CN114001798A - 流体处理装置、流体处理系统及液体检测方法 - Google Patents

流体处理装置、流体处理系统及液体检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及流体处理装置、流体处理系统及液体检测方法。流体处理装置具有包含用于使光漫反射的粗糙化表面的流路。另外，流体处理系统具有：上述的流体处理装置；光照射部，用于向所述流路的所述粗糙化表面照射光；以及光检测部，用于检测从所述光照射部照射并在所述粗糙化表面透射的光或从所述光照射部照射并由所述粗糙化表面反射的光。

Description

流体处理装置、流体处理系统及液体检测方法
技术领域
本发明涉及流体处理装置、流体处理系统及液体检测方法。
背景技术
近年来，为了高精度且高速地进行蛋白质、核酸等微量物质的分析，使用了流体处理装置。流体处理装置具有分析所需的试剂及试样的量可以为较少的量的优点，可以期待其在临床检查、食物检查、环境检查等各种各样的用途中的使用。
在这样的流体处理装置中，有时要求检测出流路内的液体。例如，专利文献1中公开了以下技术：利用配置于微流体片附近的相机检测液面的位置，基于检测结果驱动微泵使流路内的液体的液面位置移位的技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2006-275975号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，如专利文献1公开的那样，使用相机进行的液体的检测方法有可能系统整体变得复杂。本发明是鉴于上述情况完成的，其目的在于，提供能够更简单地检测出流路内的液体的流体处理装置、具有该流体处理装置的流体处理系统、以及使用该流体处理装置的液体检测方法。
解决问题的方案
本发明的流体处理装置具有包含用于使光漫反射的粗糙化表面的流路。
本发明的流体处理系统具有：上述的流体处理装置；光照射部，其用于向所述流路的所述粗糙化表面照射光；以及光检测部，其用于检测从所述光照射部照射并在所述粗糙化表面透射的光、或从所述光照射部照射并由所述粗糙化表面反射的光。
本发明的液体检测方法具有以下工序：向上述的流体处理装置的所述流路导入液体的工序；以及向所述流路的所述粗糙化表面照射光，并检测在所述粗糙化表面透射的光或由所述粗糙化表面反射的光，来检测所述液体是否已到达所述流路的照射了所述光的区域的工序。
发明效果
根据本发明，可以提供能够更简单地检测出流路内的液体的流体处理装置、流体处理系统及液体检测方法。
附图说明
图1A是表示本发明的实施方式的流体处理系统的结构的剖面图，图1B是表示本发明的实施方式的流体处理装置的结构的仰视图。
图2A是表示在具有粗糙化表面的流路中没有液体时发生漫反射的情形的剖面示意图，图2B是表示在具有粗糙化表面的流路中有液体时漫反射被抑制的情形的剖面示意图。
图3A是没有遮光部的流体处理装置的局部放大俯视图，图3B是在流路以外的部分具有遮光部的流体处理装置的局部放大俯视图，图3C是在流路中也具有遮光部的流体处理装置的局部放大俯视图。
图4是表示使用本发明的实施方式的流体处理装置检测流路内的液体的情形的图表。
图5A是表示使用图3A所示的流体处理装置测定了在流路内没有液体时的光和有液体时的光的结果的图表。图5B是表示使用图3B所示的流体处理装置测定了流路内没有液体时的光和有液体时的光的结果的图表。
图6A是表示本发明的实施方式2的流体处理系统的结构的剖面图。图6B是表示本发明的实施方式2的流体处理装置的结构的仰视图。
附图标记说明
10 液体
100、500 流体处理系统
110 第一旋转部件
111 第一主体
112 第一凸部
113 第一凹部
120 第二旋转部件
122 第二凸部
200、600 流体处理装置
210 基板
220 薄膜
230 流路
231 被检测区域
232 粗糙化表面
240 液体导入口
241 液体导入阀
250 液体取出口
251 液体取出阀
260 旋转膜片泵
261 通气孔
270 遮光部
280 液体存积部
300 光照射部
310 照射区域
400 光检测部
