JPH0616829B2 - 毛細管液移送装置 - Google Patents

毛細管液移送装置

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JPH0616829B2
JPH0616829B2 JP60025096A JP2509685A JPH0616829B2 JP H0616829 B2 JPH0616829 B2 JP H0616829B2 JP 60025096 A JP60025096 A JP 60025096A JP 2509685 A JP2509685 A JP 2509685A JP H0616829 B2 JPH0616829 B2 JP H0616829B2
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、２つの対向する面間で毛細管現象による作用
により液を移送するための、特に、生物学的液体（biol
ogical liquid）を移送するために使用される装置に関
する。
従来技術及びその問題点 ２つの対向する面間の毛細管現象の作用による液の移送
においては、２つの液が反対方向に流れることにより一
緒にされ、対立して１つの流れを作るか、または、移送
領域の同じ部分を並んで一緒に進む１つの並流として移
送される。第１の場合においては、移送領域の２つの部
分のいずれの部分でも２つの液の一方の液のみがあり、
２つの部分の間の合流点において合流する。第２の場合
においては、各液が本質的に全移送領域を進み、ほぼ等
しい量だけ最終地点に到達する。
いずれの場合でも、液がコントロールされた状態で流れ
ることが重要である。例えば、反対方向の液移送がイオ
ン選択電極（ion-selective electrode：以下“ＩＳ
Ｅ”とする）間のイオンブリツジとして使用される場
合、例えば米国特許第４，２７１，１１９号で説明され
ているように、２つの液が対向面間の間隙内に導入さ
れ、反対方向に、理想的には等しい速度で進み、所定の
合流点において合流するようにされる。しかし、上記米
国特許の層次解折（differential analysis）を用い
て、参照液に対して異る粘性そして／または表面張力を
有する生物学的液体をテストするときには、一方の液が
他方の液よりもかなりはやく進むのが普通である。
もし、はやく進んだ液が、他方の液のテスト用のＩＳＥ
に入り込んだとしたら、そのテストはだめになる。水で
膨張可能な層をコーテイングすることによりこの問題が
解決されることが判つているが、コーテイングする工程
が必要となる。ある場合においては、追加の層を必要と
しない流速制御構造が作られたら有益である。他方、流
れに対する機械的抑制はそれらが空気の溜りを生じるこ
とがある。そのような空気の溜りは移送される液流に予
期できない干渉を行う傾向にあるので好ましくない。米
国特許第４，２３３，０２９号に開示された毛細管液移
送装置は空気の溜りを避けながら毛細管面の間を溜れる
液流の抑制を行うエネルギバリアとしてのリブを有して
いる。しかし液流を完全に予想可能とするためには、対
向する毛細管面の両方にリブを設ける必要がある。製作
上の観点からは、対向する面の少くとも１方を大体滑ら
かなものとしておいて制御された流れを与えるのが望ま
しい。従来は、いかにしてこれをなすか、また、空気の
溜りを避けるかということが明瞭でなかつた。
発明の目的 本発明は上記の点に鑑み、毛細管液移送領域を形成する
対向する面の一方をほぼ滑かにしたまま、空気の溜りを
生じることなしに、上記領域を通る液流を機械的にコン
トロールすることを目的としている。
発明の構成 本発明に係る液移送装置は、供給された液の毛細管現象
の作用による流れが生じるのに有効な間隔だけ離されて
毛細管移送領域を形成している対向する面を有し、該面
がそれらの両側縁に沿って接合され供給された液と空気
とがそれらの縁の間に閉じ込められるようにされている
毛細管移送装置であって、上記対向面の一方が、上記縁
