JP2000193564A - 毛細管から液体を導出するための装置 - Google Patents
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Abstract
数の毛細管からの液体を導出する又は収集室に自由流過
液体として集められることができるようなものを提供す
る。 【解決手段】 少なくとも1つの毛細管が延びた毛細管
の出口端部において部材にそれぞれ楔形切欠き1が設け
られており、この楔形切欠き1の楔エッジの曲率半径r
が、楔形切欠き内へ延びた最大毛細管の最小寸法の半分
よりも小さく、楔エッジの近傍における切欠きの楔面の
間の楔角度αが150゜よりも小さく、収集室が、楔形
切欠きの基部側bに隣接している。
Description
又は複数の毛細管から導出するための装置に関する。
にし又は可能にし、これにより液体が、自由に流れる液
体として保持されるようにすることを目的とする。
管内では液体の表面効果が生じる。毛細管の横断面形状
は任意であり、管及びギャップを含む。横断面の寸法
は、少なくとも1つの方向でミリメートル範囲からサブ
ミクロメートル範囲までの領域にある。毛細管の空間的
な延びは任意である。
線的な又は湾曲した管の形式の別個の構造として存在す
ることができるか、管状に部材を貫通していることがで
きる。さらに、毛細管は、通気孔の多孔性体又は焼結体
における通気孔であることも、紙、不織布又はフェルト
のような密に詰め込まれた繊維の間の空間であることも
できる。さらに、毛細管は、狭幅なギャップの形状を有
することができる。
0゜から90゜未満までの接触角度を壁と形成する;不
完全に濡らす液体は、零よりも大きな接触角度を有す
る。表面張力により、濡らす液体は、完全に充填される
まで毛細管に引き込まれる。毛細管の出口端部において
液体により小さな力が作用するならば、表面張力が液体
を毛細管内に保持して流出を妨げることができる。毛細
管の端部からの液体の流出は、毛細管入口と毛細管出口
との間の液体における十分に大きな圧力差によって強制
されることができる。
導入された液体を分離するための装置が公知であり、こ
の装置は、第1の通気孔膜(分離膜)と第2の通気孔膜
(収集膜)とから成っており、収集膜が分離膜の出口側
に密接している。分離膜を通過した、分離膜の一方の側
に導入された液体の一部は、収集膜に進入し、この収集
膜に滞留する。分離膜の上方における収集膜に収集され
た液体は、収集膜に供給される試薬液と反応させられる
ことができるか、収集された液体は、別の液体によって
収集膜から洗い流された後分析されることができる。こ
れにより、分離膜によって分離されかつ収集膜に収集さ
れた液体は、別の分析の間収集膜に滞留することができ
るか洗い流されることができ、この場合、液体は別の液
体と混合される。どちらの場合にも、分離膜によって分
離された最初に導入された液体の一部のみから成る自由
に流れる液体が得られない。
体から分離された液体の分析又は使用のために、他のい
かなる液体とも混合されていない液体を自由に流れる液
体として毛細管から得ることは有利又は必要である。
課題は、装置であって、この装置を用いて1つ又は複数
の毛細管から液体が導出されかつ収集室に自由に流れる
液体として収集されることができるようなものを提供す
ることである。十分に大きな収集室においては、表面効
果は実際にはもはや有効ではない。
れば、以下のような特徴を有する装置によって達成され
る。すなわち、 −毛細管の出口端部において部材に楔形切欠きが設けら
れており、この楔形切欠きに少なくとも1つの毛細管が
移行しており、 −切欠きの楔エッジの曲率半径が、楔形切欠きに移行し
た最大の毛細管の最小寸法の半分よりも小さく、 −楔エッジの近傍における切欠きの楔面の間の楔角度
