JP2007330857A - Apparatus and method for transferring liquid - Google Patents
Apparatus and method for transferring liquid Download PDFInfo
- Publication number
- JP2007330857A JP2007330857A JP2006163235A JP2006163235A JP2007330857A JP 2007330857 A JP2007330857 A JP 2007330857A JP 2006163235 A JP2006163235 A JP 2006163235A JP 2006163235 A JP2006163235 A JP 2006163235A JP 2007330857 A JP2007330857 A JP 2007330857A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- chamber
- branch
- liquid
- post
- branch chamber
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Abstract
Description
本発明は、送液装置及び送液方法に関する。特に、本発明は、微小流路内での微量な液体の流れを制御して送液する送液装置及び送液方法に関する。 The present invention relates to a liquid feeding device and a liquid feeding method. In particular, the present invention relates to a liquid-feeding apparatus and a liquid-feeding method for feeding a liquid by controlling the flow of a small amount of liquid in a microchannel.
近年、診療所や家庭でのPOCT(Point of care test:その場診断)用途の健康診断チップとして使用される種々のバイオセンサが開発されている。これらのバイオセンサの多くは、マイクロタス(μ−TAS:Micro Total Analysis System)と呼ばれる微小流路構造を持つカード型のデバイスである。特許文献1にはこの種のバイオセンサ等において微小流体を定量的に送液する技術として、向心力ないしは遠心力を利用した送液装置が開示されている。以下、図15を参照して特許文献1の送液装置を説明する。
In recent years, various biosensors used as a health check chip for POCT (Point of Care Test) in clinics and homes have been developed. Many of these biosensors are card-type devices having a micro-channel structure called micro-TAS (μ-TAS: Micro Total Analysis System).
図15の送液装置は回転可能な基板1を備え、この基板1には注入口2、チャンバ3A,3B,3C、注入口2とチャンバ3Aを接続する複数の計量キャピラリ4、注入口2とオーバーフローチャンバ5を接続するオーバーフローキャピラリ6、及び注入口2とチャンバ3A〜3Bからの空気抜き用のチャンネル7が設けられている。注入口2から注入された液体試料等の液体は、毛細管現象により計量キャピラリ4とオーバーフローキャピラリ6に流入し、計量キャピラリ4と1段目のチャンバ3Aの接合部、及びオーバーフローキャピラリ6とオーバーフローチャンバ5の接合部に達する。基板1を第1の回転速度で回転させると、余剰の液体がオーバーフローチャンバ5へ導入され、計量キャピラリ4の液体量が定量される。次に、第1の回転速度よりも大きい第2の回転速度で基板1を回転させると、計量キャピラリ4中の液体がチャンバ3Aへ流入し、さらにチャンバ3B,3Cへ流入する。
15 includes a
この特許文献1に開示された構成では、基板2が回転しない状態での毛細管現象を利用して計量キャピラリ4へ液体を誘導しているので、注入口2への液体の導入と共に浸透誘導が起こる。そのため、液体を定量するにはオーバーフローキャピラリ6とオーバーフローチャンバ5が必要で構造が複雑化し、チャンバ等の配置面積も大きくなる。また、特許文献1に開示された構成では、例えば定量、分岐、及び送液順序の制御の組み合わせのような複雑な送液制御を実現することが困難である。
In the configuration disclosed in
前記従来の問題に鑑み、構造が簡易で流路やチャンバ等の配置面積が小さく、かつ複雑な送液制御を実現可能な送液装置及び送液方法を提供することを課題とする。 In view of the above-described conventional problems, an object is to provide a liquid feeding apparatus and a liquid feeding method that have a simple structure, a small arrangement area of a flow path, a chamber, and the like and that can realize complicated liquid feeding control.
本発明の第1の態様は、回転中心を有する回転可能な回転基体と、前記回転基体に設けられ、注入口を除いて空間的に閉じられた注入チャンバと、前記回転基体の前記注入チャンバよりも前記回転中心から離れた位置に設けられ、空気口を除いて空間的に閉じられ、向心方向の第1の壁面と、この第1の壁面と対向する遠心方向の第2の壁面と、この第2の壁面から前記第1の壁面へ向けて延びる少なくとも1つの障壁とを備え、前記障壁は容積が規定された初期分岐室を含む複数の分岐室を画定し、隣接する前記分岐室は前記障壁の先端と前記第1の壁面との間の隙間を介して互いに連通している分岐チャンバと、前記回転基体の前記分岐チャンバよりも前記回転中心から離れた位置に設けられ、空気口を除いて空間的に閉じられた分岐後チャンバと、前記回転基体に形成され、前記注入チャンバと前記分岐チャンバとを接続し、前記注入チャンバと接続する第1の端部は毛細管力により前記注入チャンバ内の液体を保持し、かつ前記第1の壁面で前記分岐チャンバに開口する第2の端部は前記初期分岐室と対向する誘導流路と、前記回転基体に形成され、前記分岐チャンバと前記分岐後チャンバとを接続し、前記分岐チャンバと接続する端部は毛細管力により前記分岐チャンバ内の液体を保持する分岐後流路と、前記回転中心まわりに前記回転基体を回転させる回転駆動部とを備える、送液装置を提供する。前記初期分岐室の容積は前記注入チャンバの容積よりも小さいことが好ましい。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a rotatable rotating substrate having a rotation center, an injection chamber provided on the rotating substrate and spatially closed except for an injection port, and the injection chamber of the rotating substrate. Is provided at a position away from the center of rotation, is spatially closed except for the air opening, and has a first wall surface in the centripetal direction, and a second wall surface in the centrifugal direction opposite to the first wall surface, At least one barrier extending from the second wall surface toward the first wall surface, the barrier defining a plurality of branch chambers including an initial branch chamber having a defined volume, wherein the adjacent branch chambers are A branch chamber communicating with each other via a gap between the front end of the barrier and the first wall surface; and a position farther from the center of rotation than the branch chamber of the rotating base, Except for spatially closed branches A first end connected to the injection chamber holds the liquid in the injection chamber by capillary force, and is formed on the rotating base, and is connected to the injection chamber. A second end portion that opens to the branch chamber at the wall surface of 1 is formed in the guide channel facing the initial branch chamber, the rotating base, and connects the branch chamber and the post-branch chamber to form the branch An end portion connected to the chamber provides a liquid feeding device including a post-branch flow path that holds the liquid in the branch chamber by capillary force, and a rotation driving unit that rotates the rotating base around the rotation center. The volume of the initial branch chamber is preferably smaller than the volume of the injection chamber.
注入口から注入チャンバに液体が供給される。誘導流路の第1の端部の毛細管力により注入チャンバ内に液体が保持される。回転駆動部が回転基板を回転させると、第1の流路の端部に保持された液体に遠心力が作用する。回転基板の回転速度がある速度(第1の回転速度)に達して遠心力が毛細管力を上回ると、注入チャンバ内の液体は誘導流路を介して分岐チャンバの初期分岐室へ流入する。初期分岐室が液体で満杯となった後もさらに注入チャンバから初期分岐室へ液体が供給される。液体は障壁の先端と分岐チャンバの第1の壁面との間の隙間を通って初期分岐室から隣接する他の分岐室へ流入する。換言すれば、液体は障壁を乗り越えてオーバーフローすることにより、初期分岐室から隣接する他の分岐室へ供給される。その結果、少なくとも初期分岐室には規定された容積の液体が蓄えられる。分岐後流路の端部の毛細管力によって分岐チャンバ内に液体が保持される。回転駆動部が前述の第1の回転速度よりも速いある速度(第2の回転速度)まで回転基板の回転速度を上昇させると、遠心力が分岐後流路の端部における毛細管力を上回り、分岐チャンバ内の液体は分岐後流路を介して分岐後チャンバに流入する。 Liquid is supplied from the inlet to the injection chamber. Liquid is held in the injection chamber by the capillary force at the first end of the guide channel. When the rotation driving unit rotates the rotating substrate, centrifugal force acts on the liquid held at the end of the first flow path. When the rotation speed of the rotating substrate reaches a certain speed (first rotation speed) and the centrifugal force exceeds the capillary force, the liquid in the injection chamber flows into the initial branch chamber of the branch chamber through the guide channel. Even after the initial branch chamber is filled with liquid, liquid is further supplied from the injection chamber to the initial branch chamber. The liquid flows from the initial branch chamber to another adjacent branch chamber through a gap between the tip of the barrier and the first wall surface of the branch chamber. In other words, the liquid is supplied from the initial branch chamber to another adjacent branch chamber by overflowing the barrier. As a result, a prescribed volume of liquid is stored at least in the initial branch chamber. The liquid is held in the branch chamber by the capillary force at the end of the post-branch flow path. When the rotational drive unit increases the rotational speed of the rotating substrate to a certain speed (second rotational speed) faster than the first rotational speed described above, the centrifugal force exceeds the capillary force at the end of the post-branch flow path, The liquid in the branch chamber flows into the post-branch chamber through the post-branch flow path.