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施方式详细地进行说明。
[实施方式1]
(流体处理系统的结构)
参照图1A、图1B、及图2A、图2B对本实施方式1的流体处理系统100进行说明。
图1A是表示本实施方式的流体处理系统100的结构的剖面图。图1B是本实施方式的流体处理装置200的仰视图。图1B中，用虚线表示内部的流路230等。图1A中的流体处理装置200的剖面是图1B中的A-A线的剖面图。
如图1A所示，本实施方式的流体处理系统100具有：流体处理装置200、第一旋转部件110、第二旋转部件120、光照射部300、以及光检测部400。此外，在图1A中，为了便于说明，将流体处理装置200与第一旋转部件110及第二旋转部件120分离开表示。
如图1A、图1B所示，流体处理装置200具有：流路230、液体导入口240、液体导入阀241、液体取出口250、液体取出阀251、旋转膜片泵260、以及通气孔261。另外，如图1A、图1B所示，流路230包含为了检测透射光或反射光而被照射光的被检测区域231。如图2A、图2B所示，流路230的被检测区域231具有用于在被照射光时使光漫反射的粗糙化表面232。本实施方式中，为了检测流路230内的液体的位置，光照射部300向被检测区域231(粗糙化表面232)照射光，光检测部400检测被检测区域231(粗糙化表面232)的透射光或反射光。
此外，对于流体处理装置200的结构，只要流路230在被检测区域231具有粗糙化表面232即可，不特别地进行限制。流路230、被检测区域231及粗糙化表面232以外的构成要素是任意的构成要素。本实施方式中，流体处理装置200由形成有槽及通孔的基板210、以及与基板210的形成有槽的面接合的薄膜220构成。
另外，对于使液体在流体处理装置200的流路230内流动的方式，也不特别地进行限制。本实施方式中，通过驱动旋转膜片泵260，从而从液体导入口240向流路230内导入液体，从液体取出口250取出流路230内的液体。
在流路230中流动从液体导入口240导入的液体。本实施方式中，如图1A所示，流路230由形成于基板210的槽、与封闭该槽的开口部的薄膜220形成。
如上所述，流路230具有包含粗糙化表面232的被检测区域231。粗糙化表面232构成为使光进行漫反射。由此，光检测部400能够与光照射部300共同地检测流路230内的液体。
具体而言，如图2A所示，当在流路230的被检测区域231没有液体10的情况下，若向被检测区域231照射了光，则光在粗糙化表面232进行漫反射。另一方面，如图2B所示，当在流路230内的被检测区域231有液体10的情况下，粗糙化表面232的漫反射被抑制，因此，在被检测区域231被照射光时，会有更多的光到达光检测部400。这样，当在被检测区域231形成有粗糙化表面232的情况下，根据被检测区域231处的液体10的有无，被检测区域231处的反射光及透射光的光量较大地发生变化。由此，能够检测流路230的被检测区域231内的液体10的存在。
对于粗糙化表面232的结构，只要在未与液体10接触时引起漫反射，而在与液体10接触时漫反射被抑制即可，不特别地进行限制。例如，对于粗糙化表面232的表面粗糙度Ra(算术平均粗糙度)，从引起漫反射的角度考虑，优选为0.001mm以上，更优选为0.05mm以上，进一步优选为0.1mm以上。对于粗糙化表面232的表面粗糙度Ra的上限，不特别地进行限制，但是为1mm以下即可。对于粗糙化表面232的表面粗糙度Ra，例如，能够通过调整用于在基板210形成构成流路230的槽的模具的表面粗糙度来调整。
另外，粗糙化表面232优选形成于流路230的构成被检测区域231的面中的来自光照射部300的光透射的面，更优选形成于与来自光照射部300的光垂直的面上。通过这样构成，容易检测被检测区域231内液体10的存在。对于被检测区域231的位置，不特别地进行限制，在流路230中配置于想要检测液体存在的位置即可。此外，如图2A、图2B所示，本实施方式中示出了，将流路230的构成被检测区域231的面中的由基板210构成的面设为粗糙化表面232的例子，但是也可以将由薄膜220构成的面设为粗糙化表面。