の間の領域を通る液の流速を遅くするためのエネルギバ
リアであって、それぞれが上記領域を通る液の主要進行
方向を横切って伸び上記間隔よりも小さい高さを有し、
相互に間隔をあけて設けられたエネルギバリアと；上記
縁の間の所定の位置において上記エネルギバリアのそれ
ぞれを通って流れ始めるようにするため該エネルギバリ
アに形成されたスロットを備える手段と；を有し、ま
た、上記領域に液を受け入れるための手段を有すること
を特徴とする。
この装置は、好ましくは１若しくはそれ以上の生物学的
液を移送するのに、特に好ましくはイオンブリツジの如
き装置内で合流場所にそのような２つの液を移送するの
に使用される。また、この装置は好ましくは直線状で相
互に平行なエネルギバリアを使用する。また、この装置
は特定の使用目的に関係なく、特に、液の進行速度また
は進行する液のメニスカスの形状のコントロールが必要
な場合に、どのような液の移送にも適用できる。エネル
ギバリアは直線状でもまたは平行でも良く、そうでなく
とも良い。
実施例 以下、本発明を添付図面に示した実施例に基づき説明す
る。
第１図乃至第３図に示す本発明に係る液移送装置１０
は、頂部部材１６及び底部部材１８によつてそれぞれ形
成される２つの対向した面１２，１４を有している。そ
れらの面は縁２０，２２の部分で当接し接着剤などでシ
ールされて包囲された液移送領域３０を形成している。
移送される液は頂部若しくは底部部材のいずれかに第５
図に点線で示す如き開口、若しくはいずれかの端部に毛
細管間隙を露呈して形成される開口を通して導入され
る。図示の面１４は面１２から離れるように凹状とされ
ているが、これは重要なことではなく、それら面を平行
にすることもできる。
本発明の１つの特徴として、（第２図で矢印３２により
示す）液の主要な流路に沿う領域３０における液の流れ
の速度を抑制するために、面１４のような一方の面上に
流路３２内で伸びるリブ４０を形状としたエネルギバリ
アを設けている。そのようなリブは対向する面、図示の
例では面１２まで伸びておらず、第５図に示すように間
隙“ｄ”を残している。米国特許第４，２３３，０２９
号に記載されているように、面１２と１４との間の最大
間隔“ｓ”は勿論、毛細管間隔を越えるものではない。
好ましくは、リブ４０は、それが液移送領域３０の縁に
おける隆起側部壁４１と交わるまで、該縁へ伸びている
（第５図）。
空気の溜りを防ぐため、各リブ内に溜れスロツト４２が
設けられている。このスロツトは第５図に示すように流
路３２の方向を横断する方向で最大寸法Ｘを有してお
り、該寸法は所望の流れ特性に照して決められる。もし
全てのスロツト４２が省略されれば、空気の溜りを生じ
る可能性がアるので、リブを越える流れは予測できない
ようになる。特に、間隔ｓ（第５図）が５０ミクロン以
下の場合、流れの方向において伸びる頂部部材１６内の
たるみまたは垂下が、液の移送中に、中央部分にエアポ
ケツトを作る傾向にあるので問題である。エアポケツト
を作るメカニズムは、メニスカス前の間隔ｓ内の垂下に
よる減少により液が空気を包みポケツトを作るのを促進
することにあると考えられる。そのような垂下は、例え
ば貯蔵などの間の変形によつて生じる。
スロツト４２は縁２０，２２のいずれかというよりもそ
れらの間に、好ましくはそれらの中間に設けられる。そ
のように設ける理由は、液が各リブを通つて進行する場
合、その進行は、始めにそのリブに設けられたスロツト
を越えて進むことにより起されるからである。液の進行
におけるある点において、リブ４０′によつて作られた
エネルギバリアのため、第２図に示す位置５０にメニス
カスが生じる。それから、メニスカスはスロツト４２の
近くで第３Ｂ図に矢印５４によつて示す方向に舌状部分
５２として進み（第３ａ，第３ｂ，第３ｃ図）、スロツ
ト４２近くの次のリブ４０″に接触するようになる（第
３ｃ，第３ｄ図）。このようになると、液は舌状部分５
２から急速にその両側へ進み、リブ４０′，４０″間の
間隙を充填する。従つて、間隙が充填されるまでに、空