分岐室毎に前述の分岐後流路と分岐後チャンバを設けることができる。すなわち、前記分岐チャンバの個々の前記分岐室にそれぞれ別個の前記分岐後流路が接続され、かつ個々の前記分岐後流路にはそれぞれ別個の前記分岐後チャンバに接続されていてもよい。この構成により、個々の分岐室内の液体をそれぞれ別個の分岐後チャンバ内へ送って蓄えることができる。 The above-described post-branch flow path and post-branch chamber can be provided for each branch chamber. In other words, the individual post-branch flow paths may be connected to the individual branch chambers of the branch chamber, and the post-branch flow paths may be connected to the separate post-branch chambers. With this configuration, the liquid in each branch chamber can be sent and stored in a separate post-branch chamber.
また、複数の分岐室について1個の共通の分岐後チャンバを設けてもよい。すなわち、前記分岐チャンバの個々の前記分岐室にそれぞれ別個の前記分岐後流路が接続され、かつ個々の前記分岐後流路は共通の前記分岐後チャンバに接続されていてもよい。この構成により、いったん分岐チャンバ内の個々の分岐室に分岐させた液体を所望の順序で共通の分岐後チャンバへ送ることができる。 One common post-branch chamber may be provided for a plurality of branch chambers. That is, the individual post-branch flow paths may be connected to the individual branch chambers of the branch chamber, and the individual post-branch flow paths may be connected to the common post-branch chamber. With this configuration, the liquid once branched into the individual branch chambers in the branch chamber can be sent to the common post-branch chamber in a desired order.
前記回転基体の前記分岐後チャンバよりも前記回転中心から離れた位置に設けられ、空気口を除いて閉じられた追加のチャンバと、前記回転基体に形成され、前記分岐後チャンバと前記追加のチャンバとを接続し、前記分岐後チャンバと接続する端部は毛細管力により前記分岐チャンバ内の液体を保持する、追加の流路とをさらに備えてもよい。 An additional chamber provided at a position farther from the center of rotation than the post-branch chamber of the rotating base and closed except for an air port, and the post-branching chamber and the additional chamber formed in the rotating base. And an end connected to the post-branch chamber may further include an additional flow path for holding the liquid in the branch chamber by capillary force.
本発明の第2の態様は、注入口を除いて空間的に閉じられた注入チャンバと、前記注入チャンバよりも回転中心から離れた位置に設けられ、空気口を除いて空間的に閉じられ、向心方向の第1の壁面と、この第1の壁面と対向する遠心方向の第2の壁面と、この第2の壁面から前記第1の壁面へ向けて延びる少なくとも1つの障壁とを備え、前記障壁は容積が規定された初期分岐室を含む複数の分岐室を画定し、隣接する前記分岐室は前記障壁の先端と前記第1の壁面との間の隙間を介して互いに連通している分岐チャンバと、前記分岐チャンバよりも前記回転中心から離れた位置に設けられ、空気口を除いて空間的に閉じられた分岐後チャンバと、前記注入チャンバと前記分岐チャンバとを接続し、前記注入チャンバと接続する第1の端部は毛細管力により前記注入チャンバ内の液体を保持し、かつ前記第1の壁面で前記分岐チャンバに開口する第2の端部は前記初期分岐室と対向する誘導流路と、前記分岐チャンバと前記分岐後チャンバとを接続し、前記分岐チャンバと接続する端部は毛細管力により前記分岐チャンバ内の液体を保持する分岐後流路とを備える回転基体を提供する。 The second aspect of the present invention is an injection chamber that is spatially closed except for the injection port, and is provided at a position farther from the center of rotation than the injection chamber, and is spatially closed except for the air port, A centripetal first wall, a centrifugal second wall facing the first wall, and at least one barrier extending from the second wall toward the first wall; The barrier defines a plurality of branch chambers including an initial branch chamber having a defined volume, and the adjacent branch chambers communicate with each other via a gap between the tip of the barrier and the first wall surface. A branch chamber, a post-branch chamber which is provided at a position farther from the rotation center than the branch chamber and is spatially closed except for an air port, the injection chamber and the branch chamber are connected, and the injection A first end connected to the chamber A second end that holds the liquid in the injection chamber by capillary force and opens to the branch chamber on the first wall surface is a guide channel facing the initial branch chamber, the branch chamber, and the branch Provided is a rotating base that is connected to a rear chamber, and an end portion that is connected to the branch chamber includes a post-branch flow path that holds a liquid in the branch chamber by capillary force.
回転基体は、例えば回転中心を有する基体本体と、この基体本体に着脱可能に取り付けられる複数のチャンバチップとからなる。チャンバチップに前述の注入チャンバ、分岐チャンバ、分岐後チャンバ、誘導流路、及び分岐流路が設けられている。あるいは、回転基体は基体本体自体に注入チャンバ、分岐チャンバ、分岐後チャンバ、誘導流路、及び分岐流路を備えた構造であってもよい。 The rotating substrate includes, for example, a substrate body having a rotation center and a plurality of chamber chips that are detachably attached to the substrate body. The chamber chip is provided with the above-described injection chamber, branch chamber, post-branch chamber, induction channel, and branch channel. Alternatively, the rotating base may have a structure in which the base body itself includes an injection chamber, a branch chamber, a post-branch chamber, a guide channel, and a branch channel.
本発明の第3の態様は、以下の工程を含む送液方法を提供する。まず、前述の回転基体を準備する。次に、前記注入口から前記注入チャンバに前記液体を注入する。続いて、前記回転基体を第1の回転速度で回転させ、前記誘導流路の第1の端部の前記液体に前記毛細管力を上回る遠心力を作用させ、それによって前記誘導流路を介して前記注入チャンバから前記分岐チャンバの前記初期分岐室に前記液体を流入させる。さらに、前記初期分岐室が満杯となった後も前記回転基体の前記第1の回転速度の回転によって前記注入チャンバから前記初期分岐室に供給された液体を、前記隙間を通って前記初期分岐室から隣接する他の前記分岐室へ流入させる。その後、前記回転基体を前記第1の回転速度よりも速い第2の回転速度で回転させ、前記分岐後流路の前記端部の前記液体に前記毛細管力を上回る遠心力を作用させ、それによって前記分岐後流路を介して前記分岐チャンバから前記分岐後チャンバに前記液体を流入させる。 The third aspect of the present invention provides a liquid feeding method including the following steps. First, the aforementioned rotating base is prepared. Next, the liquid is injected into the injection chamber from the injection port. Subsequently, the rotating base is rotated at a first rotation speed, and a centrifugal force exceeding the capillary force is applied to the liquid at the first end of the induction channel, thereby causing the liquid to pass through the induction channel. The liquid is allowed to flow from the injection chamber into the initial branch chamber of the branch chamber. Further, even after the initial branch chamber is full, the liquid supplied from the injection chamber to the initial branch chamber by the rotation of the first rotation speed of the rotating base passes through the gap to the initial branch chamber. To the other adjacent branch chamber. Thereafter, the rotary base is rotated at a second rotational speed that is faster than the first rotational speed, and a centrifugal force that exceeds the capillary force is applied to the liquid at the end of the post-branch channel, thereby The liquid is caused to flow from the branch chamber into the post-branch chamber via the post-branch flow path.
本発明の送液装置及び送液方法では、遠心力により注入チャンバから分岐チャンバの初期分岐室に供給される液体が隔壁を乗り越えて隣接する他の分岐室にオーバーフローし、それによって液体の分岐と定量を実現している。従って、毛細管現象を利用した定量化の場合に必要なオーバーフロー用のキャピラリ等を設ける必要がない点で回転基体の構造が簡易であり、回転基体における流路やチャンバの配置面積を小さくできる。また、分岐室の数、個々の分岐室の容積、分岐室に対する分岐後チャンバの数等を含むチャンバや流路の配置の自由度が高く、定量、分岐、及び送液順序等を組み合わせた複雑な送液制御を実現できる。 In the liquid feeding apparatus and the liquid feeding method of the present invention, the liquid supplied from the injection chamber to the initial branch chamber of the branch chamber by the centrifugal force overflows the partition wall and overflows to another adjacent branch chamber, thereby causing the liquid branching. Quantification is realized. Accordingly, the structure of the rotating base is simple in that it is not necessary to provide an overflow capillary or the like necessary for quantification using the capillary phenomenon, and the arrangement area of the flow paths and chambers in the rotating base can be reduced. In addition, there is a high degree of freedom in the arrangement of chambers and flow paths, including the number of branch chambers, the volume of each branch chamber, the number of chambers after branching with respect to the branch chamber, etc. Liquid feeding control can be realized.