对于粗糙化表面232的大小(流路230的流动方向的长度、以及流路230的宽度方向或深度方向的长度)，只要光检测部400能够与光照射部300共同地检测出流路230内的液体即可，不特别地进行限制。本实施方式中，粗糙化表面232的流路230的宽度方向的长度与流路230的宽度相同。
对于流路230的宽度及深度，不特别地进行限制。本实施方式中，流路230的宽度及深度为20μm～400μm左右。
在流路230的宽度较小的情况下，包含粗糙化表面232的被检测区域231也较小。相对于此，如图3A中虚线所示，有时光照射部300(例如，发光二极管(LED))的光的照射区域310和光检测部400(例如，光电晶体管)的光的检测区域明显大于包含粗糙化表面232的被检测区域231。这样，在光照射部300的光的照射区域310和光检测部400的光的检测区域明显大于被检测区域231(粗糙化表面232)的情况下，有可能光检测部400不能够适当地检测出被检测区域231(粗糙化表面232)中的散射的变化。因此，也可以是，在流体处理装置200中的被检测区域231的周围还设置遮光部270。例如，如图3B所示，也可以以在俯视流体处理装置200时不与流路230重叠的方式配置遮光部270。通过这样构成，光检测部400容易感光度良好地检测到被检测区域231(粗糙化表面232)中的散射的变化。
另外，如图3C所示，也可以在俯视流体处理装置200时，遮光部270配置于不与流路230重叠的区域，除此以外还配置于与流路230中的被检测区域231(粗糙化表面232)以外的区域重叠的位置。通过这样构成，光检测部400容易感光度更良好地检测到被检测区域231(粗糙化表面232)中的散射的变化。
对于遮光部270的结构，只要能够妨碍光的透射即可，不特别地进行限制。遮光部270例如可以是贴付在基板210或薄膜220的遮光性的胶带，还可以是形成于基板210或薄膜220的涂膜，也可以是形成于基板210的具有回射性的微小的棱镜构造。
液体导入口240是用于将液体向流路230内导入的有底的凹部，且与流路230连接。液体取出口250是用于将流路230内的液体取出的有底的凹部，且与流路230连接。本实施方式中，这些凹部分别由形成于基板210的通孔与将该通孔的一个开口部封闭的薄膜220构成。
液体导入阀241是对液体导入口240与流路230之间的液体的流动进行控制的膜片阀(隔膜阀)。液体取出阀251是对流路230与液体取出口250之间的液体的流动进行控制的膜片阀(隔膜阀)。本实施方式中，这些阀是通过第一旋转部件110的旋转来控制开闭的旋转隔膜阀。本实施方式中，这些阀配置于以中心轴CA1为中心的一个圆的圆周上。
旋转膜片泵260是形成于基板210与薄膜220之间的俯视形状为大致圆弧状(“C”字形状)的空间。旋转膜片泵260的一个端部与流路230连接，另一个端部与通气孔261连接。旋转膜片泵260作为从液体导入口240向流路230内导入液体并将流路230内的液体向液体取出口250推出的泵而发挥功能。本实施方式中，旋转膜片泵260由基板210的底面与从所述底面离开但相对置的隔膜构成。隔膜是具有挠性的薄膜220的一部分(参照图1A)。隔膜配置于以中心轴CA2为中心的一个圆的圆周上。
第一旋转部件110具有：圆柱形状的第一主体111；配置于第一主体111的顶面的第一凸部112；以及配置于第一主体111的顶面的第一凹部113。第一主体111能够以第一中心轴CA1为中心旋转。第一主体111由未图示的外部的驱动机构旋转驱动。在第一主体111的上部设置有：第一凸部112，用于按压液体导入阀241的隔膜和液体取出阀251的隔膜来使液体导入阀241和液体取出阀251关闭；以及第一凹部113，用于不按压这些隔膜而使这些阀打开。第一凸部112及第一凹部113配置于以中心轴CA1为中心的圆的圆周上。
第二旋转部件120具有：圆柱形状的第二主体121；以及配置于第二主体121的顶面的第二凸部122。第二主体121能够以第二中心轴CA2为中心旋转。第二主体121由未图示的外部的驱动机构旋转驱动。在第二主体121的上部设置有第二凸部122，该第二凸部122用于滑动并按压旋转膜片泵260的隔膜来使旋转膜片泵260作动。第二凸部122配置于以中心轴CA2为中心的圆的圆周上。