気はメニスカスの前で中央部分から外側へ押し出され
る。このプロセスが繰り返されて液が進行する。これ
が、空気の溜りを避ける中心から外方への不断の充填で
ある。
これと対照的に、第４図に示すように、隣り合うリブ４
００，４１０にスロツトが設けられていないと、メニス
カスは矢印５４に沿うのではなく、矢印４２０，４２２
に沿つて一方又は両方の縁２０，２２から初めに進みだ
す。液がリブ４１０に達すると、矢印４５０で示すよう
に側縁から中心に向つて進もうとする。中心から側方で
なく、側方から中心へ向うこの液の流れは空気の溜りを
生じる傾向がある。
最も好ましくは、各スロツト４２が隣接するリブのスロ
ツトと整合される。他の実施例においては、各スロツト
の一部が隣りのリブのスロツトの一部と整合するように
される。
スロツト４２の形状は重要ではない。Ｖ形、不規則形
状、半円形等とすることもできる。
２つの異る液を異る位置から移送して相互に混わるよう
にするために装置１０を使う場合は、２つの進行する液
の前面間の空気は逃がしてやらなければならない。好ま
しくは、第５図に示すように、部材１６の縁２０，２２
近くに空気逃し開口６０，６２を形成することにより行
う。収束してくる液の前面間の空気を逃す必要がないな
らば上記開口は省略される。
寸法“ｄ”及び“Ｘ”（第５図）は種々の値とすること
ができる。好ましくは、ｄは約０．００７cm乃至約０．
０２cm、Ｘは０．０２乃至０．２cmとすることができ
る。最も好ましくは、Ｘは領域３０の全幅ｗの約７％乃
至約３６％とすることができる。
また、リブ４０は種々の間隔ｖとすることができる。最
も好ましくは、間隔ｙは約０．０５cm乃至約０．０７cm
とする。
装置１０を作る材料は移送される液に対する親液性があ
ることが要求されるが、種々の材料が使われる。より具
体的には、液に対して約６５゜乃至約８２゜の接触角度
を与えるものとされる。
第６図はポリスチレン製の部材１８、ポリエチレンテレ
フタレート製の部材１６及び着色水を用いた場合の領域
３０の流れ特性を示す。舌状部分５２の開始は、ポイン
トエリアフイル（point area fill）がより急速に生じ
るTi／Tt＝約０．４に達するまでは極めて遅い。上記の
如く、Ti／Ttは、２つのリブ間の全領域Atを満すのに必
要な時間Ttに対する部分的領域Aiを満すのに必要な時間
Tiの比である。面１２がより親水性の低いものであれ
ば、開始の時点は著しく遅れるが、第６図のカーブの傾
斜はほんのわずか変えられるだけであろう。
リブが第７図に示すようなものであれば、全てのリブに
スロツトを設ける必要はない。前述した実施例における
エレメントと類似のエレメントには同じ番号に“ａ”を
付して示してある（液を表わす点々は図面を明瞭にする
ため省略してある）。すなわち、この装置１０ａはスロ
ツト４２ａを１つおきのリブ４０ａにだけ設けるように
した点を除けば、先の実施例のものと同様の構造の領域
３０ａを有している。スロツトの設けられたリブの間に
は唯１つのスロツト無しリブ１００がある。液は次のよ
うに流れる。液が第１のリブ４０ａからリブ１００に至
り点線で示す位置へ矢印１１０の方向へ進む場合は、メ
ニスカスは第３図の実施例で述べたようになる。しか
し、液は矢印１２０の如く流れて第４図に基づき述べた
ように流れ、実線で示すようなメニスカスとなる。しか
し、空気を包むように液がリブ中心近くを流れるように
流れる危険性は、２つ目のリブ４０ａ内のスロツト４２
ａによつて最小限にされる。２つ目のリブ４０ａからの
液の流れは１つ目のリブ４０ａからの流れの繰り返しと
なる。従つて、一つ置きのリブに設けられたスロツト
は、縁２０ａ及び２２ａ間の中央位置においてエネルギ
バリア間のスペースへ向けて液の流れが再開始される作
用をなす。
第８図は、上記のような毛細管液移送装置の使用例を示
している。具体的には、米国特許第４，３０２，３１３
号に示されたように、この装置は支持エレメント１１２
内に取り付けられた２つのイオン選択電極１１４，１１
