CN111712322A - 流体处理装置及流体处理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于，提供能够容易地分取液滴的流体处理装置。通过以下的液体处理装置来实现上述目的，该液体处理装置具有：导入口；第一流路，与所述导入口连接，在使包含液滴的流体流动时所述液滴能够在该第一流路中移动；以及均为所述第一流路扩幅而成的第一腔室及第二腔室，该第一腔室捕捉在所述第一流路中移动的所述液滴，所述第一腔室所捕捉的所述液滴能够经由所述第一流路移动至第二腔室，所述流体处理装置能够通过转动来切换以下的第一状态及第二状态：第一状态，所述第一腔室自所述第一流路向铅垂上方扩幅，在所述第一流路中移动的液滴被捕捉于所述第一腔室；第二状态，所述第二腔室自所述第一流路向铅垂上方扩幅，被捕捉于所述第一腔室中的液滴经由所述第一流路移动至所述第二腔室。

Description

流体处理装置及流体处理系统
技术领域
本发明涉及流体处理装置及流体处理系统。
背景技术
在临床检查、食物检查、或环境检查等检查中，已知用于高精度地分析细胞、蛋白质、核酸等微量的被分析物的流体处理装置。例如，已知对从包含上述被分析物的流体中生成的、直径为0.1～1000μm的微小的微滴(以下，也称作“液滴”)进行处理的流体处理装置(例如，参照非专利文献1)。在上述流体处理装置中，从所生成的所有液滴中，分选包含规定的被分析物(以下，也称作“被分选物”)的液滴。
存在如下的需求：将非专利文献1中记载的那样的流体处理装置所处理的液滴分取，并要单独地分析各个液滴中包含的被分析物。
作为分取流体内的物质的方法，例如，在专利文献1中记载了，在成为从多个换能器中生成的驻波的节点的部分使颗粒状的物质漂浮，从而能够通过上述节点的移动及固定来控制上述颗粒状的物质的移动及停止。根据专利文献1，若这样控制颗粒状的物质的移动，则能够应用于通过荧光激活细胞分选(Fluorescence activated cell sorting，FACS)进行的细胞的分取等。
另外，在专利文献2中记载了，通过在与流体的流动方向对置地配置的面上设置洼陷，能够使流体中的颗粒状的物质暂时地稳定地保持于上述洼陷，还能够在处理或观测之后将所保持的颗粒状的物质放出。
另外，在专利文献3中记载了，能够将可根据流路的宽度变形的、形成为可堵塞流路的流体块，捕捉于形成为球状等形状的流路的扩大部。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：美国专利申请公开第2002/0022261号说明书
专利文献2：美国专利申请公开第2004/0224380号说明书
专利文献3：美国专利申请公开第2011/0177586号说明书
非专利文献
非专利文献1：C.Wyatt Shields IV，et al.，Microfluidic cell sorting：areview of the advances in the separation of cells from debulking to rare cellisolation，Lab on a Chip，Vol.15，pp.1230-1249
发明内容
发明要解决的问题
然而，在专利文献1～专利文献3中记载的方法有的难以将各个物质分配到单独的槽孔中，有的则为了分配而需要大规模的装置。
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于，提供能够容易地分取液滴的流体处理装置、以及能够使用该流体处理装置分取液滴的流体处理系统。
解决问题的方案
本发明的流体处理装置具有：导入口；排出口；第一流路，与所述导入口及所述排出口连接，在使包含液滴的流体流动时所述液滴能够在该第一流路中移动；第一腔室，是所述第一流路扩幅而成的，捕捉在所述第一流路中移动的所述液滴；以及第二腔室，是所述第一流路扩幅而成的，所述第一腔室所捕捉的所述液滴能够经由所述第一流路移动至该第二腔室，所述流体处理装置能够通过转动来切换以下的第一状态及第二状态：第一状态，所述第一腔室自所述第一流路向铅垂上方扩幅，在使流体在所述第一流路中流动时，在所述第一流路中移动的液滴被捕捉于所述第一腔室；第二状态，所述第二腔室自所述第一流路向铅垂上方扩幅，在使流体在所述第一流路中流动时，被捕捉于所述第一腔室中的液滴经由所述第一流路移动至所述第二腔室。
另外，本发明的流体处理系统具备：所述流体处理装置；保持机构，保持所述流体处理装置；以及转动机构，使所述流体处理装置转动，以切换所述流体处理装置的所述第一状态与所述第二状态。
发明效果
根据本发明，可提供能够容易地分取液滴的流体处理装置。
附图说明
图1A是第一实施方式的流体处理装置的立体图，图1B是上述流体处理装置的俯视图，图1C是上述流体处理装置的图1B所示的线1C-1C处的剖面图。
图2A是表示将包含多个液滴的流体向第一流路导入时的液滴的移动的、导入区域附近的放大示意图，图2B是表示此时的液滴的移动的、导入区域附近的图1B所示的线1C-1C处的放大剖面图。
图3A是表示使液滴向第一腔室移动时的液滴的移动的、导入区域附近的放大示意图，图3B是表示此时的液滴的移动的、导入区域附近的图1B所示的线1C-1C处的放大剖面图。
图4A是表示使液滴向第二腔室移动时的液滴的移动的、导入区域附近的放大示意图，图4B是表示此时的液滴的移动的、导入区域附近的图1B所示的线1C-1C处的放大剖面图。
图5A是第二实施方式的流体处理装置的立体图，图5B是上述流体处理装置的俯视图，图5C是上述流体处理装置的图5B所示的线5C-5C处的剖面图。
图6是图5B的B区域处的线6-6处的放大剖面图。
图7A是表示将包含多个液滴的流体向第一流路导入时的液滴的移动的、导入区域附近的放大示意图，图7B是表示此时的液滴的移动的、导入区域附近的图5B所示的线5C-5C处的放大剖面图。
图8A是表示使液滴向第一腔室移动时的液滴的移动的、导入区域附近的放大示意图，图8B是表示此时的液滴的移动的、导入区域附近的图5B所示的线5C-5C处的放大剖面图。