(第1実施形態)
図1から図3は、本発明の第1実施形態に係る送液装置11を示す。
(First embodiment)
1 to 3 show a
この送液装置11は、回転基体12、この回転基体12が固定された回転軸13、及び回転軸13を回転駆動するモータ14、及びモータ14の駆動回路15を備える。回転軸13はその軸線である回転中心Cが鉛直方向に延びる姿勢で配置されている。回転基体12はモータ14によって回転駆動されて平面視で時計方向R1及び反時計方向R2に回転可能である。本実施形態では、回転基体12は円板状の回転基体本体16と、この回転基体本体16に設けられた収容孔16aに取り外し可能に収容されている複数のチャンバチップ17とにより構成されている。
The
図2及び図3を参照してチャンバチップ17について説明する。以下の説明において、回転中心Cに対する位置や向きは、チャンバチップ17を回転基体本体16に取り付けた状態を基準とする。チャンバチップ17には、注入チャンバ21、分岐チャンバ22、及び一対の分岐後チャンバ23A,23Bが設けられている。これらのチャンバ21,22,23A,23Bのうち、注入チャンバ21が平面視で最も回転中心C側に配置されている。分岐チャンバ22は、平面視で注入チャンバ21よりも回転中心Cから離れた位置に設けられている。換言すれば、分岐チャンバ22は注入チャンバ21よりも回転軸13の径方向r(図1参照)の外側に位置している。また、分岐後チャンバ23A,23Bは、平面視で分岐チャンバ22よりも回転中心Cから離れた位置に設けられている。換言すれば、分岐後チャンバ23A,23Bは分岐チャンバ22よりも回転軸13の径方向rの外側に位置している。注入チャンバ21と分岐チャンバ22は、回転軸13の径方向rに延びる誘導流路24によって接続されている。また、分岐チャンバ22と分岐後チャンバ23A,23Bはそれぞれ回転軸13の半径方向rに延びる別個の分岐後流路25A,25Bによって互いに接続されている。後に詳述するように、注入チャンバ21に注入された液体は、分岐チャンバ22内で分岐し、分岐した液体はそれぞれチャンバ23A,23Bに流入する。液体は回転基体12の回転によって生じる遠心力により流路及びチャンバを移動する。
The
注入チャンバ21はチャンバチップ17の内部に形成され、空間的に閉じられている。本実施形態では、注入チャンバ21は略直方体状の空間であり、平面視では矩形状である。チャンバチップ17には、注入チャンバ21の頂壁からチャンバチップ17の上面に貫通し、注入チャンバ21の内部をチャンバチップ17の外部と連通させる注入口26が形成されている。注入チャンバ21の遠心方向の壁面、すなわち径方向rの外側に位置する壁面21aには誘導流路24の入口端部24aが開口している。注入口26は誘導流路24の入口端部24aよりも回転中心Cに近い位置に形成されている。
The
分岐チャンバ22はチャンバチップ17の内部に形成され、空間的に閉じられている。本実施形態では、分岐チャンバ22は全体として略直方体状の空間であり、平面視では回転軸13の径方向rと直交する方向に細長い矩形状である。チャンバチップ17には、分岐チャンバ22の頂壁からチャンバチップ17の上面に貫通し、分岐チャンバ22の内部をチャンバチップ17の外部と連通させる空気口27が形成されている。空気口27は分岐チャンバ22内に液体が流入する際に、分岐チャンバ22内の空気をチャンバチップ17の外部に排出する機能を有する。分岐チャンバ22の向心方向の壁面、すなわち径方向rの内側に位置する壁面(第1の壁面)22aには、誘導流路24の出口端部24bが開口している。
The
分岐チャンバ22の壁面のうち壁面22aと対向する遠心方向の壁面、すなわち径方向rの外側に位置する壁面(第2の壁面)22bから壁面22aに向けて、障壁22cが突出している。この障壁22cは基端側が壁面22bに一体に接続されており、先端は壁面21aに対して隙間28をあけて対向している。また、障壁22cの下端は分岐チャンバ22の底壁(後述する下面基板36の上面)に密接し、かつ障壁22cの上端は分岐チャンバ22の頂壁(後述する上面基板37の下面)に密接している。かかる障壁22cを設けたことにより、分岐チャンバ22の内部は互いに隣接する2つの分岐室29A,29Bに分割されている。これら分岐室29A,29Bは障壁22cの先端と壁面21aとの間の隙間28を介して互いに連通している。図2を参照すると、分岐チャンバ22の壁面22aで開口している誘導流路24の出口端部24bは、平面視で障壁22cよりも分岐室(初期分岐室)29A側に位置している。換言すれば、誘導流路24の出口端部24bは、回転軸13の径方向rに分岐室29Aと対向している。分岐室29Aの容量は正確に規定されている。ここで分岐室29Aの容量とは、障壁22cを乗り越えて分岐室29Bへ液体が流入ないしはオーバーフローを起こすことなく分岐室29A内に蓄えることができる液体の最大体積をいう。また、分岐室29の容積は注入チャンバ21の容積よりも小さく設定されている。
A
本実施形態では障壁22cは平面視で幅(径方向rと直交する方向の寸法)がほぼ一定の矩形状である。しかし、障壁22cの形状は壁面21aとの間の隙間28が確保され、かつ分岐室29A,29Bの容積、特に誘導流路24の出口端部24bと対向する分岐室29Aの容積が正確に規定される限り特に限定されない。
In the present embodiment, the
分岐チャンバ22の外側の壁面22bには分岐後流路25A,25Bの入口端部25aが開口している。詳細には、一方の分岐後流路25Aの入口端部25aが分岐室29Aに開口し、他方の分岐後流路25Bの入口端部25aが分岐室29Bに開口している。
The
分岐後チャンバ23A,23Bはチャンバチップ17の内部に形成され、空間的に閉じられている。本実施では全体としては扁平な円柱状の空間であり、平面視では概ね円形である。チャンバチップ17には、分岐後チャンバ23A,23Bの頂壁からチャンバチップ17の上面に貫通し、分岐後チャンバ23A,23Bの内部をチャンバチップ17の外部と連通させる空気口31A,31Bが形成されている。空気口31A,31Bは分岐後チャンバ23A,23Bに液体が流入する際に、分岐後チャンバ23A,23B内の空気をチャンバチップ17の外部に排出する機能を有する。分岐後チャンバ23A,23Bの向心方向の壁面には、分岐後流路25A,25Bの出口端部25bが開口している。
The
誘導流路24を通って注入チャンバ21から分岐チャンバ22に液体が確実に送液されるためには、誘導流路24は微細な流路である必要がある。同様に、分岐後流路25A,25Bを通って分岐チャンバ22から分岐後チャンバ23A,23Bへ液体が確実に送液されるためには、分岐後流路25A,25Bは微細な流路である必要がある。具体的には、誘導流路24及び分岐後流路25A,25Bの体積は、注入チャンバ21、分岐チャンバ22、及び分岐後チャンバ23A,23Bの容積と同等又はそれよりも小さいことが好ましい。また、誘導流路24及び分岐後流路25A,25Bの幅と深さは、注入チャンバ21、分岐チャンバ22、及び分岐後チャンバ23A,23Bの幅と深さよりも小さいことが好ましい。好ましくは、誘導流路24及び分岐後流路25A,25Bの断面積は1μm2以上4mm2以下であり、好適には25μm2以上100000μm2以下であり、より好適には10000μm2である。誘導流路24の断面積が分岐後流路25A,25Bの断面積より大きい方が分岐時に分岐チャンバに溶液を留める効果が大きい。しかし、本発明ではこれに限らず、誘導流路24の断面積は分岐後流路25A,25Bの断面積と同じであってもよく、小さくてもよい。送液を開始するための力を発生させる構造は、流路の断面積に依らず、チャンバの幅や深さを自由に設計することで、分岐室29A,29Bに作用する遠心力Fg(図5参照)を変化させることによって達成される。送液方法の詳細は後に説明する。
In order for the liquid to be reliably sent from the
注入チャンバ21と接続している誘導流路24の入口端部24aは、注入チャンバ21内に蓄えられた液体を解除可能に保持するバルブとしての機能を有する。同様に、分岐チャンバ22と接続している分岐後流路25A,25Bの入口端部25aは、分岐チャンバ22内(分岐室29A,29B)に蓄えられた液体を解除可能に保持するバルブとして機能を有する。以下、このバルブ機能について詳述する。まず、入口端部24a,25aは疎水性を有する。図5を参照すると、微細な流路である誘導流路24や分岐後流路25A,25Bの入口端部24a,25aを疎水性としたことにより、液体32は表面張力による毛細管力Fcにより入口端部24a,25aで保持され、誘導流路24や分岐後流路25A,25B内は液体32で濡れない。入口端部24a,25aの流路壁面が疎水性を有するので液体32で濡れず液体32と流路壁面の接触角θcが鈍角となるので、液体32を注入チャンバ21や分岐チャンバ22A,22B内に保持する方向の毛細管力Fcが発生する。詳細には、流路壁面と液体32の界面には表面張力T1〜Tnが生じ、その合力である毛細管力Fcは回転軸13の径方向rの内側方向(向心方向)を向く。換言すれば、毛細管力Fcは入口端部24a,25aから注入チャンバ21や分岐チャンバ22の内部に向かう方向に発生する。毛細管力Fcの大きさは、以下の式(1)で表される。
The
ここで、符号Tは水の表面張力、θcは液体9の流路壁面に対する接触角、cは流路の周囲長をそれぞれ表す。 Here, the symbol T represents the surface tension of water, θc represents the contact angle of the liquid 9 with respect to the channel wall surface, and c represents the perimeter of the channel.