光照射部300向流路230的被检测区域231(粗糙化表面232)照射光。光检测部400通过检测出从光照射部300照射并在粗糙化表面232透射的光或从光照射部300照射并由粗糙化表面232反射的光，来检测液体是否已到达被检测区域231。对于光照射部300射出的光的波长，只要光检测部400能够检测即可，不特别地进行限定，可以根据向流路230内导入的液体的种类、基板210及薄膜220的材料等适当设定。例如，光照射部300是红外线发光二极管，光检测部400是光电晶体管。对于光照射部300及光检测部400的位置，只要能够检测出液体是否已到达被检测区域231即可，不特别地进行限制。本实施方式中，光照射部300及光检测部400配置在隔着流路230相互对置的位置。
[液体检测方法]
本实施方式的液体检测方法具有以下工序：向流体处理装置200的流路230导入液体的工序；以及向流路230的粗糙化表面232照射光，并检测在粗糙化表面232透射的光或由粗糙化表面232反射的光，来检测液体是否已到达流路230的照射了光的区域的工序。
首先，将导入到液体导入口240的液体向流路230导入。首先，使第一旋转部件110旋转而只使液体导入阀241打开，使第二旋转部件120旋转来使旋转膜片泵260吸引流路230内的流体(例如，空气)。由此，液体导入口240内的液体被导入到流路230内。
另外，这时，向流路230的被检测区域231(粗糙化表面232)照射光，并检测在粗糙化表面232透射的光或由粗糙化表面232反射的光，来检测液体是否已到达流路230的照射了光的区域。而且，直到液体到达被检测区域231为止，向流路230内导入液体。具体而言，光照射部300向设定在流路230的被检测区域231(粗糙化表面232)照射光，并且，光检测部400检测来自被检测区域231(粗糙化表面232)的光，由此，检测被导入到流路230内的液体的最前头的位置。如果液体到达了被检测区域231，则使第二旋转部件120停止旋转，来使旋转膜片泵260停止吸引。
图4是表示光检测部400的检测结果的一例的图表。横轴表示经过时间(秒)，纵轴表示与检测光量对应的电压值(模拟10位)。
如上所述，若在粗糙化表面232未与液体接触的状态下光照射部300向粗糙化表面232照射了光，则如图2A所示，光进行漫反射。在该状态下，从光照射部300照射的光难以到达光检测部400。因此，如图4的图表的6.0秒～6.6秒区域所示那样，液体到达被检测区域231(粗糙化表面232)之前，由光检测部400测定的电压值较低。
接着，若在液体流动来而粗糙化表面232与液体接触的状态下，光照射部300向粗糙化表面232照射了光，则如图2B所示，光容易透射。在该状态下，从光照射部300照射的光容易到达光检测部400。因此，如图4的图表的6.7秒～8.0秒区域所示那样，液体到达被检测区域231(粗糙化表面232)后，由光检测部400测定的电压变高。其结果，光检测部400能够检测到液体流动到了被检测区域231(粗糙化表面232)的情况。
如上所述，在光照射部300的光的照射区域310和光检测部400的光的检测区域明显大于被检测区域231(粗糙化表面232)的情况下，优选地，在流体处理装置200中，在被检测区域231的周围设置遮光部270。图5A是表示使用图3A所示的不具有遮光部270的流体处理装置200测定在被检测区域231内有液体时和没有液体时的光的结果的图表。另一方面，图5B是表示使用图3B所示的具有遮光部270的流体处理装置200测定在被检测区域231内有液体时和没有液体时的光的结果的图表。在这些图表中，左侧表示在被检测区域231内没有液体时的测定结果(电压值)，右侧表示在被检测区域231内有液体时的测定结果(电压)。根据这些测定结果可知，设置有遮光部270，能够更容易地检测出液体到达被检测区域231的情况。
接着，使第一旋转部件110旋转而只使液体取出阀251打开，使第二旋转部件120旋转来使旋转膜片泵260将流路230内的流体推出。由此，使在流路230内的被检测区域231与液体导入阀241之间存在的规定量的液体向液体取出口250移动。