图9A是表示使液滴向第二腔室移动时的液滴的移动的、导入区域附近的放大示意图，图9B是表示此时的液滴的移动的、导入区域附近的图5B所示的线5C-5C处的放大剖面图。
图10是表示使液滴向第三腔室移动时的液滴的移动的、导入区域附近的放大示意图。
图11A及图11B是表示在操作具有端部被倒角的存积腔室的流体处理装置时，将包含多个液滴的流体从导入口向第一流路导入时的情况的示意图。
具体实施方式
[第一实施方式]
(流体处理装置的结构)
图1A、图1B及图1C是表示本实施方式的流体处理装置100的结构的示意图。图1A是流体处理装置100的立体图，图1B是流体处理装置100的俯视图，图1C是流体处理装置100的图1B所示的线1C-1C处的剖面图。此外，在图1A及图1B中，上侧基板的被覆面中的、被后述的被覆部覆盖的开口部也以实线表示。另外，图1B及图1C中省略了阴影线。另外，图1C中，将纸面上方设为铅垂上方。
流体处理装置100具有主体部110和接合于主体部110的一个表面112的被覆部180。
主体部110具有：使导入口122与排出口124连通的第一流路120、以及均为第一流路120扩幅而成的、多个第一腔室130、多个第二腔室140及存积腔室150。第一流路120具有：多个第一腔室130及多个第二腔室140所连结的流路即分取区域126、以及存积腔室150所连结的流路即导入区域128。第二腔室140具有从表面112向主体部110的外部开口的开口部142。
主体部110能够通过泵等的外力使将微滴(液滴)分散于母相液体中而得到的分散液在第一流路120中流动，该微滴(液滴)是从包含被分选物(例如，细胞、DNA、以及酶等蛋白质)的流体(例如，液体)中生成的微滴(液滴)或不包含这些被分选物的微滴(液滴)。上述分散液是将作为微滴的液滴分散于相对于液滴溶解性较低的油等母相液体中而得到的分散液。上述液滴例如可设为具有0.1μm以上且1000μm以下、优选为5μm以上且200μm以下的直径的大致球形的微滴。可以通过公知的方法生成液滴。此外，液滴也可以是不包含被分选物的微滴。
液滴是由比重比母相液体轻的溶剂形成的。因此，当以使第一腔室130从第一流路120向铅垂上方扩幅的方式(比与第一流路的连接位置更向重力方向的相反方向扩幅的方式)配置主体部110(第一状态)，使包含液滴的液体流动而成的流体在第一流路120中流动时，液滴从第一流路120移动至第一腔室130，被捕捉于第一腔室130。第一腔室130是仅能够捕捉1个或少数的液滴的大小，因此液滴被分散地捕捉于多个第一腔室130。之后，在使主体部110转动，以使第二腔室140从第一流路120向铅垂上方扩幅的方式配置主体部110(第二状态)，并使不包含液滴的流体在第一流路120中流动时，被捕捉于第一腔室130的液滴分别从第一腔室130移动至第一流路120，进一步从第一流路120移动至第二腔室140。之后，将被覆部180穿刺，来从各个第二腔室140中回收液滴。这样，流体处理装置100能够容易地分取液滴。
主体部110是将均为薄板形状的上侧基板114与下侧基板116接合而形成的。在上侧基板114中，在与下侧基板116接合的面(以下，简称为“流路面”)上设置有槽状的凹部，若上侧基板114与下侧基板116接合，则上侧基板114的凹部成为第一流路120。此外，也可以是，上侧基板及下侧基板在彼此接合的各个面上分别设置有槽状的凹部，以使这些凹部合为一体的方式进行位置对准，并将上侧基板与下侧基板接合，从而将在上侧基板及下侧基板的接合的面上设置的凹部构成为第一流路。在第一流路120的一方的端部侧形成有导入区域128，在剩余的区域形成有分取区域126。
在上侧基板114中设置有如下的空间：从槽状的凹部中的、在形成第一流路120时成为分取区域的区域，朝向不与下侧基板116接合的表面(以下，简称为“被覆面”)(在本实施方式中为，朝向上侧基板114的厚度方向)，贯通上侧基板114而形成的多个大致圆柱状的空间。在上侧基板114与下侧基板116接合且被覆部180接合于被覆面时，上述多个大致圆柱状的空间成为多个第二腔室140。另外，在上侧基板114中设置有如下的空间：从槽状的凹部中的、在形成第一流路120时成为导入区域的区域，朝向被覆面(在本实施方式中为，朝向上侧基板114的厚度方向)，贯通上侧基板114而形成的一个大致圆柱状的空间。在上侧基板114与下侧基板116接合，且被覆部180接合于被覆面时，上述一个大致圆柱状的空间成为存积腔室150。
在下侧基板116中设置有如下的空间：从与上侧基板114接合的表面中的、在接合时成为第一流路120的流路面的区域，朝向不与上侧基板114接合的表面(在本实施方式中为，朝向下侧基板116的厚度方向)，形成于下侧基板116的多个大致圆柱状的空间。在下侧基板116与上侧基板114接合时，上述多个大致圆柱状的空间成为多个第一腔室130。另外，在下侧基板116中设置有如下的空间：从与上侧基板114接合的表面中的、在接合时成为第一流路120的流路面的区域，朝向不与上侧基板114接合的表面，贯通下侧基板116而形成的一对大致圆柱状的空间。在下侧基板116与上侧基板114接合时，上述一对大致圆柱状的空间分别成为导入口122及排出口124。
上侧基板114及下侧基板116例如由聚乙烯对苯二甲酸酯等聚酯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯等丙烯酸树脂、聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯及环烯烃树脂等聚烯烃、聚乙醚、聚苯乙烯、有机硅树脂、以及各种弹性体等树脂材料形成。对于上侧基板114及下侧基板116，只要能够进行后述的接合，则既可以由相同的材料形成，也可以由彼此不同的材料形成。
可以是上侧基板114与下侧基板116在第一流路120以外的区域处，彼此热熔接，但从抑制熔接时的热所导致的变形等的观点来看，优选通过环氧系等的粘接剂来彼此粘接。
