特
   許請求の範囲第１項記載の拡散スイツチ。 １１ 第２の流体が、磁性物質を含んでいる特許
   請求の範囲第１項記載の拡散スイツチ。 １２ 移動接触手段が磁気制御手段から成る特許
   請求の範囲第１項記載の拡散スイツチ。 １３ 第１の多孔性の媒質が、第２の多孔性の媒
   質へ拡散するための成分を持つ第１の流体を含む
   のに適するものであり、第２の多孔性の媒質が、
   この第１の多孔性の媒質に接触したときに前記成
   分を受入れるためのものであり、これ等の両媒質
   を互に接触させることにより、前記成分の拡散が
   前記第１の媒質から前記第２の媒質に向つて生ず
   ることができるようにした特許請求の範囲第１項
   記載の拡散スイツチ。