JPH0370183B2 - - 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
多孔性を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20μ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
リコートを得るのに注意深く計量されなければな
らないが、20μ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
成績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はなくて
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析装置を得
た。この分析装置は、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。

以下本発明の実施例を添付図面について詳細に
説明する。

まず本発明の基礎となる考え方の説明の一手段
として全血液分析について第１ａ図、第１ｂ図、
第１ｃ図、第１ｄ図、第１ｅ図及び第１ｆ図を参
照して述べる。第１ａ図は与えられた所定容積の
多孔性の媒質を支える透明な基者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が血液試料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図、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
漿の一部を抜き出さないように注意する。

第３図及び第３ａ図では後述のように引きはが
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
うちの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
た境界を横草つて生ずる。

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）に光ビームを差向けることに
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
施例では拒拒各基質９，１８を、図示のように薄
い不透過性層２５を間に配置し互に近接させて構
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
薬の間に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（抜き出す）。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、各基者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３
３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を各ゲル３１，３２及び各基質３
３，３４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）４
５ｂ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）４５
ｃ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内に拡散
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を設けてダク
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重の親水性隔離又はゲル層６０ａ，６０
ｂを設けてある。前記の場合と同様に全血液試料
（図示していない）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
の血液部分を除去する。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を互に接触させ各反
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，６０
ｂ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を引付け磁性流体６１
を各層６０ａ，６０ｂにより周辺部に集める。磁
性流体６１を中央部から移動させると、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により
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７
０ｂ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７
６のまわりに巻付けた磁気コイル７５は、層７０
ａ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７
０ａ，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の血漿中に
含まれる被分析物は、層８０ａが飽和するまで層
８０ａ内に拡散する。不混和性流体から成る障壁
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、本発明装置を自動化した自動血液分
析装置を示す。連続ウエブ９０は、血液分与器９
１、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９
０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９
０ａ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
試薬の間に反応を生ずる。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図には本発明装置を計量棒形とした実施例
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、試膜ゲル１０３の上部のゲル区画
１１０及び区間１０６を隔離し仕切る。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)流体試料を受入れるよ
うにした既知容積の露出した側部区間１０６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の各区画
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間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分析装置が得
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で種種の
変化変型を行うことができることはもちろんであ
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の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図は本発明分析装置の
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図ないし第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) 分析しようとする全血液試料に接触させ
   るために、与えられた所定容積を持ち、前記全血
   液試料の流体成分が内部に拡散させられる薄い被
   膜状の第１の多孔性の媒質と、(ロ)少くとも１種類
   の試薬を含む第２の多孔性の媒質と、(ハ)前記試薬
   と前記流体成分とを隔離するように前記第１及び
   第２の多孔性媒質の間に介在させた流体障壁と、
   (ニ)この流体障壁を前記第１及び第２の媒質の対向
   する表面の少くとも一部分の間から移動させてこ
   れら対向する表面を接触させる手段を含む、前記
   第１の多孔性の媒質を前記第２の多孔性の媒質に
   接触させこれ等の両多孔性媒質間に交さ拡散を生
   じさせる接触手段と、(ホ)前記第１及び第２の媒質
   のどちらかにおいて前記試薬及び前記流体成分間
   の反応を測定する測定手段とを包含する、全血液
   試料の分析装置。 ２ 各多孔性の媒質としてゲル材料を使つた前項
   １に記載の装置。 ３ 測定手段として比色計を設けた前項１に記載
   の装置。 ４ 測定手段として分光光度計を設けた前項１に
   記載の装置。 ５ 接触手段として第１の媒質及び第２の媒質間
   に真空を生じさせて流体障壁を移動させそして両
   媒質の対向する表面を接触させる真空制御手段を
   設けた前項１に記載の装置。 ６ 流体障壁として磁性物質を使い、移動接触手
   段として磁性手段を使つてこの磁性物質を移動さ
   せそして第１及び第２の媒質の対向する表面を接
   触させるようになした前項１に記載の装置。 ７ 移動接触手段として第１及び第２の媒質を互
   いに近寄る方向に押圧して流体障壁を移動させそ
   して第１及び第２の媒質の対向する表面を接触さ
   せるようになした前項１に記載の装置。