被覆部180接合于主体部110的表面112，覆盖第二腔室140的开口部142及存积腔室150的朝向被覆面的开口部。
被覆部180例如由丙烯酸树脂、环状烯烃均聚物树脂(COP)、环状烯烃共聚树脂(COC)、丙烯系弹性体等烯烃系弹性体、聚乙烯及硅橡胶等、容易用移液管等穿刺的材料形成。
被覆部180中，不覆盖第二腔室140的开口部142及存积腔室150的朝向被覆面的开口部的区域可以热熔接于主体部110的表面112，但从抑制熔接时的热所导致的主体部110及被覆部180的变形等的观点来看，优选通过环氧系等的粘接剂，将其粘接于主体部110的表面112。
第一流路120是供包含液滴的流体流动的流路。在第一流路120的两个端部设置有均导通至主体部的外部的导入口122及排出口124，能够使在包含液滴的流体及液滴的分取中使用的流体等，从导入口122流动至排出口124。第一流路120具有进行液滴的分取的分取区域126、以及将从导入口122所导入的流体中包含的液滴暂时地存积的导入区域128。在分取区域126中形成有分取区域126局部地扩幅而成的多个第一腔室130及多个第二腔室140。
分取区域126是与流动方向垂直的剖面面积比要分取的液滴的剖面面积小的、具有限制液滴的自由移动的剖面面积的流路。具体而言，分取区域126的与流体的流动方向垂直的剖面面积是如下的大小，即，通过提高向第一流路120流动的流体的流速(流压)，从而稍微变形的液滴能够流动的大小。例如，可以将分取区域126的与流体的流动方向垂直的剖面面积设为，相对于要分取的液滴的剖面面积的比率为16.5％以上且90％以下。例如，在液滴的剖面面积为7850μm2的情况下(液滴的粒径为100μm)，分取区域126的剖面面积为1300μm2以上且7065μm2以下。从防止液滴的损坏的观点来看，在液滴的粒径为100μm的情况下，分取区域126的与流动方向垂直的剖面中的宽度及深度的最小值优选为13μm以上，更优选为20μm以上，特别优选为70μm。即，相对于液滴的粒径的、分取区域126的与流体的流动方向垂直的剖面中的宽度及深度的最小值，优选为13/100以上，更优选为1/5以上，特别优选为7/10以上。对于分取区域126的长度，只要是使充分的量的液滴流动且能够分取的长度即可，例如，优选为1mm以上10cm，更优选为1cm以上10cm。分取区域126的流路的剖面形状也可以是圆形、椭圆形、正方形、长方形等任意的形状。此外，在本说明书中，“液滴的剖面面积”是指，液滴不因外力而变形的状态下的以相当于球的方式换算的、通过液滴的中心的剖面的剖面面积。
导入区域128的与流体的流动方向垂直的剖面的剖面面积与要分取的液滴的剖面面积相比足够大，是具有能够使液滴自由移动的流路直径的流路。导入区域128与导入口122连通，暂时地存积从导入口122所导入的液滴。对于导入区域128的流路直径及长度，不特别地进行限定，例如，可以设为如下区域：流路直径最小的宽度(与上侧基板114与下侧基板116的接合面垂直的方向上的宽度)为10μm以上且300μm以下，流路直径最大的宽度(与上侧基板114与下侧基板116的接合面平行，且与流体的流动方向垂直的方向上的宽度)为0.1mm以上且20mm以下，长度为1mm以上且10mm以下。
此外，从防止被加压而变形的液滴的损坏等的观点来看，优选导入区域128与分取区域126的边界区域，是将两个侧面设为曲面状并连续且平缓地减小宽度(与上侧基板114与下侧基板116的接合面平行的流通方向上的宽度)而成的形状的流路。
第一腔室130是第一流路120的分取区域126扩幅而成的空间，是相对于第一流路120的分取区域126开口的密闭空间。在以使第一腔室130位于第一流路120的铅垂上方的方式配置主体部110的第一状态下，第一腔室130利用浮力使在第一流路120中流动的液滴移动并将其捕捉。第一腔室130具有能够收纳(捕捉)1个、或者2个以上5个以下的少数的液滴的大小。从使液滴的分取更容易的观点来看，优选第一腔室130具有仅能够收纳(捕捉)1个液滴的大小。在第一腔室130具有仅能够收纳1个液滴的大小的情况下，例如，优选第一腔室130的剖面面积的最大值相对于液滴的剖面面积的比率为100％以上且小于160％，更优选为100％以上且150％以下。此外，第一腔室130的剖面面积是指，第一腔室130的、与分取区域126的流体的流动方向垂直的剖面的剖面面积。另外，对于第一腔室130的朝向分取区域126的开口直径，虽然也与液滴的粒径及流速相关，但在液滴的流速足够慢时，在相对于液滴的粒径为100％以上且500％以下的范围内适当调整即可。另外，第一腔室130的深度(第一状态下的距第一流路120的分取区域126的高度)可以设为相对于液滴的粒径为100％以上且150％以下。
例如，对于第一腔室130的朝向分取区域126的开口直径，在液滴的粒径为100μm且液滴的流速为20μm/s以上且2000μm/s以下的情况下(流速足够慢的情况下)，可以设为100μm以上且150μm以下，在液滴的粒径为100μm且液滴的流速为2000μm/s以上且10mm/s以下的情况下(流速较快的情况下)，可以设为150μm以上且500μm以下。例如，对于第一腔室130的深度(第一状态下的距第一流路120的分取区域126的高度)，在液滴的粒径为100μm的情况下，可以设为100μm以上且150μm以下。
第一腔室130在本实施方式中为大致圆柱状，但也可以设为局部球体、长方体、立方体等任意的形状的空间。从防止被加压而变形的液滴的损坏等的观点来看，优选第一腔室130的朝向第一流路120(分取区域126)的开口部的端部被倒角。此外，在本说明书中，倒角是包含R倒角(倒角后的面为曲面)及C倒角(倒角后的面为平面)这两者的概念。另外，对于第一腔室130的、朝向第一流路120的分取区域126的开口部的形状，在液滴的流速足够慢时优选设为圆形，在液滴的流速较快时，优选设为具有与第一流路120的液体的流通方向平行的长径的椭圆形。