が、150゜よりも小さく、 −収集室が楔形切欠きの基部側に隣接している。
ている。楔エッジの曲率半径は、円形横断面を有する毛
細管の曲率半径よりも小さい。しかし互いに垂直な2方
向で同一の範囲の寸法を有する任意の横断面を有する毛
細管の場合、楔エッジの曲率半径は、非円形の毛細管の
等しい半径よりも小さい。非円形の横断面を有する毛細
管の等しい半径は、毛細管の非円形横断面領域と同一の
面を有する円の半径である。通気孔体に細孔として存在
する毛細管の場合、毛細管の横断面は、横断面領域に亘
って分布している。この場合、楔エッジの曲率半径は、
最大横断面を有する毛細管の最小寸法の半分よりも小さ
い。スロット状の毛細管の場合、楔エッジの曲率半径
は、スロットの厚さの半分よりも小さい。
ており、これらの楔面は、互いに150゜よりも小さ
な、有利には90゜よりも小さな楔角度を形成してい
る。切欠きの楔面は、基部側の領域において凸状に面取
りされていることができる。
も、2つの部材から成っていることもできる。
が第1の部材に配置されている。第2の部材は、一方の
側に有利には複数の突起が設けられた支持プレートから
成っている。これらの突起の少なくとも1つには少なく
とも1つの楔形切欠きが設けられている。突起には、そ
れぞれが少なくとも1つの毛細管に配属した複数の楔形
切欠きが設けられていることができる。少なくとも1つ
の突起の自由端部は、少なくとも1つの毛細管の出口端
部が位置した第1の部材の面と接触している。楔形切欠
きの楔エッジの始点は、毛細管の出口領域内に位置して
いる。第1の部材と、第2の部材の突起の自由端部との
間に設けられるあらゆる小さな空間は、第1の部材に設
けられた毛細管の出口端部に存在する液体が、第2の部
材の突起の自由端部と接触する限り、本発明による装置
の作用に影響しない。
傍に収集室が設けられている。この収集室は、主に、突
起が設けられた支持プレートの側と、毛細管の出口領域
が位置した第1の部材の側とによって仕切られている。
細管又は複数の個々の毛細管を有していることができ
る。さらに、第1の部材は、通気孔膜、通気孔焼結体又
は、不織布、フェルト又は紙、例えば吸取紙等の繊維か
ら成ることができる。このような部材は、平坦な出口側
を有しているので有利である。後者の場合、少なくとも
1つの楔形切欠きを有する突起の自由端部を第1の部材
に設けられた通気孔の出口側と接触させれば十分であ
る。通常このような部材内で相互結合された、多数の不
規則に分布した細孔により、十分に多数の楔形切欠きが
設けられる限り、突起の自由端部における楔エッジの始
点の位置はほぼ自由に選択することができる。
部材の一方の側における突起に設けられた楔形切欠きの
楔エッジは、毛細管の出口端部が位置する第1の部材の
側に対し垂直であることも(楔エッジと第1の部材の側
との間の角度が90゜に等しい)、この側面に対し少な
くとも20゜だけ傾斜させられていることもできる。
角錐又はウェブ状突起の形状を有することができる。ウ
ェブ状突起は、直線的又は湾曲していることができ、片
側又は両側に楔形切欠きが設けられていることができ
る。
この毛細管が通じた収集室とを有している。毛細管の出
口側において、収集室の壁部に楔形切欠きが設けられて
いる。楔形切欠きの楔エッジの始点は、毛細管の出口端
部の近傍において毛細管の壁部に位置している。
体が最初に収集されるが、この収集室において表面効果
及び毛管力が有効であるならば、少なくとも1つの毛細
管と、少なくとも1つの楔形切欠きと、少なくとも1つ
の収集室とから成る本発明による装置は、複数の収集室
のうちの最後の収集室においてほとんど表面効果が有効
でなくなるまで、相前後して配置された多数の楔形切欠
き及び収集室を有することができる。液体の流れ方向で
見て相前後して配置された複数の収集室の場合、第2の
収集室の毛管現象決定寸法は、第1の収集室の毛管現象