通过以上的步骤，能够使用流体处理装置200称量规定量的液体。
(效果)
如上所述，根据本实施方式的流体处理系统，能够容易地检测流路230内的液体的存在。
[实施方式2]
(流体处理系统的结构)
参照图6A、图6B对本发明的实施方式2的流体处理系统500进行说明。实施方式2的流体处理系统500与实施方式1的流体处理系统100的不同之处主要在于，流体处理系统500具有配置于流路230中的液体存积部280，且能够确认在液体存积部280填充有液体的情况。在实施方式2中，对于与实施方式1相同的结构，标以相同附图标记并省略其说明。
图6A是表示本实施方式的流体处理系统500的结构的剖面图。图6B是本实施方式的流体处理装置600的仰视图。此外，图6B中，流路230等由于薄膜220而不能够直接看到，但是为了便于说明而图示出。图6A中的流体处理装置600的剖面是图6B中的A-A线的剖面图。
如图6A、图6B所示，流体处理系统500的流体处理装置600具有配置于流路230中的液体存积部280。液体存积部280中，存积从液体导入口240导入的液体。对于液体存积部280的结构，只要能够存积液体即可，不特别地进行限制。本实施方式中，如图6B所示，液体存积部280是宽度比流路230宽的部分。
本实施方式中，如图6A、图6B所示，被检测区域231(粗糙化表面232)以与液体存积部280邻接的方式而配置。更具体而言，被检测区域231(粗糙化表面232)以与液体存积部280的下游侧(旋转膜片泵260侧)的端部邻接的方式而配置。通过这样构成，能够检测到液体在液体存积部280完全填充的情况。由此，能够称量液体，且能够抑制试剂损失。
另外，本实施方式中，也可以是，进一步将另外的被检测区域231(粗糙化表面232)以与液体存积部280的上游侧(旋转隔膜阀侧)的端部邻接的方式而配置。通过这样构成，在使存积在液体存积部280的液体移动到旋转隔膜阀侧时，能够检测出液体存积部280内的液体全部被排出的情况。
(效果)
如上所述，根据本实施方式的流体处理系统，能够在液体存积部280内以恰当量的存积量将液体存积。另外，也能够确认从液体存积部280将液体完全排出的情况。
工业实用性
本发明的流体处理装置、流体处理系统及液体检测方法例如在临床检查、食物检查、或环境检查等各种各样的用途中是有用的。

Claims (8)

1.一种流体处理装置，其特征在于：
具有流路，该流路包含用于使光漫反射的粗糙化表面。
2.如权利要求1所述的流体处理装置，其中，
所述粗糙化表面的表面粗糙度Ra为0.001mm以上且1mm以下。
3.如权利要求1或2所述的流体处理装置，其中，
所述流路具有为了检测透射光或反射光而被照射光的、包含所述粗糙化表面的被检测区域，
所述流体处理装置还具有配置于所述被检测区域的周围的遮光部。
4.如权利要求3所述的流体处理装置，其中，
所述遮光部配置于在俯视所述流体处理装置时不与所述流路重叠的位置。
5.如权利要求4所述的流体处理装置，其中，
所述遮光部还配置于在俯视所述流体处理装置时与所述流路中的所述被检测区域以外的区域重叠的位置。
6.如权利要求1或2所述的流体处理装置，其中，
所述流体处理装置还具有：
配置于所述流路中的液体存积部；以及
为了检测透射光或反射光而被照射光的、包含所述粗糙化表面的被检测区域，该被检测区域以与所述液体存积部邻接的方式配置于所述流路。
7.一种流体处理系统，其特征在于，具有：
权利要求1～6中任意一项所述的流体处理装置；
光照射部，其用于向所述流路的所述粗糙化表面照射光；以及
光检测部，其用于检测从所述光照射部照射并在所述粗糙化表面透射的光或从所述光照射部照射并由所述粗糙化表面反射的光。
8.一种液体检测方法，其特征在于，具有以下工序：
向权利要求1～6中任意一项所述的流体处理装置的所述流路导入液体的工序；以及
向所述流路的所述粗糙化表面照射光，并检测在所述粗糙化表面透射的光或由所述粗糙化表面反射的光，来检测所述液体是否已到达所述流路的照射了所述光的区域的工序。
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