第二腔室140是相对于第一流路120的分取区域126开口的、具有比第一流路120的流路直径及第一腔室130的开口直径大的开口直径的、贯通至表面112的大致圆柱状的空间。优选第二腔室140所具有的大小可支持如下处理：通过将被覆部180穿刺而使第二腔室140向外部开口，来利用移液管等将移动至第二腔室140的内部的液滴回收。例如，可以将第二腔室140设为直径(在与第一流路120的流动方向及表面112平行的方向上形成的圆形的剖面的直径)为200μm以上且35mm以下的空间。
沿第一流路120的流体的流动方向观察时的、第一腔室130及第二腔室140的扩幅方向彼此不同。也就是说，第一腔室130及第二腔室140是第一流路120的分取区域126向彼此不同的方向扩幅而成的。进一步说明的话，第二腔室140相对于第一流路120的分取区域126，以朝向与所述第一流路的流动方向正交的方向的开口角度与第一腔室130的角度不同的方式开口。从使在第二状态下移动的液滴不易被捕捉于第一腔室130的观点来看，优选沿流体的流动方向观察分取区域126时的、第一腔室130与第二腔室140相对于第一流路120开口的上述角度之差为90°以上且180°以下，更优选为135°以上且180°以下，进一步优选为180°。
此外，第二腔室140在本实施方式中为圆柱状，但可以设为矩形棱柱、多棱柱等任意的形状的空间。从使液滴的回收容易的观点来看，优选第二腔室140为从第一流路120(分取区域126)至表面112的剖面形状不变或剖面形状逐渐变宽的形状。另外，从防止被加压而变形的液滴的损坏等的观点来看，优选第二腔室140的朝向第一流路120(分取区域126)的开口部的端部被倒角。
第一腔室130及第二腔室140以相对于第一流路120，沿流体的流动方向交替地开口的方式配置。从使流体处理装置100的操作容易的观点来看，优选以第一腔室130及第二腔室140各自的开口之间的间隔固定的方式配置。第一腔室130及第二腔室140可以以各自的开口之间的间隔例如为100μm以上且10mm以下的方式配置。
存积腔室150是从第一流路120的导入区域128贯通至表面112的大致圆柱状的空间。存积腔室150暂时地存积从导入口122所导入的液滴。存积腔室150的扩幅方向与沿第一流路的流体的流动方向观察时的、第一腔室130的扩幅方向不同。也就是说，存积腔室150是第一流路120的导入区域128向与第一腔室130从分取区域126扩幅的方向不同的方向扩幅而成的。进一步说明的话，存积腔室150相对于第一流路120，以朝向与所述第一流路的流动方向正交的方向的开口角度与第一腔室130的角度不同的方式开口。对于存积腔室150与第二腔室140相对于第一流路120开口的上述角度之差，优选为90°以上且180°以下，更优选为135°以上且180°以下，进一步优选为180°。另外，存积腔室150的扩幅方向与沿第一流路的流体的流动方向观察时的、导入口122的扩幅方向不同。也就是说，存积腔室150相对于第一流路120的导入区域128，以朝向与所述第一流路的流动方向正交的方向的开口角度与导入口122的角度不同的方式开口。对于存积腔室150与导入口122相对于第一流路120的导入区域128开口的上述角度之差，优选为90°以上且180°以下，更优选为135°以上且180°以下，进一步优选为180°。
从使所导入的液滴中的更多的液滴向存积腔室150之中移动且存积于其中的观点来看，优选存积腔室150具有比液滴的直径宽的开口直径。另一方面，从不抑制从存积腔室150向第一流路的液滴移动的观点来看，优选具有与导入区域128的宽度(导入区域中的与流动方向垂直的方向的宽度)相同或比之更窄的开口直径。例如，存积腔室150可以具有相对于第一流路120的导入区域128的宽度(导入区域中的与流动方向垂直的方向的宽度)的比率为1/2以上且1以下的开口直径。
此外，也可以将存积腔室150设为不贯通至表面112的大致圆柱状的密闭空间。
从使主体部110的制作及操作容易的观点来看，优选相对于第一流路120，朝向与所述第一流路的流动方向正交的方向的、第一腔室130及导入口122的开口角度大致相同。同样地，优选相对于第一流路120，朝向与所述第一流路的流动方向正交的方向的、第二腔室140及存积腔室150的开口角度大致相同。另外，优选第一腔室130与导入口122相对于第一流路120的上述开口角度之差、以及第二腔室140与存积腔室150相对于第一流路120的上述开口角度之差均为180°。
(流体处理装置的操作)
在被覆部180接合于主体部110的表面112的状态下，使用流体处理装置100。
最初，以使存积腔室150位于第一流路120(导入区域128)的铅垂方向上方的角度设置流体处理装置100(第二状态)，将包含多个液滴的流体从导入口122导入至第一流路120。图2A及图2B是表示这时的液滴的移动(图中以箭头表示)的示意图。图2A是导入区域128附近的放大示意图，图2B是导入区域128附近的图1B所示的线1C-1C处的放大剖面图。此外，图2A中虽然以实线表示，但第二腔室140的开口部142被被覆部180覆盖。另外，图2B中，将纸面上方设为铅垂上方。
所导入的流体成分在第一流路120中从导入区域128向分取区域126流动，从排出口124排出。另一方面，液滴从导入区域128向分取区域126的移动受到限制，停留在导入区域128。这时，液滴因其受到的浮力而从导入区域128向存积腔室150移动。通过液滴移动至存积腔室150，从而在导入区域128与分取区域126的边界区域不易滞留液滴。这样，存积腔室150能够抑制上述滞留的液滴所导致的流体成分的流动不良、以及之后导入的液滴将上述滞留的液滴挤出而向第二腔室140移动所导致的分取不良等。
将液滴从导入口122向第一流路120(导入区域128)导入时的、导入的液滴的流速只要是在不易产生由液滴的变形造成的、液滴向分取区域126的移动的范围内即可。例如，可以将这时的导入的液滴的流速设为20μm/s以上且2000μm/s以下。