前述のように誘導流路24と分岐後流路25A,25Bの入口端部24a,25aの壁面は疎水性を有するが、出口端部24b,25bを含む誘導流路24と分岐後流路25A,25Bの残りの部分の壁面、及び注入チャンバ21、分岐チャンバ22、及び分岐後チャンバ23A,23Bの壁面は、親水性であっても疎水性であってもよい。
As described above, the wall surfaces of the
図3を参照すると、本実施形態では、チャンバチップ17は、チャンバ基板35、下面基板36、及び上面基板37を積層状態で接合した3層構造を有する。チャンバ基板35には、注入チャンバ21、分岐チャンバ22、分岐後チャンバ23A,23Bが厚み方向に貫通するように設けられると共に、上面側に誘導流路24と分岐後流路25A,25Bが形成されている。下面基板36はチャンバ基板35の下面に接合されている。下面基板36には孔等は形成されていない。下面基板36の上面が注入チャンバ21、分岐チャンバ22、分岐後チャンバ23A,23Bの底壁を構成する。なお、図3では、チャンバ基板35、下面基板36、及び上面基板37からなる3層構造のチャンバチップ17を一例として示しているが、チャンバチップ17の積層構造はこれに限定されない。例えば、チャンバチップ17は、切削加工で流路とチャンバを形成することにより、チャンバ基板35と下面基板36を一体化したものと上面基板37とからなる2層構造としてもよい。また、チャンバに対する流路の位置も図3のものに限定されない。図3では流路はチャンバ断面の上面基板37に接するように形成されているが、下面基板36側に流路が配置されていてもよく、チャンバの遠心側の断面の中央付近に流路が配置されていてもよい。
Referring to FIG. 3, in this embodiment, the
次に、第1実施形態の送液装置11を使用した送液方法を説明する。まず、図4Aに示すように、液体32を注入口26から注入チャンバ21に注入し、注入チャンバ21内を液体32で満杯にする。誘導流路24の疎水性を有する入口端部24aで生じる毛細管力により、液体32は誘導流路24内に進入することなく入口端部24aで保持される(図5参照)。
Next, the liquid feeding method using the
次に、回転軸13まわりに回転基体本体16を回転させる。この回転により、入口端部24aで毛細管力によって保持されている液体32に遠心力Fg(図5参照)が作用する。回転基体本体16の回転速度がある速度(回転速度RV1)に達して遠心力Fgが誘導流路24の入口端部24aにおける毛細管力Fc(前述の式(1)参照)を上回ると、誘導流路24の入口端部24aによる液体32の保持が解除される。その結果、図4Bに示すように注入チャンバ21内の液体32は誘導流路24を通って分岐チャンバ22に流入する。前述のように誘導流路24の出口端部24bは分岐室29Aと対向して設けられているので、注入チャンバ21から誘導流路24を介して分岐チャンバ22に流入する液体32は、分岐室29Aに進入する。
Next, the rotating
前述のように分岐室29Aの容量は注入チャンバ21の容量よりも小さく設定されているので、回転速度RV1での回転を継続すると分岐室29Aが液体32で満杯となった後もさらに注入チャンバ21から分岐チャンバ21へ液体32が供給される。その結果、図4Cに示すように、液体32は障壁22cの先端と壁面22aとの間の隙間28を通って分岐室29Aから分岐室29Bへ流入する。換言すれば、障壁22cを乗り越えてオーバーフローすることにより、分岐室29Aから分岐室29Bへ液体32が供給される。
As described above, the capacity of the
図4Dで示すように注入チャンバ21内の液体32がすべて分岐チャンバ22へ供給された状態では、分岐室29Aには規定された容量に相当する体積の液体32が蓄えられ、分岐室29Bには注入チャンバの容積から分岐室29Aの容積を引いた差に相当する体積の液体32が蓄えられる。前述の回転速度RV1での回転により分岐室29A,29Bに蓄えられた液体32には遠心力が作用する。しかし、分岐後流路25A,25Bの入口端部25aに生じる毛細管力により、分岐室29A,29B内の液体32は分岐後流路25A,25Bに流入することなく保持される。
As shown in FIG. 4D, in a state where all the liquid 32 in the
回転基体本体16が前述の回転速度RV1を上回るある速度(回転速度RV2)に達して遠心力Fgが分岐後流路25A,25Bの入口端部25aにおける毛細管力Fc(前述の式(1)参照)を上回ると、分岐後流路25A,25Bの入口端部25aによる液体32の保持が解除される。その結果、図4Eに示すように分岐チャンバ22の分岐室29A,29B内の液体32は、それぞれ分岐後流路25A,25Bを通って分岐後チャンバ23A,23Bに流入する。最終的には分岐後チャンバ23Aには分岐チャンバ22の分岐室29Aの容量に相当する体積の液体32が蓄えられ、分岐後チャンバ23Bには注入チャンバの容積から分岐室29Aの容積を引いた差に相当する体積の液体32が蓄えられる。例えば、注入チャンバ21の容量が10μLで分岐チャンバ22の分岐室29Aの容量が5μLである場合、分岐後チャンバ23A,23Bにそれぞれ5μLの液体32が供給される。
The rotating
以上のように、遠心力によって注入チャンバ21から分岐チャンバ22の分岐室29Aに供給された液体32が、隔壁22cを乗り越えて隣接する他方の分岐室29Bにオーバーフローし、それによって液体32の分岐と定量を実現している。従って、図15を参照して説明した毛細管現象を利用した定量化の場合に必要なオーバーフロー用のキャピラリ等を回転基体12に設ける必要がない。この点で回転基体12の構造が簡易であり、回転基体12における流路やチャンバの配置面積を小さくできる。また、以下に種々の代案や他の実施形態を示すように、本発明の送液装置は分岐室の数、個々の分岐室の容積、分岐室に対する分岐後チャンバの数等を含むチャンバや流路の配置の自由度が高く、定量、分岐、及び送液順序等を組み合わせた複雑な送液制御を実現できる。
As described above, the liquid 32 supplied from the
図6から図10はチャンバチップ17の代案を示す。これらの流体チップ17は、空気口31を除いて閉じた空間である単一の分岐後チャンバ23を備えている。分岐チャンバ22の各分岐室29A,29Bは、分岐後流路25A,25Bによりこの共通の分岐後チャンバ23に接続されている。また、これらの流体チップ17には平面視で分岐後チャンバ23よりも回転軸13の径方向rの外側に後段チャンバ(追加のチャンバ)41を備えている。後段チャンバ41は流体チップ17の外部と連通する空気口42を除いて空間的に閉じられている。また、後段チャンバ41は平面視では回転軸13の径方向rと直交する方向に細長い矩形状である。さらに、これらの流体チャンバ17には回転軸13の径方向rに延びる後段側流路43が形成されており、この後段側流路43によって分岐後チャンバ23と後段チャンバ41が互いに接続されている。分岐後チャンバ23に接続した後段側流路43の一方の端部は疎水性を有しており毛細管力により分岐後チャンバ23内の液体を保持できるようになっている。また、これらのチャンバチップ17では所望の送液順序を実現するために、誘導流路24、分岐後流路25A,25Bの入口端部24a,25bの回転軸13からの距離や分岐室29A,29Bの幅もしくは深さの設定により、誘導流路24、分岐後流路25A,25Bの入口端部24a,25bにおいて液体32に作用する遠心力やこれらの入口端部24a,25bに液体32を保持する毛細管力を調整している。
6 to 10 show alternative chamber chips 17. These
図6に示すチャンバチップ17では、注入チャンバ21と分岐室29A,29Bの容量をそれぞれ15μL、10μL、及び5μLに設定している。また、図6のチャンバチップ17では、2つの分岐後流路25A,25Bの入口端部25aの回転軸からの距離を等しく設定している。第1の回転速度(例えば813rpm)で注入チャンバ21から分岐チャンバ22の分岐室29Aへ液体32が流入し、さらに分岐室29Aから分岐室29Bへの液体32のオーバーフローが起こる。オーバーフロー完了時には、分岐室29A,29Bにそれぞれ10μLと5μLの液体32が収容される。第2の回転速度(例えば979rpm)まで回転速度が上昇すると、分岐室29A内の10μLの液体32が分岐後流路25Aを通って分岐後チャンバ23に流入する。さらに、第3の回転速度(例えば1068rpm)まで回転速度が上昇すると、分岐後チャンバ23内の10μLの液体32が後段側流路43を通って後段チャンバ41に流入する。第4の回転速度(例えば1312rpm)まで回転速度が上昇すると、分岐室29B内の5μLの液体32が分岐後流路25Bを通って分岐後チャンバ23に流入する。さらに、第5の回転速度(例えば1502rpm)まで回転速度が上昇すると、分岐後チャンバ23内の5μLの液体32が後段側流路43を通って後段チャンバ41に流入する。この送液動作により、10μLの溶液と5μLの溶液を、この順番で分岐後チャンバ23に対して注入し排出できる。これらの送液動作には、チャンバの定量送液のみならず、逐次反応の作用を持たせることができる。つまり、分岐後チャンバ23に反応溶液を送り込み、反応後に廃液し、その後に別の反応溶液を分岐後チャンバ23に送り込むことができる。このような送液動作は複数の化学反応をチップ上で実行する際に特に重要である。また、分岐後チャンバ23に反応溶液を送り込み、反応後に廃液し、その後に洗浄用の溶液を分岐後チャンバ23に送り込むことができる。これらの操作は、抗原−抗体反応等の免疫反応をチップ上で行う際には特に重要である。
In the