決定寸法よりも大きく、第3の収集室の毛管現象決定寸
法は、第2の収集室の毛管現象決定寸法よりも大きい。
対する前記寸法を有しかつ前記配列の楔形切欠きの吸引
動作と、収集室における表面効果の低減とに基づく。収
集室における表面効果は、場合によっては、本発明によ
る装置の多数配列によって僅かなレベルにまで減じられ
る。
点に存在し、かつ、楔形切欠きの近傍において収集室
が、底部のみ液体層で被覆されていて、楔形切欠きの楔
エッジの始点の高さまでは液体が存在しない限りは、連
続的に有効である。
ない自由に流れる液体が得られる −自由に流れる液体が他の液体と混合されない −このことは、マイクロリットル領域にまで、自由に流
れる液体の収集を可能にする −このことは、重力とは無関係に有効であり、楔エッジ
の空間的な方向は任意である。
ばポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリカーボ
ネート(PC)、ポリスチレン(PS)又は同様のも
の、又は金属、例えばニッケル、胴、コバルト、鉄鋼及
び鋼合金又は半導体、例えばシリコン又はゲルマニウム
より成ることができる。
ソグラフィ、UVリソグラフィ、精密機械的な精密加
工、レーザ加工、ドライエッチング又はウエットエッチ
ングによって製造することができる。
に製造され、金属の電着によって相補的な金属構造に転
換される。この相補的な構造は、型挿入体として使用す
ることができ、この型挿入体によって、多くの所望のプ
ラスチック製微細構造が射出成形によって成形される。
造がプラスチックに形成されることができ、この微細構
造から、所望の金属製の微細構造が金属の電着によって
成形される。
よって固体含有媒体から液体を分離させるために、分離
膜によって全血から血漿を分離させるために、又は供給
毛細管を介してマイクロ滴定板の凹所を充填するために
使用することができる。
参照にさらに詳しく説明する。図1〜図4は、2つの部
材から成る2片装置に関しているのに対し、図5は、1
片装置に関する。図7及び図8には、2片装置が示され
ており、この場合、配属した楔形切欠きを備えた3つの
収集室が相前後して配置されている。
た、円形の横断面と4つの楔形切欠き1とを有する柱状
突起2が示されている。図1bには、変形三角形の横断
面と4つの楔形切欠き1とを有する柱状突起3が示され
ている。図1cには、一方の側に複数の楔形切欠き1を
備えたウェブ状突起4の区分が示されている。
き1とを有する柱状突起5が示されている。図2bに
は、楔形切欠き1の詳細、具体的には楔エッジの曲率半
径(r)と、切欠きの楔面の間の楔角度(α)と、楔形
切欠きの基部側(b)とが示されている。
ート状の第1の部材6が示されている。図3bには、第
2の部材として、2つの柱状突起9,10を有する支持
プレート8が示されている。突起9は、円筒面に3つの
楔形切欠き1を有しており、突起10は、4つの楔形切
欠き1を有している。2つの部材が互いに対して配置さ
れると、各楔形切欠き1の自由端部が、それぞれ1つの
毛細管7の出口領域において突起9及び10に当て付け
られる。突起9は、3つの毛細管に配属させられてお
り、突起10は4つの毛細管に配属させられている。
側とによって仕切られかつ突起9及び10の近傍に位置
する空間は、収集室であり、この収集室は、楔形切欠き
の基部側に隣接している。
出口端部を備えた第1の部材6の下側の部分図が示され
ている。横断面で示された柱状突起11は、3つの楔形
切欠き1を有しており、各楔形切欠きが1つの毛細管に
配属させられている。各楔形切欠き1の楔エッジの自由
端部は、それぞれ1つの毛細管12の出口領域内に位置
している。
れており、この場合、毛細管から比較的大きな収集室へ
の移行領域が、斜視図において切り取られた区分として