接着，以与第一流路120平行的轴为转动轴使流体处理装置100转动，以使第一腔室130位于第一流路120(分取区域126)的铅垂方向上方的角度设置流体处理装置100(第一状态)。在该状态下，将不包含液滴的流体从导入口122导入至第一流路120。图3A及图3B是表示这时的液滴的移动(图中以箭头表示)的示意图。图3A是导入区域128附近的放大示意图，图3B是导入区域128附近的图1B所示的线1C-1C处的放大剖面图。此外，图3B中，将纸面上方设为铅垂上方。
所导入的流体成分对通过流体处理装置100的转动而从存积腔室150上浮至第一流路120的导入区域128的液滴进行加压，使该液滴在分取区域126中向排出口124的方向移动。在分取区域126中移动的液滴在到达形成有第一腔室130的部位时，因其受到的浮力而向第一腔室130移动。这样，液滴被捕捉于第一腔室130。但是，各个第一腔室130仅能收纳(捕捉)1个或少数的液滴，因此后续的液滴依次在分取区域126中向排出口124的方向移动，在尚未捕捉液滴的接下来的第一腔室130中被捕捉。这样，多个液滴从导入口122侧向排出口124侧依次被捕捉于多个第一腔室130中。
使液滴从导入区域128(存积腔室150)向分取区域126移动时的、导入的液滴的流速只要是在使液滴稍微变形，从而能够进行从导入区域128向较窄宽度的流路即分取区域126的液滴移动的范围内即可。例如，这时，导入的液滴的流速为20μm/s以上且2000μm/s以下。在分取区域126中移动的液滴的流速是比将液滴从导入口122向第一流路120(导入区域128)导入时的、导入的液滴的流速快的速度。
接着，以与第一流路120平行的轴为转动轴使流体处理装置100再次转动，以使第二腔室140位于第一流路120(分取区域126)的铅垂方向上方的角度设置流体处理装置100(第二状态)。在该状态下，将不包含液滴的流体从导入口122导入至第一流路120。图4A及图4B是表示这时的液滴的移动(图中以箭头表示)的示意图。图4A是导入区域128附近的放大示意图，图4B是导入区域128附近的图1B所示的线1C-1C处的放大剖面图。此外，图4A中虽然以实线表示，但第二腔室140的开口部142及存积腔室150的开口部被被覆部180覆盖。另外，图4B中，将纸面上方设为铅垂上方。
所导入的流体成分对通过流体处理装置100的转动而从第一腔室130上浮至第一流路120的分取区域126的液滴进行加压，使该液滴在分取区域126中向排出口124的方向移动。在分取区域126中移动的液滴在到达形成有第二腔室140的部位时，因其受到的浮力而向第二腔室140移动。这样，液滴移动至第二腔室140。这时，因为第一腔室130及第二腔室140以相对于第一流路120交替地开口的方式配置，所以被捕捉于某个第一腔室130的液滴在分取区域126中向排出口124的方向移动，从而移动至接下来开口的第二腔室140。也就是说，被捕捉于各个第一腔室130的液滴均移动至对应的第二腔室140。因此，液滴中被单独捕捉于第一腔室130中的液滴不会再次掺混而能够单独地移动至第二腔室140。
使液滴从第一腔室130向第二腔室140移动时的、导入的液滴的流速只要是在使液滴稍微变形，从而能够进行剖面面积较小的流路即分取区域126中的液滴移动的范围内即可。例如，可以将这时的导入的液滴的流速设为60μm/s以上且2000μm/s以下。
最后，不改变流体处理装置100的角度(第二状态)，将被覆部180穿刺，利用移液管等将移动至各个第二腔室140的液滴取出。由于各个第二腔室140均是仅收纳1个或少量的液滴，因此液滴的单独回收是容易的。
(效果)
根据本实施方式的流体处理装置100，能够容易地分取液滴。
[第二实施方式]
(流体处理装置的结构)
图5A、图5B及图5C是表示本实施方式的流体处理装置200的结构的示意图。图5A是流体处理装置200的立体图，图5B是流体处理装置200的俯视图，图5C是流体处理装置200的图5B所示的线5C-5C处的剖面图。此外，在图5C中，将纸面上方设为铅垂上方。图6是图5B的B区域处的线6-6处的放大剖面图。此外，图5A、5B中虽然以实线表示，但存积腔室250的开口部、第二腔室240的托盘部242、阀275、以及第二流路270的一部分被被覆部280覆盖。
流体处理装置200具有主体部210和接合于主体部210的一个表面212的被覆部280。
主体部210具有：第一流路220，使导入口222与排出口224连通；多个第一腔室230，均是相对于第一流路220开口的空间；多个第二腔室240及存积腔室250；第三腔室260，与第二腔室240连通；第二流路270，使第二腔室240与第三腔室260连通；以及阀275，设置于第二流路270。第一流路220具有：分取区域226，是设置有多个第一腔室230及多个第二腔室240的、与流体的流动方向垂直的剖面的剖面面积较小的流路；以及导入区域228，是设置有存积腔室250的、与流体的流动方向垂直的剖面的剖面面积较大的流路。第三腔室260具有从表面212向主体部210的外部开口的开口部265。
主体部210能够通过泵等的外力使液滴的分散液在第一流路220中流动。液滴及其分散液可设为与第一实施方式相同，因此省略详细的说明。
本实施方式中同样地，当以使第一腔室230位于第一流路220的铅垂上方的方式配置主体部210(第一状态)，并使包含液滴的流体在第一流路220中流动时，液滴从第一流路220移动至第一腔室230而被捕捉于第一腔室230。第一腔室230是仅能够捕捉1个或少数的液滴的大小，因此液滴被分散地捕捉于多个第一腔室230。之后，当以与第一流路220平行的轴为旋转轴使主体部210转动，以使第二腔室240位于第一流路220的铅垂上方的方式配置主体部210(第二状态)，并使不包含液滴的流体在第一流路220中流动时，分散地被捕捉的液滴分别从第一腔室230移动至第一流路220，并进一步从第一流路220移动至第二腔室240。之后，若使阀275开放，使不包含液滴的流体在第一流路220中流动，则移动至第二腔室240的液滴由于从第一流路220(分取区域226)流动至第二腔室240的流体的流动，而从第二腔室240的托盘部242通过第二流路270移动至第三腔室260。最后，从各个第三腔室260回收液滴。这样，流体处理装置200能够容易地分取液滴。