図7に示すチャンバチップ17では、注入チャンバ21と分岐室29A,29Bの容量をそれぞれ15μL、10μL、及び5μLに設定している。また、図7のチャンバチップ17では、容量の小さい分岐室29Bの幅を容量の大きい分岐室29Aよりも十分狭く設定し、分岐室29Bに接続する分岐後流路25Bの入口端部25bを分岐室29Aに接続する分岐後流路25Aの入口端部25aよりも回転軸13から離れた位置に配置している。第1の回転速度(例えば813rpm)で注入チャンバ21から分岐チャンバ22の分岐室29Aへ液体32が流入し、さらに分岐室29Aから分岐室29Bへの液体32のオーバーフローが起こる。オーバーフロー完了時には、分岐室29A,29Bにそれぞれ10μLと5μLの液体32が収容される。第2の回転速度(例えば880rpm)まで回転速度が上昇すると、分岐室29B内の5μLの液体32が分岐後流路25Bを通って分岐後チャンバ23に流入する。さらに、第3の回転速度(例えば990rpm)まで回転速度が上昇すると、分岐室29A内の10μLの液体32が分岐後流路25Aを通って分岐後チャンバ23に流入する。この流入により、その後分岐後チャンバ23内の15μLの液体32がそのまま後段側流路43を通って後段チャンバ41に流入する。この送液動作により、最初に5μLの溶液を、次に10μLの溶液を分岐後チャンバ23に注入することができる。これらの送液動作には、チャンバの定量送液のみならず、順次反応の作用を持たせることができる。つまり、分岐後チャンバ23に反応溶液を送り込み、所定時間後に別の反応溶液を分岐後チャンバ23に送り込むことができる。これらの操作は多段酵素反応をチップ上で行う際には特に重要である。
In the
図8に示すチャンバチップ17では、注入チャンバ21と分岐室29A,29Bの容量をそれぞれ15μL、5μL、及び10μLに設定している。また、図8のチャンバチップ17では容量の大きい分岐室29Bの幅を容量の小さい分岐室29Aよりも十分広く設定し、2つの分岐後流路25A,25Bの入口端部25aの回転軸13からの距離を等しく設定している。第1の回転速度(例えば813rpm)で注入チャンバ21から分岐チャンバ22の分岐室29Aへ液体32が流入し、さらに分岐室29Aから分岐室29Bへの液体32のオーバーフローが起こる。オーバーフロー完了時には、分岐室29A,29Bにそれぞれ5μLと10μLの液体32が収容される。第2の回転速度(例えば1044rpm)まで回転速度が上昇すると、分岐室29A内の5μLの液体32が分岐後流路25Aを通って分岐後チャンバ23に流入する。さらに、第3の回転速度(例えば1163rpm)まで回転速度が上昇すると、分岐室29B内の10μLの液体32が分岐後流路25Bを通って分岐後チャンバ23に流入する。この流入により、その後分岐後チャンバ23内の15μLの液体32がそのまま後段側流路43を通って後段チャンバ41に流入する。この送液動作により、5μLの溶液を先に、次に10μLの溶液を、分岐後チャンバ23に注入できる。図7及び図8のチャンバチップ17に見られるように、分岐室29A,29Bのいずれからでも送液を開始できる。
In the
図9に示すチャンバチップ17では、注入チャンバ21と分岐室29A,29Bの容量をそれぞれ15μL、5μL、及び10μLに設定している。また、図9のチャンバチップ17では容量の大きい分岐室29Bの幅を容量の小さい分岐室29Aよりも広く設定し、分岐室29Bに接続する分岐後流路25Bの入口端部25bを分岐室29Aに接続する分岐後流路25Aの入口端部25aよりも回転軸13から離れた位置に配置している。第1の回転速度(例えば813rpm)で注入チャンバ21から分岐チャンバ22の分岐室29Aへ液体32が流入し、さらに分岐室29Aから分岐室29Bへの液体32のオーバーフローが起こる。オーバーフロー完了時には、分岐室29A,29Bにそれぞれ5μLと10μLの液体32が収容される。第2の回転速度(例えば867rpm)まで回転速度が上昇すると、分岐室29B内の10μLの液体32が分岐後流路25Bを通って分岐後チャンバ23に流入する。さらに、第3の回転速度(例えば1060rpm)まで回転速度が上昇すると、分岐室29A内の5μLの液体32が分岐後流路25Aを通って分岐後チャンバ23に流入する。この流入により、その後分岐後チャンバ23内の15μLの液体32がそのまま後段側流路43を通って後段チャンバ41に流入する。この送液動作により、10μLの溶液を先に、次に5μLの溶液を分岐後チャンバ23に注入できる。図8及び図9のチャンバチップ17に見られるように、分岐室29A,29Bのいずれからでも、5μLの溶液と10μLの溶液のいずれからでも送液を開始できる。
In the
図10に示すチャンバチップ17では、注入チャンバ21と分岐室29A,29Bの容量をそれぞれ15μL、5μL、及び10μLに設定している。また、図10のチャンバチップ17では容量の大きい分岐室29Bの幅を容量の小さい分岐室29Aよりも広く設定し、分岐室29Bに接続する分岐後流路25Bの入口端部25bを分岐室29Aに接続する分岐後流路25Aの入口端部25aよりも回転軸13から離れた位置に配置している。図9のチャンバチップ17との違いは、分岐室29Aの幅が図9に示されるそれと比較して若干広いことと、分岐後チャンバ23の幅が図9に示めされるそれと比較し狭いことである。第1の回転速度(例えば813rpm)で注入チャンバ21から分岐チャンバ22の分岐室29Aへ液体32が流入し、さらに分岐室29Aから分岐室29Bへの液体32のオーバーフローが起こる。オーバーフロー完了時には、分岐室29A,29Bにそれぞれ5μLと10μLの液体32が収容される。第2の回転速度(例えば867rpm)まで回転速度が上昇すると、分岐室29B内の10μLの液体32が分岐後流路25Bを通って分岐後チャンバ23に流入する。さらに、第3の回転速度(例えば978rpm)まで回転速度が上昇すると、分岐後チャンバ23内の10μLの液体32が後段側流路43を通って後段チャンバ41に流入する。第4の回転速度(例えば1171rpm)まで回転速度が上昇すると、分岐室29A内の5μLの液体32が分岐後流路25Aを通って分岐後チャンバ23に流入する。第5の回転速度(例えば1372rpm)まで回転速度が上昇すると、分岐室29A内の5μLの液体32が後段側流路43を通って後段チャンバ41に流入する。この送液動作では、分岐後チャンバ23に最初に送液された溶液を引き続いて後段チャンバ41に送液しているが、分岐チャンバ23に最初に送液された溶液とその後に分岐後チャンバ23に送液される溶液とをまとめて後段チャンバ41に送液してもよい。
In the
図11は回転基体12の構造に関する代案を示す。この代案では、回転基体本体16を例えば図3で示すような3層構造とし、回転基体本体16自体に注入チャンバ21、分岐チャンバ22、分岐後チャンバ23A,23B、誘導流路24、及び分岐後流路25A,25Bを設けている。
FIG. 11 shows an alternative regarding the structure of the rotating
(第2実施形態)
図12に示す本発明の第2実施形態は、チャンバチップ17を血清中に含まれる抗原の一種であるCRP(C-reactive protein)の濃度を電気化学的に測定するバイオセンサとして構成した例である。
(Second Embodiment)
The second embodiment of the present invention shown in FIG. 12 is an example in which the
このチャンバチップ17の注入チャンバ21の容量は13μLに設定されている。また、分岐チャンバ22は2つの障壁22c,22dを備え、3つの分岐室29A,29B,29Cに分かれている。これらの分岐室29A,29B,29Cの容量は、それぞれ5μL、5μL、及び3μLに設定されている。3つの分岐室29A,29B,29Cは別個の分岐後流路25A,25B,25Cにより共通の分岐後チャンバ23に接続されている。また、誘導流路24の出口端部は3つの分岐室29A,29B,29Cのうち中央の分岐室29Bと対向している(分岐室29Bが本発明における初期分岐室として機能する)。分岐室29Bと接続する分岐後流路25Bの入口端部25bを分岐室29Aと接続する分岐後流路25Aの入口端部25aよりも回転軸13に近い位置に配置している。また、分岐室29Cと接続する分岐後流路25Cの入口端部25cを分岐後流路25Bの入口端部25bよりも回転軸13に近い位置に配置している。この分岐後流路25A〜25Cの入口端部25bの位置の配置に加え、分岐室29A,29B,29Cのチャンバ幅の設定により、回転基板本体16(図1参照)の回転速度の上昇に伴って分岐室29A,29B,29Cの順でその内部の液体が分岐後チャンバ23へ供給されるようにしている。分岐後チャンバ23の外側には図6から図10に示す代案と同様の後段チャンバ41が設けられており、分岐後チャンバ23と後段チャンバ41は後段側流路43で接続されている。後段チャンバ41の遠心方向の壁面から向心方向の壁面に向けて仕切り壁41aが突出している。この仕切り壁41aにより後段チャンバ41は検出室44と破棄室45に分かれている。破棄室45が後段側流路43の出口端部と対向している。
The volume of the
注入チャンバ21内には試薬が担持されている。また、分岐後チャンバ23にはCRP(以下、固着CRP51A)と、ALP(アルカルホスファターゼ)標識抗体53が担持されている。さらに、分岐後流路25Cには電気化学検出用酸化還元体54が担持されている。さらにまた、後段チャンバ41の検出室44には測定用の電極55が配置されている。
A reagent is carried in the
以下、CRP濃度の測定手順を説明する。まず、注入口26から注入チャンバ21内に被測定対象であるCRP51Bを含有する血清56を注入する。誘導流路24の入口端部で毛細管力によって保持されることにより、血清56は注入チャンバ21内に保持される(図12)。次に、回転基体本体16を回転軸13回りに時計方向R1に第1の回転速度RV1(例えば868rpm)で回転させる。この回転で発生する遠心力により注入チャンバ21内の血清56は誘導流路24を通って分岐チャンバ23の分岐室29Bに流入し、分岐室29Bから障壁22c,22dを乗り越えて隣接する分岐チャンバ29A,29Cに流入する(図13A)。オーバーフロー完了時には、分岐室29A,29B,29Cにはそれぞれ5μL、5μL、及び3μLの血清56が収容される。