示されている。毛細管14と、楔形の切欠き13と、矩
形横断面を有する収集室15とが、一片から成る部材1
6に配置されている。楔形の切欠き13は、矩形横断面
を有する毛細管14の出口端部に継目なく隣接してい
る。楔形切欠き13の楔エッジは、毛細管14の壁部に
対し垂直であり、収集室の底面にまで下方へ延びてい
る。図5に示した構成では、場合によってはカバープレ
ート(図示せず)が一片の部材16の上側に設けられて
いてよい。
斜視図で示されている。毛細管14と、楔形切欠き17
と、円形横断面を有する収集室15とが、一片から成る
部材16に配置されている。楔形切欠き17は、矩形横
断面を有する毛細管14の出口端部に継目なく隣接して
いる。楔形切欠き17の楔エッジは、毛細管14の壁部
に対し傾斜させられており、収集室15の底部の上方に
おいてこの収集室15の壁部に衝突する。図6に示した
構成では、カバープレート(図示せず)が一片部材16
の上側に設けられていてよい。
このプレート20の一方の側には本発明による3つの装
置が示されている。第1の収集室の底部21には、複数
の柱状突起22と、複数のウェブ状突起23とが設けら
れている。各柱状突起には3つの楔形切欠き24が設け
られており、柱状突起の1つが図7bに拡大して示され
ている。ウェブ状突起としての突起のそれぞれには、複
数の楔形切欠き25が設けられており、ウェブ状突起の
うちの1つの区分が図7cに拡大して示されている。柱
状突起22とウェブ状突起23との間の自由容積は、第
1の収集室の容積を形成している。
底部27を備えた第2の収集室に隣接している。第1の
収集室の端部における段部には複数の楔形切欠き28が
設けられており、この楔形切欠き28の幾つかが図7e
に拡大して示されている。切欠き28は、第1の収集室
の底部21から第2の収集室の底部27にまで延びてい
る。底部27の上側の自由容積は、第2の収集室の容積
を形成している。
の収集室が、第2の収集室の底部27に設けられてい
る。この凹所の縁部30には複数の楔形切欠き31が設
けられており、この楔形切欠き31の幾つかが図7fに
拡大して示されている。楔形の切欠き31は、第2の収
集室の底部27から第3の収集室の底部29にまで延び
ている。底部29の上側の自由容積は、第3の収集室の
容積を形成している。
る。第1の収集室のためのカバー32は、毛細管が設け
られた分離膜であり、カバー32の下側は、柱状突起2
2の端部と、ウェブ状突起23の長手方向側部と、縁部
33との上に支持される。カバー32は、上側において
第1の収集室を仕切っている。分離させたい液体が、こ
の分離膜に提供される。カバー34は、プレートであ
り、このプレートの下側は縁部35上に支持され、この
プレートは、上側において第2及び第3の収集室を仕切
っている。プレート34には通気開口36が設けられて
おり、分離膜から導出された液体が収集室に進入するや
いなや前記通気開口を通って収集室から空気が流出す
る。除去された液体は、光学分析のためにカバー34の
下側と第3の収集室の底部29との間に所定の層厚さで
存在することが有利又は必要である。伝導される光によ
る光学分析のために、プレート20は透明な材料から成
っている。
断面図を示している。柱状突起22と、第1の収集室の
底部21と、第2の収集室の底部27と、第3の収集室
の底部29とを備えたプレート20が示されている。第
2の収集室の縁部に楔形切欠き28が設けられている。
第3の収集室の縁部に楔形切欠き31が設けられてい
る。
1と、分離膜32の下側との間に位置している。第2の
収集室38は、底部27とカバー34の下側との間に位
置している。第3の収集室39は、底部29とカバー3
4の下側との間に位置している。
象は、高さ(カバーの下側と個々の収集室の底部との間
の間隔)によって決定される。第2の収集室38の高さ