将上侧基板214与下侧基板216接合来形成主体部210。本实施方式中也与第一实施方式同样地，若将上侧基板214与下侧基板216以流路面接合，则上侧基板214的凹部成为第一流路220。
在上侧基板214中设置有如下的空间：从槽状的凹部中的、在形成第一流路220时成为分取区域的区域，朝向被覆面贯通上侧基板而形成的多个大致圆柱状的空间。在上侧基板214与下侧基板216接合且被覆部280接合于被覆面时，上述多个大致圆柱状的空间成为多个第二腔室240。上述大致圆柱状的空间的被覆面侧的开口部是形成为较宽幅的托盘部242。在上侧基板214中形成有与成为上述第二腔室240的大致圆柱状的空间成对的、向被覆面侧开口的多个槽孔，在被覆面上形成有自各个托盘部242的一端部起分别与上述多个槽孔连通的槽状的凹部。在被覆部280接合于上侧基板214的被覆面时，上述槽孔成为第三腔室260。在被覆部280接合于上侧基板214的被覆面时，形成于上述被覆面的槽状的凹部成为第二流路270。
另外，在上侧基板214中设置有如下的空间：从槽状的凹部中的、在形成第一流路220时成为导入区域的区域，朝向被覆面贯通上侧基板而形成的一个大致圆柱状的空间。在上侧基板214与下侧基板216接合且被覆部280接合于被覆面时，上述一个大致圆柱状的空间成为存积腔室250。
在下侧基板216中设置有如下的空间：从与上侧基板214接合的面，朝向不与上侧基板214接合的表面，不贯通下侧基板216地形成的多个大致圆柱状的空间。在下侧基板216与上侧基板214接合时，上述多个大致圆柱状的空间成为多个第一腔室230。另外，在下侧基板216中设置有如下的空间：从与上侧基板214接合的面，朝向不与上侧基板214接合的表面，贯通上侧基板而形成的一对大致圆柱状的空间。在下侧基板216与上侧基板214接合时，上述一对大致圆柱状的空间分别成为导入口222及排出口224。
上侧基板214及下侧基板216的材质、以及接合方法等可设为与第一实施方式相同，因此省略详细的说明。
被覆部280的材质、以及接合方法等也可设为与第一实施方式相同，因此省略详细的说明。
第一流路220是供包含液滴的流体流动的流路。第一流路220具有进行液滴的分取的分取区域226、以及将从导入口222所导入的流体中包含的液滴暂时地存积的导入区域228。第一流路220、分取区域226及导入区域228的结构可设为与第一实施方式相同，因此省略详细的说明。
另外，第一腔室230的结构也可设为与第一实施方式相同，因此省略详细的说明。
第二腔室240是相对于第一流路220的分取区域226开口的、贯通至表面212的大致圆柱状的空间。在本实施方式中，从第三腔室260中回收液滴，因此第二腔室240不需要具有能够利用移液管等来回收液滴的程度的大小。但是，优选第二腔室240具有液滴能够自由移动的大小。例如，可以将第二腔室240设为直径(在与第一流路的流动方向平行的方向上形成的圆形的剖面的半径)为200μm以上且5mm以下的空间。
第二腔室240与第一实施方式同样地，相对于第一流路220的分取区域226，以朝向与所述第一流路的流动方向正交的方向的开口角度与第一腔室230的角度不同的方式开口。另外，第一腔室230及第二腔室240与第一实施方式同样地，以相对于第一流路220交替地开口的方式配置。
在本实施方式中，第二腔室240在表面212侧具有与第二流路270连通的托盘部242。
托盘部242是在第二腔室240的开口部面向表面212设置的大致圆柱形的空间。优选托盘部242具有能收纳液滴且液滴能够自由移动的深度(从朝向表面212的开口部至同心圆状的托盘部242的底面的距离)及直径(与表面212平行的面上的开口的直径)。例如，可以将托盘部242设为深度为50μm以上且500μm以下，直径为300μm以上且5.1mm以下的空间。另外，从防止被加压而变形的液滴的损坏等的观点来看，优选托盘部242的朝向第二腔室240的开口部的端部被倒角。
第三腔室260是相对于每个第二腔室240各配置一个的、向表面212开口的槽孔状的空间。第三腔室260配置于在俯视流体处理装置200(主体部210)时与第一流路220不同的位置。因此，第三腔室260不与第一流路220连通。优选第三腔室260具有能够利用移液管等来回收移动至第三腔室260的内部的液滴的大小。例如，可以将第三腔室260设为直径(在与第一流路的流动方向平行的方向上形成的圆形的剖面的半径)为1mm以上且35mm以下的空间。
第三腔室260在本实施方式中为圆柱状，但可以设为矩形棱柱、多棱柱等任意的形状的空间。从使液滴的回收容易的观点来看，优选第三腔室260为从第三腔室260的底面至表面212的剖面形状不变或剖面形状逐渐变宽的形状。另外，从防止被加压而变形的液滴的损坏等的观点来看，优选第三腔室260的朝向第二流路270的开口部的端部被倒角。
第二流路270是使托盘部242与第三腔室260连通的流路。第二流路270使各个成对的第三腔室260及第二腔室240相互连通。优选第二流路270具有液滴能够自由移动的流路直径及深度。例如，可以将第二流路270设为距表面212的深度为20μm以上且500μm以下，与被覆部280平行的方向上的直径为20μm以上且500μm以下的空间。
在第二流路270中，形成有用于开放或关闭第二流路270以控制第二腔室240与第三腔室260之间的液滴的移动的阀275。在本实施方式中，阀275是薄膜阀。如图6所示，作为薄膜阀的阀275包括隔膜275a及隔壁275b。在阀开放状态下，在隔膜275a和隔壁275b之间，形成有用于流体移动的间隙。另一方面，在阀闭合状态下，通过推动器等以使隔膜275a与隔壁275b接触的方式按压隔膜275a。因此，在隔膜275a及隔壁275b之间不形成间隙。