Hereinafter, the procedure for measuring the CRP concentration will be described. First,
次に、回転速度を第2の回転速度RV2(例えば1054rpm)まで上昇させ、分岐室29A内の血清56を分岐後流路25Aから分岐後チャンバ23に流入させる(図13B)。分岐チャンバ23内では競合反応が生じる。詳細には、血清56のCRP51B及び固着CRP51AにALP標識抗体53が競合的に結合する。固着CRP51AにALP標識抗体53が結合する割合は血清56のCRP51Bの濃度に依存する。ALP標識抗体53には、血清中のCRP51Bに結合するもの、固着CRP51Aに結合するもの、及びいずれのCRP51A,Bとも結合を生じないものがある。
Next, the rotational speed is increased to a second rotational speed RV2 (for example, 1054 rpm), and the
競合反応後、回転速度を第3の回転速度RV3(例えば1123rpm)まで上昇させ、分岐後チャンバ23中の血清56を後段側流路43から後段チャンバ41に流入させる(図13C)。後段側流路43は破棄室45に向かっているので、血清56は図において右側の破棄室45に流入する。この破棄室45に流入する血清には、血清中のCRP51Bと結合したALP標識抗体53と、CRP51と結合していないALP標識抗体53が含まれる。一方、分岐後チャンバ23には固着CRP51AとALP標識抗体53が残存する。この回転速度RV3での血清の送液は、固着CRP51Aと結合しているALP標識抗体53と固着CRP51Aに対して遊離しているALP標識抗体53を分離する機能がある。
After the competitive reaction, the rotational speed is increased to a third rotational speed RV3 (for example, 1123 rpm), and the
続いて、回転速度を第4の回転速度RV4(例えば1254rpm)まで上昇させ、分岐室29B内の血清56を分岐後流路25Bから分岐後チャンバ23へ流入させ、さらに分岐チャンバ23から後段側流路43を経て後段チャンバ41の破棄室45に流入させる(図13D)。この回転速度RV4での血清56の送液には分岐後チャンバ23内の固着CRP51Aを洗浄する機能がある。
Subsequently, the rotational speed is increased to a fourth rotational speed RV4 (for example, 1254 rpm), the
洗浄後、回転速度を第5の回転速度RV5(例えば1391rpm)まで上昇させる。この回転速度RV5での回転により分岐室29C内の血清56が分岐後流路25Cから分岐後チャンバ23に流入する(図13E)。分岐後流路25Cに担持されている電気化学検出用酸化還元体54は血清56と共に分岐後チャンバ23に流入する。固着CRP51Aに結合しているALP標識抗体53と電気化学検出用還元体54との間に酸化還元反応が生じる。
After cleaning, the rotational speed is increased to a fifth rotational speed RV5 (eg, 1391 rpm). By the rotation at the rotation speed RV5, the
次に、回転速度を第6の回転速度RV6(例えば1443rpm)まで上昇させ、分岐後チャンバ23内の血清56を後段側流路43から後段チャンバ41に流入させる(図13F)。血清56は仕切り壁41aを超えて図において左側の検出室44に流入する。電極55と血清56との間の電気化学的反応により固着CRP51Aに結合しているALP標識抗体53の量(前述のように血清56中に含まれていたCRP51Bの濃度に依存する)を測定できる。
Next, the rotational speed is increased to a sixth rotational speed RV6 (for example, 1443 rpm), and the
第2実施形態のその他の構成及び作用は第1実施形態と同様であるので、同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。 Since other configurations and operations of the second embodiment are the same as those of the first embodiment, the same elements are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
(実施例)
図1から図3に示す本発明の第1実施形態に係るチャンバチップ17を実際に製作して送液操作を実行した。
(Example)
The
まず、チャンバチップ17の製作について説明する。キャビティ中に注入チャンバ21、分岐チャンバ22、分岐後チャンバ23A,23B、誘導流路24、及び分岐後流路25A,25Bに対応する突出部分を切削加工により形成した鉄鋼材料製の金型を製作した。この金型を使用したウレタン樹脂のインジェクション成型により、チャンバ基板36を製作した。分岐チャンバ22の分岐室29A,29Bの容積は、共に5μLに設定した。誘導流路24及び分岐後流路25A,25Bは、幅を200μmとし深さを35μmとした。このウレタン樹脂製のチャンバ基板36の下面にPET(ポリエチレンテレフタレート)製の下面基板36を接合した。さらに、チャンバ基板36の上面に樹脂製の粘着シートからなる上面基板37を接合した。上面基板37には注入口26と空気口27,31A,31Bを形成した。
First, the manufacture of the
比較のために、図14に示すように分岐チャンバ22に障壁22cを設けていない以外は第1実施形態のチャンバチップ17と同一構造のチャンバチップを同一の方法で製作した。以下の説明では、第1実施形態のチャンバチップに言及する場合には参照番号17Aを使用し、障壁22cを有しない比較例のチャンバチップに言及する場合には参照番号17Bを使用する。
For comparison, a chamber chip having the same structure as the
次に、送液操作を説明する。所定量のサンプル溶液と試薬を混合した液体32をチャンバチップ17A,17Bの注入チャンバ21に注入した(図4A参照)。次に、各チャンバチップ17A,17Bを装着した回転基体本体(図1参照)を800rpmで回転させたところ、いずれのチャンバチップ17A,17Bについても液体32は誘導流路24の入口端部24aで保持されて注入チャンバ21内に留まった。続いて、回転体基体本体の回転を800rpmから20rpm/秒の割合で上昇させ続けた。チャンバチップ17A,17Bともに、1620rpmに達するまでに注入チャンバ21内の液体32が誘導流路24を通って分岐チャンバ22に流入した(図4B参照)。液体が流れ出した詳細な回転速度は、チャンバチップ17Aについては1608rpm、チャンバチップ17Bについては1540rpmであり、概ね同時であった。チャンバチップ17Aについては、まず分岐室29Aにのみ液体32が溜まり、流入量の増加に伴い分岐室29A内の液体32が隙間28を通って(障壁22cを乗り越えて)分岐室29Bに移動した(図4C参照)。いずれのチャンバチップ17A,17Bについても、液体32は分岐チャンバ22内で保持された。この状態で回転速度を再度同じ上昇率で上昇させた。いずれのチャンバチップ17A,17Bについても回転速度が2100rpmに達するまでに分岐チャンバ22から分岐後チャンバ23A,23Bへの液体32の移動が生じた。液体が流れ出した詳細な回転速度は表1に示すとおりである。
Next, the liquid feeding operation will be described. A liquid 32 obtained by mixing a predetermined amount of the sample solution and the reagent was injected into the
チャンバチップ17Aを使用した場合には以上の送液操作により、分岐チャンバ22からの流れ出しの起きる回転速度は1990rpmと2060rpmで僅かに異なるものの、分岐後チャンバ23A,23Bにそれぞれ5μLの液体が満たされた。換言すれば、注入チャンバ21に供給した液体32を分岐及び定量化できることが確認できた。これに対して障壁22cを有しない比較例のチャンバチップ17Bでは、すべての液体32(10μL)が一方の分岐後チャンバ23Aに送られ、他方の分岐チャンバ23Bには液体32が供給されなかった。
When the chamber chip 17A is used, the rotational speed at which the flow out of the
11 送液装置
12 回転基体
13 回転軸
14 モータ
15 駆動回路
16 回転基体本体
16a 収容孔
17 チャンバチップ
21 注入チャンバ
21a,21b 壁面
22 分岐チャンバ
22c,22d 障壁
23,23A,23B 分岐後チャンバ
24 誘導流路
24a 入口端部
24b 出口端部
25A,25B,25C 分岐後流路
25a 入口端部
25b 出口端部
26 注入口
27,31,31A,31B 空気口
28 隙間
29A,29B,29C 分岐室
32 液体
35 チャンバ基板
36 下面基板
37 上面基板
41 後段チャンバ
42 空気口
43 後段側流路
44 検出室
45 破棄室
51A 固着CRP
51B 被測定対象のCRP
53 ALP標識抗体
54 電気化学検出用酸化還元体
55 電極
56 血清
C 回転中心
DESCRIPTION OF
51B CRP to be measured
53 ALP-labeled
Claims (7)
前記回転基体に設けられ、注入口を除いて空間的に閉じられた注入チャンバと、