は、第1の収集室37の高さよりも大きい。第3の収集
室39の高さは、第2の収集室の高さよりも大きい。
つの突起形式、すなわち柱状突起22とウェブ状突起3
3とが示されている。これに対し、第1の収集室には、
ほぼ任意の空間的配列で柱状突起のみが、又はウェブ状
突起23のみが設けられていることができる。
鋸歯状に互いに直接に隣接していることも、互いに間隔
を置いて設けられていることもできる。両変化実施例は
図7a,図7c,図7d,図7e及び図7fに示されて
いる。
線リソグラフィによって直径1mm、深さ500μmの
2つの円形の室が形成される。2つの室の間には、これ
らの2つの室を接続するチャネルが延びている。チャネ
ルは、100μmの幅と、100μmの深さと、約5m
mの長さを有している。2つの室のうちの一方へのチャ
ネルの出口に楔形切欠きが設けられ、この楔形切欠き
は、室の底部にまで延びている(図5参照)。楔形切欠
きは100μmの楔高さを有しており、底部側は50μ
mの長さを有しており、楔エッジの曲率半径は1μmで
ある。
切欠きは設けられない。
ンクの液滴で充填されると、この液体は、チャネルの出
口に楔形切欠きが設けられた室にのみ流入する。チャネ
ルの出口に楔形切欠きが設けられていない他方の室は、
濡れないままである。
mの厚さを備えたプレートにグラスファイバ/セルロー
ス膜が載置される。プレートの上側にはウェブ状突起が
設けられる(図1c参照)。ウェブ状突起は、500μ
mの幅と、120μmの高さと、400μmの間隔を互
いに有している。ウェブ状突起内に300μm突入し
た、25゜の楔角度を有する楔形切欠きが、各ウェブ状
突起の長手方向側部に設けられている。楔エッジの曲率
半径は2μmである。切欠きの互いの間隔は600μm
に達する。400μmの幅と120μmの深さを備えた
チャネルが、膜の下側とプレートの上側との間におい
て、各2つのウェブ状突起の間に設けられている。全て
のチャネルは相俟って収集室を形成している。収集室の
容積は、平方センチメートルプレート平面当たり5.4
マイクロリットルである。
液細胞が分離される。ウェブ状突起の側部に設けられた
楔形切欠きにより、血漿は、膜から収集室へ導かれ、こ
の収集室へ集められる。血漿は、不変の状態で、すなわ
ち他の液体と混合されずに滞留し、後の分析のために直
接に使用することができる。
起を示す図であり、bは不規則な三角形の横断面と4つ
の楔形切欠きとを備えた柱状突起を示す図であり、cは
一方の側に複数の楔形切欠きを備えたウェブ状の突起の
区分を示す図である。
状突起を示す図であり、bは楔形切欠きの詳細を示す図
である。
示す図であり、bは2つの柱状突起を備えた第2の部材
として支持プレートを示す図である。
1の部材の下側の一部を示す図である。
レートを示す図であり、bは収集室のカバーを示す図で
あり、cはウェブ状突起の区分を拡大して示す図であ
り、dは柱状突起の1つを拡大して示す図であり、eは
幾つかの楔形切欠きを拡大して示す図であり、fは幾つ
かの楔形切欠きを拡大して示す図である。
る。
突起、 5 柱状突起、 6 部材、 7 毛細管、
8 支持プレート、 9,10,11 柱状突起、 1
2 毛細管、 13 楔形切欠き、 14 毛細管、
15 収集室、16 1片部材、 17 楔形切欠き、
20 プレート、 21 底部、22 柱状突起、
23 ウェブ状突起、 24,25 楔形切欠き、 2
6エッジ、 26 底部、 28 楔形切欠き、 29
底部、 30 縁部、31 楔形切欠き、 32 カ
バー、 33 縁部、 34 プレート、 35縁部、
36 排気開口、 37,38,39 収集室
Claims (12)
- 【請求項1】 少なくとも1つの毛細管(7;12;1
4)から収集室に液体を導出するための装置において、 少なくとも1つの毛細管が移行した毛細管の出口端部に