在本实施方式中，以在俯视流体处理装置200(主体部210)时，在隔着第一流路220(分取区域226)的两侧排列的方式，配置有第三腔室260。在一侧及另一侧排列的第三腔室260分别经由各个第二流路270，交替地与沿着第一流路220(分取区域226)排列的第二腔室240(托盘部242)连通。因此，第二流路270及阀275也以在隔着第一流路220(分取区域226)的两侧排列的方式配置。这样，在本实施方式中，以排列的方式配置阀275，因此能够容易地对多个阀275同时进行操作或连续地操作。
存积腔室250的结构可设为与第一实施方式相同，因此省略详细的说明。
(流体处理装置的操作)
在被覆部280接合于主体部210的表面212(除了第三腔室260)的状态下使用流体处理装置200。
最初，以使存积腔室250位于第一流路220(导入区域228)的铅垂方向上方的角度设置流体处理装置200(第二状态)，将包含多个液滴的流体从导入口222导入至第一流路220。图7A及图7B是表示这时的液滴的移动(图中以箭头表示)的示意图。图7A是导入区域228附近的放大示意图，图7B是导入区域228附近的图5B所示的线5C-5C处的放大剖面图。由此，与第一实施方式同样地，液滴停留于导入区域228，并向存积腔室250移动。此外，图7A中虽然以实线表示，但存积腔室250的开口部、第二腔室240的托盘部242、阀275、以及第二流路270的一部分被被覆部280覆盖。另外，图7B中，将纸面上方设为铅垂上方。
与第一实施方式同样地，将液滴从导入口222向第一流路220(导入区域228)导入时的、导入的液滴的流速只要是在不易产生由液滴的变形造成的、液滴向分取区域226的移动的范围内即可。例如，可以将这时的导入的液滴的流速设为20μm/s以上且2000μm/s以下。
接着，以与第一流路220平行的轴为转动轴使流体处理装置200转动，以使第一腔室230位于第一流路220(分取区域226)的铅垂方向上方的角度设置流体处理装置200(第一状态)。在该状态下，从导入口222将不包含液滴的流体导入至第一流路220。图8A及图8B是表示这时的液滴的移动(图中以箭头表示)的示意图。图8A是导入区域228附近的放大示意图，图8B是导入区域228附近的图5B所示的线5C-5C处的放大剖面图。此外，图8B中，将纸面上方设为铅垂上方。由此，与第一实施方式同样地，液滴在第一流路220的分取区域226中向排出口224的方向移动，从导入口222侧向排出口224侧依次被捕捉于多个第一腔室230中。此外，这时，为了抑制流体从第三腔室260的流失，预先将阀275设为关闭的状态。
与第一实施方式同样地，使液滴从导入区域228(存积腔室250)向分取区域226移动时的、导入的液滴的流速只要是在使液滴稍微变形，从而能够进行从导入区域228向形成为较窄宽度的分取区域226的液滴移动的范围内即可。例如，可以将这时的导入的液滴的流速设为20μm/s以上且2000μm/s以下。
接着，以与第一流路220平行的轴为转动轴使流体处理装置200再次转动，以使第二腔室240位于第一流路220(分取区域226)的铅垂方向上方的角度设置流体处理装置200(第二状态)。在该状态下，从导入口222将不包含液滴的流体导入至第一流路220。此外，这时，预先将阀275闭合。图9A及图9B是表示这时的液滴的移动(图中以箭头表示)的示意图。图9A是导入区域228附近的放大示意图，图9B是导入区域228附近的图5B所示的线5C-5C处的放大剖面图。此外，图9A中虽然以实线表示，但存积腔室250的开口部、第二腔室240的托盘部242、阀275、以及第二流路270的一部分被被覆部280覆盖。另外，图9B中，将纸面上方设为铅垂上方。由此，与第一实施方式同样地，被捕捉于第一腔室230的液滴不会再次掺混地从各个第一腔室230向对应的第二腔室240移动。
与第一实施方式同样地，使液滴从第一腔室230向第二腔室240移动时的、导入的液滴的流速只要是在使液滴稍微变形，从而能够进行分取区域226中的液滴移动的范围内即可。例如，可以将这时的导入的液滴的流速设为60μm/s以上且2000μm/s以下。
接着，不使流体处理装置200转动(第二状态)地使阀275开放。在该状态下，从导入口222将不包含液滴的流体导入至第一流路220。图10是表示这时的液滴的移动(图中以箭头表示)的、导入区域228附近的放大示意图。此外，图10中虽然以实线表示，但存积腔室250的开口部、第二腔室240的托盘部242、阀275、以及第二流路270的一部分被被覆部280覆盖。
所导入的流体成分对移动至第二腔室240的液滴进行加压，使该液滴通过第二流路270向第三腔室260移动。这样，被捕捉于各个第一腔室230的液滴均经由对应的第二腔室240，移动至对应的第三腔室260。因此，液滴中被单独捕捉于第一腔室230中的液滴不会再次掺混而能够单独地移动至第三腔室260。
在使液滴从第二腔室240向第三腔室260移动时，不需要使液滴变形。例如，可以将这时的导入的液滴的流速设为60μm/s以上且2000μm/s以下。
最后，不改变流体处理装置200的角度(第二状态)地将被覆部280穿刺，利用移液管等将移动至各个第三腔室260的液滴取出。由于各个第三腔室260均是仅收纳1个或少量的液滴，因此液滴的单独回收是容易的。
对于回收(分取)了液滴后的流体处理装置200，可以在通过使洗涤液在第一流路220及第二流路270中流动等进行洗涤等之后，接合新的被覆部280，来进行再利用。
(效果)
根据本实施方式的流体处理装置200，能够容易地分取液滴。
[其他的实施方式]
在上述的实施方式1及实施方式2中，存积腔室是大致圆柱状的空间，但不特别地限定存积腔室的形状。例如，存积腔室的与导入区域相接的端部也可以被倒角。
图11A及图11B是表示在操作具有端部被倒角的存积腔室150a的流体处理装置100a时，将包含多个液滴的流体从导入口122向第一流路120导入时的情况的示意图。图11A及图11B分别与图2A及图2B对应。
如图11A及图11B所示，若存积腔室150a的与导入区域128相接的端部被倒角，则导入至导入区域128的液滴不易滞留于导入区域128与存积腔室150a相接的端部，从导入区域128向存积腔室150a的液滴移动是容易的。因此，上述端部被倒角的存积腔室150a能够抑制如下的分取不良：由于无法从导入区域128向存积腔室150a移动的液滴意外地移动至分取区域126而导致的分取不良。