前記回転基体の前記注入チャンバよりも前記回転中心から離れた位置に設けられ、空気口を除いて空間的に閉じられ、向心方向の第1の壁面と、この第1の壁面と対向する遠心方向の第2の壁面と、この第2の壁面から前記第1の壁面へ向けて延びる少なくとも1つの障壁とを備え、前記障壁は容積が規定された初期分岐室を含む複数の分岐室を画定し、隣接する前記分岐室は前記障壁の先端と前記第1の壁面との間の隙間を介して互いに連通している分岐チャンバと、
前記回転基体の前記分岐チャンバよりも前記回転中心から離れた位置に設けられ、空気口を除いて空間的に閉じられた分岐後チャンバと、
前記回転基体に形成され、前記注入チャンバと前記分岐チャンバとを接続し、前記注入チャンバと接続する第1の端部は毛細管力により前記注入チャンバ内の液体を保持し、かつ前記第1の壁面で前記分岐チャンバに開口する第2の端部は前記初期分岐室と対向する誘導流路と、
前記回転基体に形成され、前記分岐チャンバと前記分岐後チャンバとを接続し、前記分岐チャンバと接続する端部は毛細管力により前記分岐チャンバ内の液体を保持する分岐後流路と、
前記回転中心まわりに前記回転基体を回転させる回転駆動部と
を備える、送液装置。 A rotatable rotating substrate having a center of rotation;
An injection chamber provided on the rotating base and spatially closed except for an injection port;
The rotary base is provided at a position farther from the center of rotation than the injection chamber, is spatially closed except for an air port, and has a first wall in the centripetal direction and a centrifuge facing the first wall. A directional second wall and at least one barrier extending from the second wall toward the first wall, the barrier defining a plurality of branch chambers including an initial branch chamber having a defined volume. The adjacent branch chambers communicate with each other via a gap between the tip of the barrier and the first wall surface;
A post-branch chamber that is provided at a position farther from the rotation center than the branch chamber of the rotating base and is spatially closed except for an air port;
A first end connected to the injection chamber is formed on the rotating base, connects the injection chamber and the branch chamber, holds liquid in the injection chamber by capillary force, and the first wall surface. And the second end opening to the branch chamber has a guide channel facing the initial branch chamber,
A post-branch flow path formed on the rotating base, connecting the branch chamber and the post-branch chamber, and an end connected to the branch chamber holding a liquid in the branch chamber by capillary force;
And a rotation driving unit that rotates the rotating base around the rotation center.
前記回転基体に形成され、前記分岐後チャンバと前記追加のチャンバとを接続し、前記分岐後チャンバと接続する端部は毛細管力により前記分岐チャンバ内の液体を保持する、追加の流路と
をさらに備える、請求項1に記載の送液装置。 An additional chamber that is provided at a position farther from the center of rotation than the post-branching chamber of the rotating base and is closed except for an air port;
An additional flow path formed on the rotating base, connecting the post-branch chamber and the additional chamber, and an end connected to the post-branch chamber holding a liquid in the branch chamber by capillary force; The liquid feeding device according to claim 1, further comprising:
前記注入チャンバよりも回転中心から離れた位置に設けられ、空気口を除いて空間的に閉じられ、向心方向の第1の壁面と、この第1の壁面と対向する遠心方向の第2の壁面と、この第2の壁面から前記第1の壁面へ向けて延びる少なくとも1つの障壁とを備え、前記障壁は容積が規定された初期分岐室を含む複数の分岐室を画定し、隣接する前記分岐室は前記障壁の先端と前記第1の壁面との間の隙間を介して互いに連通している分岐チャンバと、
前記分岐チャンバよりも前記回転中心から離れた位置に設けられ、空気口を除いて空間的に閉じられた分岐後チャンバと、
前記注入チャンバと前記分岐チャンバとを接続し、前記注入チャンバと接続する第1の端部は毛細管力により前記注入チャンバ内の液体を保持し、かつ前記第1の壁面で前記分岐チャンバに開口する第2の端部は前記初期分岐室と対向する誘導流路と、
前記分岐チャンバと前記分岐後チャンバとを接続し、前記分岐チャンバと接続する端部は毛細管力により前記分岐チャンバ内の液体を保持する分岐後流路と
を備える回転基体。 An injection chamber spatially closed except for the inlet;
It is provided at a position farther from the center of rotation than the injection chamber, is spatially closed except for the air port, and has a first wall in the centripetal direction and a second in the centrifugal direction opposite to the first wall. A wall surface and at least one barrier extending from the second wall surface toward the first wall surface, the barrier defining a plurality of branch chambers including an initial branch chamber having a defined volume, and adjacent to the branch chamber A branch chamber communicates with each other through a gap between the tip of the barrier and the first wall surface;
A post-branch chamber that is provided at a position farther from the center of rotation than the branch chamber and is spatially closed except for an air port;
The injection chamber and the branch chamber are connected, the first end connected to the injection chamber holds the liquid in the injection chamber by capillary force, and opens to the branch chamber at the first wall surface. A second end portion of the guide channel facing the initial branch chamber;
A rotary base comprising: the branch chamber and the post-branch chamber connected to each other, and an end connected to the branch chamber having a post-branch flow path for holding the liquid in the branch chamber by capillary force.