４′をカバーして接触するイオンブリツジ１３ｂとして
作用する。部材１６内の開口１４０，１４２は２つの異
る液が毛細管液移送領域へ液が流るようにするための開
口であり、該開口１４０，１４２の下方で部材１８に設
けられる（図示しない）２つの開口はそれら液が各電極
に接することができるようにするためのものである。開
口６０，６２は空気逃し開口である。
第９図に示すエネルギバリアが上述のリブの代りに等価
に使用できる。例えば、プラスチツク等において共通の
非親液性の面１４ｂの交互の部分を米国特許第４，２３
３，０２９号のコラム９に記載されているコロナ放電の
ような技術を使つて親液性に変えることができる。その
結果として、前述の実施例においてはリブによつて占め
られていなかつた面１４ｂ（くねくねした線でマークさ
れた部分）が親液性に、すなわち液によつてより容易に
濡らされやすくされる。非親液性のままとされている部
分４０ｂはエネルギバリアとして作用する。部分４０ｂ
間に伸びる部分４２ｂは上述のスロツトとして作用す
る。
上述の実施例に係る装置は、２つの液の流れが反対方向
の場合に最も良く機能する。並流（flow）が望まれる場
合には、第１０図乃至第１５図に示す実施例が好まし
い。上述の実施例におけるエレメントと同様のエレメン
トには同じ参照番号に“ｃ”，“ｄ”，“ｅ”又は
“ｆ”を付して示してある。
すなわち、第１０図及び第１３図の実施例では、毛細管
液移送領域３０ｃは２つの対向する面１２ｃ，１４ｃ間
に形成され、リブ４０ｃは上述の実施例と同様に面１４
から伸びている。しかし、面１２ｃ，１４ｃはその位置
を逆にするのが好ましい。すなわち、面１４ｃを上面と
して、リブ４０ｃを面１４から下方に伸ばすのである
（第１３図）。更に、スロツトをリブ４０ｃ内に設ける
が、（第１０図で４０ｃ′で示した）約２分の１のリブ
は１つのスロツト４２ｃを、また、（第１０図及び第１
３図で４０Ｃ″で示した）他のリブは２つのスロツト１
４２ｃ′，１４２ｃ″を設けるようにする。更に、２つ
の隣り合うリブのスロツトは横断方向で相互にずらし
て、スロツト４２ｃがスロツト１４２ｃ′，１４２ｃ″
からずれた位置となるようにする。
装置１０ｃ内の２つの液の並流は矢印２００，２０２及
び２１０，２１２で示すように進む。すなわち、２つの
液が２つの異る液源からそれぞれ２つのスロツト１４２
ｃ′，１４２ｃ″へ導入されると、それらは第１０図で
Ｍ，Ｍ′で示す如きメニスカスを作る。それらのメニス
カスはそれから合流して実線２００，２０２で示すよう
に次のスロツト４２ｃを通る。混和する液の場合と異
り、液が領域３０内で加圧されない限り、また、領域３
０ｃに同時に導入される限り、２つの混和可能の液の対
流によつて混るということは起らない。（拡散混合（di
ffusion mixing）は起こることは考えられる。）液は矢
印２１０，２１２で示すように２つに分れてスロツト１
４２ｃ′，１４２ｃ″を通つて進む。その後、メニスカ
スの形状は先に述べたＭ，Ｍ′と同様になり装置内を進
む。スロツト４２ｃ，１４２ｃ′，１４２ｃ″を通る液
の交番的の流れは、２つの液を、矢印３２ｃの方向に並
んで流れる２つの別個の流れとする。
第１１図及び第１４図に示す実施例においては、上述の
実施例と相違する大きな点として、リブ４０ｄ″の中央
部分３００が面１２ｄと１４ｄとを接続する壁として領
域３０ｄを完全に上下方向で横切つて伸びていることで
ある。残りの部分３０２及び他のリブ４０ｄ′は前述の
ものと同じである。また、リブ４０ｄ′のスロツト１４
２ｄ′，１４２ｄ″はリブ４０ｄ′のスロツト４２ｄと
整合されずに横断方向でずらされている。従つて、液の
流れは矢印２００ｄ，２０２ｄで示す方向に流れ、それ
から矢印２１０ｄ，２１２ｄの方向に流れる。（また
は、リブ４０ｄ″の部分３０２は完全に省略して、部分
３００だけを残すことができる。） 第１２図の実施例においては、流れの方向を横切る全て
のエネルギバリアは１つ以上のスロツトを有している。