此外，上述倒角既可以施加于存积腔室150a与导入区域相接的端部中的整个区域，也可以仅施加于一部分(液滴比较容易滞留的导入口122侧的区域)。
另外，图11A及图11B示出了在第一实施方式的流体处理装置100中，存积腔室150a中的与导入区域128相接的端部被倒角的形态，但也可以是，在第二实施方式的流体处理装置200中，存积腔室250中的与导入区域228相接的端部同样地被倒角。
[用途]
流体处理装置100及200可以作为微型流路器件来利用。
[流体处理系统]
上述各实施方式的流体处理装置也可以与用于使该流体处理装置转动的转动机构组合来使用。即，流体处理系统具备：流体处理装置、保持流体处理装置的保持机构、以及使流体处理装置转动以切换第一状态与第二状态的转动机构。
此外，本发明的流体处理装置及流体处理系统不限于上述的形态。例如，第一流路或第二流路的内表面也可以根据需要而被实施亲水化处理。
另外，在上述的各实施方式中，在使液滴从第一腔室向第二腔室移动时，使流体从导入口向排出口流动，并使液滴从各个第一腔室向排出口侧的第二腔室移动。但是，也可以是，使流体从排出口向导入口流动，并使液滴从各个第一腔室向导入口侧的第二腔室移动。
另外，在上述的各实施方式中，流体处理装置通过以与第一流路平行的轴为转动轴的转动，来切换第一状态与第二状态，但可以对应于第一腔室及第二腔室的扩幅方向等，而以任意的轴为转动轴使流体处理装置转动。例如，也可以是，流体处理装置通过以与第二腔室相对于第一流路的扩幅方向正交的轴为转动轴的转动，来切换第一状态与第二状态。这时，上述流体处理系统具有的转动机构也同样地可以以任意的轴，例如与第二腔室相对于第一流路的扩幅方向正交的轴为转动轴，使流体处理装置转动。
另外，在上述的各实施方式中，对分取区域的、与流体的流动方向垂直的剖面的剖面面积比液滴的剖面面积小的情况进行了说明，但分取区域的上述剖面面积也可以与液滴的剖面面积相同，还可以比液滴的剖面面积大。
本申请是要求基于在2018年2月14日提交的日本专利申请2018-023988号的优先权的申请，该申请的说明书、权利要求书及附图中记载的内容引用于本申请。
工业实用性
本发明的流体处理装置例如作为在医学领域等中使用的流体处理装置，是有用的。
附图标记说明
100、100a、200 流体处理装置
110、210 主体部
112、212 表面
114、214 上侧基板
116、216 下侧基板
120、220 第一流路
122、222 导入口
124、224 排出口
126、226 分取区域
128、228 导入区域
130、230 第一腔室
140、240 第二腔室
142 开口部
150、150a、250 存积腔室
242 托盘部
260 第三腔室
265 开口部
270 第二流路
275 阀
275a 隔膜
275b 隔壁
180、280 被覆部

Claims (11)

1.一种流体处理装置，其特征在于，具有：
导入口；
排出口；
第一流路，与所述导入口及所述排出口连接，在使包含液滴的流体流动时所述液滴能够在该第一流路中移动；
第一腔室，是所述第一流路扩幅而成的，捕捉在所述第一流路中移动的所述液滴；以及
第二腔室，是所述第一流路扩幅而成的，所述第一腔室所捕捉的所述液滴能够经由所述第一流路移动至该第二腔室，
所述流体处理装置能够通过转动来切换以下的第一状态及第二状态：
第一状态，所述第一腔室自所述第一流路向铅垂上方扩幅，在使流体在所述第一流路中流动时，在所述第一流路中移动的液滴被捕捉于所述第一腔室；
第二状态，所述第二腔室自所述第一流路向铅垂上方扩幅，在使流体在所述第一流路中流动时，被捕捉于所述第一腔室中的液滴经由所述第一流路移动至所述第二腔室。
2.如权利要求1所述的流体处理装置，其中，
所述第一腔室及所述第二腔室是所述第一流路向彼此不同的方向扩幅而成的。
3.如权利要求1或2所述的流体处理装置，其中，
所述第一腔室及所述第二腔室以相对于所述第一流路，沿流动方向交替地扩幅的方式配置。
4.如权利要求1～3中任意一项所述的流体处理装置，其中，
所述第一腔室是大小为捕捉一个所述液滴的大小的空间。
5.如权利要求1～4中任意一项所述的流体处理装置，其中，
所述第一流路具有：将液滴捕捉于所述第一腔室的分取区域、以及设置于比所述分取区域更靠所述导入口侧的位置的导入区域，
所述分取区域是与流体的流动方向垂直的剖面的剖面面积比液滴的剖面面积小的流路，
所述导入区域是与流体的流动方向垂直的剖面的剖面面积比液滴的剖面面积大的流路。
6.如权利要求5所述的流体处理装置，其中，
所述导入区域具有所述第一流路扩幅而成的存积腔室，
所述存积腔室是所述第一流路向与所述第一腔室不同的方向扩幅而成的。
7.如权利要求6所述的流体处理装置，其中，
所述存积腔室的与所述导入区域相接的端部被倒角。
8.如权利要求1～7中任意一项所述的流体处理装置，其中，
所述第二腔室具有向外部开口的开口部，所述开口部被可穿孔的被覆部覆盖。
9.如权利要求1～7中任意一项所述的流体处理装置，其中，还具有：
第三腔室，移动至所述第二腔室的所述液滴能够移动至该第三腔室；以及
阀，控制所述第二腔室与所述第三腔室之间的所述液滴的移动，
所述第三腔室具有向外部开口的开口部。
10.一种流体处理系统，其特征在于，具备：
权利要求1～9中任意一项所述的流体处理装置；
保持机构，保持所述流体处理装置；以及
转动机构，使所述流体处理装置转动，以切换所述流体处理装置的所述第一状态与所述第二状态。
11.如权利要求10所述的流体处理系统，其中，
所述转动机构能够通过以与所述第一流路平行的轴、或以与所述第一流路及所述第二腔室的扩幅方向正交的轴为转动轴的转动，来切换所述第一状态和所述第二状态。
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