おいて部材にそれぞれ楔形切欠き(1;13;17)が
設けられており、 前記切欠きの楔エッジの曲率半径(r)が、楔形切欠き
内へ延びた最大毛細管の最小寸法の半分よりも小さく、 楔エッジの近傍における切欠きの楔面の間の楔角度
(α)が150゜よりも小さく、 収集室が、楔形切欠きの基部側(b)に隣接しているこ
とを特徴とする、液体を導出するための装置。 - 【請求項2】 楔エッジ近傍における切欠きの楔面の間
の楔角度(α)が、90゜よりも小さい、請求項1記載
の装置。 - 【請求項3】 第1の部材(6)を貫通して、第2の部
材(8)に設けられた収集室内へ移行した少なくとも1
つの毛細管(7;12)から液体を導出するために2片
で構成されており、 少なくとも1つの毛細管(7;12)が該毛細管の出口
において移行した少なくとも1つの楔形切欠き(1)
が、第2の部材としての支持プレート(8)上に配置さ
れた少なくとも1つの突起(2;3;4;5;9;1
0;11)に設けられており、 少なくとも1つの突起(2;3;4;5;9;10;1
1)の自由端部が、少なくとも1つの毛細管(7;1
2)の出口端部が配置された第1の部材(6)の面と接
触しており、 楔形切欠き(1)の楔エッジの始点が、少なくとも1つ
の毛細管(7;12)の出口領域内に位置している、請
求項1又は2記載の装置。 - 【請求項4】 前記少なくとも1つの毛細管が、 第1の部材に個々の毛細管として構成されているか、 複数の別個の毛細管(7;12)又は別個のギャップと
して第1の部材(6)を貫通しているか、 第1の部材に細孔又はギャップとして設けられており、
この場合第1の部材が、通気孔膜、通気孔焼結体又は不
織布、フェルト又は紙である、請求項3記載の装置。 - 【請求項5】 楔形切欠き(1)の楔エッジが、毛細管
(7;12)の出口端部が位置した第1の部材(6)の
面に対して垂直であるか、この面に対して少なくとも2
0゜だけ傾斜させられている、請求項3又は4記載の装
置。 - 【請求項6】 前記楔形切欠き(1)が、柱(2;3;
5;9;10;11)、円錐、三角錐又はウェブ(4)
の形状を有する突起に設けられている、請求項3から5
までのいずれか1項記載の装置。 - 【請求項7】 それぞれの単一の楔形切欠き(13;1
7)が、少なくとも1つの毛細管内に該毛細管の出口端
部において継目なく延びている、請求項1又は2記載の
装置。 - 【請求項8】 前記楔形切欠き(13;17)が、収集
室(15)の壁部に設けられており、前記収集室に少な
くとも1つの毛細管14が移行しており、前記楔形切欠
き(13;17)の楔エッジの始点が、毛細管の端部の
近傍の毛細管の壁部に位置している、請求項7記載の装
置。 - 【請求項9】 前記楔形切欠き(13)の楔エッジが、
毛細管(14)の壁部に対して垂直であるか、 楔形切欠き(17)の楔エッジが、毛細管(14)の壁
部に対して少なくとも20゜だけ傾斜させられている、
請求項7又は8記載の装置。 - 【請求項10】 それぞれが少なくとも1つの楔形切欠
きと収集室とから成る複数のグループが、相前後して配
置されており(24;25及び21),(28及び2
7),(31及び29)、収集室の毛管現象を決定する
寸法が、上流に配置された個々の収集室の毛管現象決定
寸法よりも大きい、請求項1から9までのいずれか1項
記載の装置。 - 【請求項11】 液体媒体から液体を分離するための請
求項1から10までに記載の装置の使用。 - 【請求項12】 フィルタ膜によって固体含有媒体から
液体を分離するための、又は分離膜によって全血から血
漿を分離するための、又は供給毛細管からマイクロ滴定
の凹所を充填するための、請求項1から11までに記載
の装置の使用。
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