これらバリアには２つのタイプがあり、１つはリブ４０
ｅで、他の１つは上下の面を接続している壁３００ｅで
ある。リブと壁とは交互に設けられており、スロツト４
２ｅは壁３００ｅのスロツト１４２からずれている。流
れのパターンは第１１図の実施例の場合と全く同様であ
る。
エネルギバリア４０ｅ，３００ｅを矩形状にするかわり
に、それらの一方又は両方の形として円筒状とすること
ができる。
上述の全ての実施例において、スロツトを有するリブが
側壁に対して直角である必要はない。すなわち、第１５
図の実施例においては、その構造は大体第１１図に示し
たものと類似するが、リブ４０ｆ′は湾曲した部分を備
える側壁４１ｆに連結されている。（リブ３００ｆは領
域３０ｆの全高さにわたり伸びている。）リブ４０ｆ′
を側壁に連結している湾曲部分は液のよどみを最小にす
る。そのような湾曲部分の有用な半径Ｒは、領域３０ｆ
の幅ｗに対するその半径の比Ｒが約35／1000となるよう
なものを含む。
上述した使用に加えて、第１０図乃至第１５図に示した
実施例は単一の液、特に高粘性液を扱うのに使用するこ
ともできる。例えば、病理学的液体は、流れる回数を抑
制したまま、上述の曲りくねつた流路により与えられる
流れ制限を減少することによつて流れる。
第１０図乃至第１５図の実施例は、混和することない同
時の流れが望まれるいかなる場合にも使用できる。第１
６図はそのような使用の例を示している。既存の文献に
示されているように、差動電位差計テスト（differenti
al potentiometrictest）において使用される本質的に
異る２つの液間の理想的液体合流点は、イオンブリツジ
において液体の混合が起らないようなものである。すな
わち、第１６図はマルチテストエレメント４００を示し
ており、組み立てられたときに図示の位置を占める入口
開口４１０を有する頂部カバーシートが取外されて（又
は図示せず）に示してある。第１０図及び第１３図の実
施例における頂部シート１８ｃと同様の底部シート１８
ｇは毛細管液移送領域３０ｇと、これもまた同様の領域
である液供給領域４２０とを有している。領域３０ｇの
リブは実質的に第１０図に示されている。すなわち、リ
ブは全毛細管間隔の距離だけは伸びておらず、頂部シー
トの毛細管面をシート１８ｇの面１４ｇから離れてい
る。しかし、選択的に、全毛細管間隔だけ伸びている仕
切壁４４０を領域４２０，４３０間に設け、２つの液を
領域３０に向けて下方に流し、相互に向う流れでなく並
流を作る。
１つ置きのリブ４０ｇ″間のスロツト１４２ｇ′内に
は、シート１８ｇを通して開口４５０が設けられてい
る。それらの開口は米国特許第４，２７１，１１９号の
特に第１０図に記載されているように形成される。開口
４５０の長さ方向軸線はスロツト１４２ｇ′と直角とさ
れるが、その軸線に対して直角方向の十分な流れがあ
り、開口の十分な濡れを確実にし、面１４ｇの平面から
外に液が連続的に流れるようにする。シート１８ｇ及び
各開口４５０の下には、米国特許第４，２７１，１１９
号の第１０図に関して記載されているように構成された
イオン選択電極（ＩＳＥ：ion-selective electrode）
が設けられている。ＩＳＥは次のように対にされる。Ｉ
ＳＥ４６０と４６０′が１つのイオンアナライトに、Ｉ
ＳＥ４６２と４６２′が第２のイオンアナライトに、Ｉ
ＳＥ４６４と４６４′とが第３のイオンアナライトに、
ＩＳＥ４６６，４６６′が第４のイオンアナライトに組
合せられる。最も好ましくは、どの一対のＩＳＥに対す
る開口４５０間の距離も約１cmとする。
シート１８ｇ内のキヤビテイ４７０はオーバーフロー液
を収集するドレーンキヤビテイである。このキヤビテイ
は排気開口４８０で終る。キヤビテイ４７０は省略で
き、その場合、液溜は必要とされない。
結果として、開口４１０を通して領域３０内に導入され
る２つの類似しない混和性の液は、曲りくねつた流路を
横並びになつて流れ、スロツト４２ｃをほぼ２分し、ま
た、対流混合が実質的に無い合流を生じる。各液、その
うちの１つは参照液、の一部が開口４５０から引き出さ
れて各ＩＳＥに触れ、差動電圧計測定法が図示しない電
気メータを用いて通常の方法で行われる。
一方の液の粘度が他方の液よりかなりゆつくり流れるよ
うにする場合でも、領域３０が両液の所望の並流れを生
じるのに有効であることが判つた。この効果は、はやく
流れる液体が遅い方の液体を引つぱつて一緒に流れるこ
とによるものと考えられる。
効 果 以上の説明から判るように、本発明においては、空気の
溜りを生じることなしに流速の制御及び液の前進する前
面の形状を制御するために、液移送装置の毛細管面の一
方だけに機械的エネルギバリアを形成すれば良く、米国
特許４、２３３、０２９号に開示されたものの如く、両
面にリブを設けたものに比べて制作上でも優れている。
また、そのような液移送装置を作るのが簡単であるとい
う効果もある。
更に別の効果は、２つの混和性のある液を横並べの状態
で対流混合させることなしに流すことができるというこ
とである。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明に係る毛細管液移送装置の一部を示す
一部切欠斜視図； 第２図は、第１図におけるII−II線に沿つて見た図； 第３Ａ図乃至第３Ｅ図は、第２図に類似する図である
が、液の各進行状態を示す図： 第４図は、第２図に類似するが、それとの比較のための
図： 第５図は、第１図のＶ−Ｖ線に沿つて見た図； 第６図は、隣り合うリブ間を液が充填する場合の速度
を、縦軸に（リブ間で液に充填された面積Ai）／（リブ
間の全面積At）を、横軸に（Aiを満すのに要する時間T
i）／（Atを満たすの要する時間Tt）をとつて示した
図； 第７図は、第２図に類似するが他の実施例を示す図、 第８図は、本発明の毛細管液移送装置をイオンブリツジ
として使用しているＩＳＥテストエレメントの斜視図； 第９図は、第２図に類似するが、更に別の実施例を示す
図； 第１０図乃至第１２図は、第２図に類似するがそれぞれ
他の実施例を示す図 第１３図及び第１４図は、それぞれ第１０図のXIII−XI
II線及び第１１図のXIV−XIV線に沿つて見た図； 第１５図は第１２図に類似するが他の実施例を示す図； 第１６図は本発明に従つて作られたＩＳＥテストエレメ
ントの部分を表わす平面図；である。 １０，１０ａ，１０ｃ，４００……毛細管液移送装置 １２，１４，１２ｃ，１４ｃ，１２ｄ，１４ｄ……対向
する面 ３０，３０ａ，３０ｃ，３０ｇ……毛細管領域 ４０；４０ａ，１００；４０ｂ；４０ｃ′，４０ｃ″，
４０ｄ′，４０ｄ″；４０ｅ；４０ｆ′；４０ｇ″……
エネルギバリア ３２，３２ｃ……液の主要進行方向 ４２，４２ａ；４２ｂ；４２ｃ，１４２ｃ′，１４２
ｃ″；４２ｄ，１４２ｄ′，１４２ｄ″；４２ｅ，１４
２ｅ′，１４２ｅ″……スロツト。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】供給された液の毛細管現象の作用による流
    れが生じるのに有効な間隔だけ離されて毛細管移送領域
    を形成している対向する面を有し、該面がそれらの両側
    縁に沿って接合され供給された液と空気とがそれらの縁
    の間に閉じ込められるようにされている毛細管移送装置
    において、上記対向面の一方が、上記縁の間の領域を通
    る液の流速を遅くするためのエネルギバリアであって、
    それぞれが上記領域を通る液の主要進行方向を横切って
    伸び上記間隔よりも小さい高さを有し、相互に間隔をあ
    けて設けられたエネルギバリアと；上記縁の間の所定の
    位置において上記エネルギバリアのそれぞれを通って流
    れ始めるようにするため該エネルギバリアに形成された
    スロットを備える手段と；を有し、また、上記領域に液
    を受け入れるための手段を有する毛細管移送装置。
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