前記注入チャンバよりも回転中心から離れた位置に設けられ、空気口を除いて空間的に閉じられ、向心方向の第1の壁面と、この第1の壁面と対向する遠心方向の第2の壁面と、この第2の壁面から前記第1の壁面へ向けて延びる少なくとも1つの障壁とを備え、前記障壁は容積が規定された初期分岐室を含む複数の分岐室を画定し、隣接する前記分岐室は前記障壁の先端と前記第1の壁面との間の隙間を介して互いに連通している分岐チャンバと、
前記分岐チャンバよりも前記回転中心から離れた位置に設けられ、空気口を除いて空間的に閉じられた分岐後チャンバと、
前記注入チャンバと前記分岐チャンバとを接続し、前記注入チャンバと接続する第1の端部は毛細管力により前記注入チャンバ内の液体を保持し、かつ前記第1の壁面で前記分岐チャンバに開口する第2の端部は前記初期分岐室と対向する誘導流路と、
前記分岐チャンバと前記分岐後チャンバとを接続し、前記分岐チャンバと接続する端部は毛細管力により前記分岐チャンバ内の液体を保持する分岐後流路と
を備える回転基体を準備し、
前記注入口から前記注入チャンバに前記液体を注入し、
前記回転基体を第1の回転速度で回転させ、前記誘導流路の第1の端部の前記液体に前記毛細管力を上回る遠心力を作用させ、それによって前記誘導流路を介して前記注入チャンバから前記分岐チャンバの前記初期分岐室に前記液体を流入させ、
前記初期分岐室が満杯となった後も前記回転基体の前記第1の回転速度の回転によって前記注入チャンバから前記初期分岐室に供給された液体を、前記隙間を通って前記初期分岐室から隣接する他の前記分岐室へ流入させ、
前記回転基体を前記第1の回転速度よりも速い第2の回転速度で回転させ、前記分岐後流路の前記端部の前記液体に前記毛細管力を上回る遠心力を作用させ、それによって前記分岐後流路を介して前記分岐チャンバから前記分岐後チャンバに前記液体を流入させる、送液方法。 An injection chamber spatially closed except for the inlet;
It is provided at a position farther from the center of rotation than the injection chamber, is spatially closed except for the air port, and has a first wall in the centripetal direction and a second in the centrifugal direction opposite to the first wall. A wall surface and at least one barrier extending from the second wall surface toward the first wall surface, the barrier defining a plurality of branch chambers including an initial branch chamber having a defined volume, and adjacent to the branch chamber A branch chamber communicates with each other through a gap between the tip of the barrier and the first wall surface;
A post-branch chamber that is provided at a position farther from the center of rotation than the branch chamber and is spatially closed except for an air port;
The injection chamber and the branch chamber are connected, the first end connected to the injection chamber holds the liquid in the injection chamber by capillary force, and opens to the branch chamber at the first wall surface. A second end portion of the guide channel facing the initial branch chamber;
Connecting the branch chamber and the post-branch chamber, and preparing a rotating base body having an after-branch flow path in which an end connected to the branch chamber holds the liquid in the branch chamber by capillary force;
Injecting the liquid from the inlet into the injection chamber;
The rotary base is rotated at a first rotational speed, and a centrifugal force exceeding the capillary force is applied to the liquid at the first end of the guide channel, thereby causing the injection chamber to pass through the guide channel. The liquid is allowed to flow into the initial branch chamber of the branch chamber from
Even after the initial branch chamber is full, the liquid supplied from the injection chamber to the initial branch chamber by the rotation of the first rotation speed of the rotating base is adjacent to the initial branch chamber through the gap. Flow into the other branching chamber,
The rotary base is rotated at a second rotational speed that is faster than the first rotational speed, and a centrifugal force that exceeds the capillary force is applied to the liquid at the end of the post-branch flow path, thereby the branch. A liquid feeding method, wherein the liquid is caused to flow from the branch chamber into the post-branch chamber via a rear flow path.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006163235A JP2007330857A (en) | 2006-06-13 | 2006-06-13 | Apparatus and method for transferring liquid |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006163235A JP2007330857A (en) | 2006-06-13 | 2006-06-13 | Apparatus and method for transferring liquid |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007330857A true JP2007330857A (en) | 2007-12-27 |
Family
ID=38930841
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006163235A Pending JP2007330857A (en) | 2006-06-13 | 2006-06-13 | Apparatus and method for transferring liquid |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2007330857A (en) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010025645A (en) * | 2008-07-17 | 2010-02-04 | Panasonic Corp | Device for analysis and analysis method |
JP2011080769A (en) * | 2009-10-02 | 2011-04-21 | Rohm Co Ltd | Disk-like analyzing chip and measuring system using the same |
JP2012202697A (en) * | 2011-03-23 | 2012-10-22 | Rohm Co Ltd | Disk type analysis chip |
JP2013050435A (en) * | 2011-07-29 | 2013-03-14 | Rohm Co Ltd | Disk-shaped analysis chip |
JP2014518374A (en) * | 2011-06-03 | 2014-07-28 | ラディセンス ダイアグノスティクス リミテッド | Microfluidic disc for use in bead-based immunoassays |
US9046503B2 (en) | 2008-07-17 | 2015-06-02 | Panasonic Healthcare Co., Ltd. | Analyzing device |
WO2021189054A1 (en) * | 2020-03-20 | 2021-09-23 | Orbis Diagnostics Limited | Multi-chambered assay devices and associated methods, systems and apparatuses thereof for detection of analytes |
-
2006
- 2006-06-13 JP JP2006163235A patent/JP2007330857A/en active Pending
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010025645A (en) * | 2008-07-17 | 2010-02-04 | Panasonic Corp | Device for analysis and analysis method |
US9046503B2 (en) | 2008-07-17 | 2015-06-02 | Panasonic Healthcare Co., Ltd. | Analyzing device |
US9962700B2 (en) | 2008-07-17 | 2018-05-08 | Panasonic Healthcare Holdings Co., Ltd. | Analyzing device |
JP2011080769A (en) * | 2009-10-02 | 2011-04-21 | Rohm Co Ltd | Disk-like analyzing chip and measuring system using the same |
JP2012202697A (en) * | 2011-03-23 | 2012-10-22 | Rohm Co Ltd | Disk type analysis chip |
JP2014518374A (en) * | 2011-06-03 | 2014-07-28 | ラディセンス ダイアグノスティクス リミテッド | Microfluidic disc for use in bead-based immunoassays |
JP2013050435A (en) * | 2011-07-29 | 2013-03-14 | Rohm Co Ltd | Disk-shaped analysis chip |
WO2021189054A1 (en) * | 2020-03-20 | 2021-09-23 | Orbis Diagnostics Limited | Multi-chambered assay devices and associated methods, systems and apparatuses thereof for detection of analytes |
US11565260B2 (en) | 2020-03-20 | 2023-01-31 | Orbis Diagnostics Limited | Multi-chambered assay devices and associated methods, systems and apparatuses thereof for detection of analytes |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5908917B2 (en) | A microfluidic test carrier for allocating a certain volume of liquid to partial volumes | |
JP5663574B2 (en) | Microfluidic analysis platform | |
JP2007330857A (en) | Apparatus and method for transferring liquid | |
KR101930610B1 (en) | Rotatable cartridge for analyzing a biological sample | |
US20040203136A1 (en) | Microfluidics devices and methods of diluting samples and reagents | |
JP3910208B2 (en) | Liquid feeding device and liquid feeding method | |
US20040229378A1 (en) | Well-plate microfluidics | |
JP4927817B2 (en) | Microfluidic device with multiple valves | |
US20090120504A1 (en) | Liquid plugs | |
KR101930611B1 (en) | Rotatable cartridge for processing and analyzing a biological sample | |
US20090111190A1 (en) | Meander | |
US10343161B2 (en) | Customizable microfluidic device with programmable microfluidic nodes | |
JP5182366B2 (en) | Microchip, microchip liquid feeding system, and microchip liquid feeding method | |
JP4322956B2 (en) | Liquid feeding device and liquid feeding method | |
JP5376427B2 (en) | Analytical device | |
WO2018083563A1 (en) | Microfluidic chip with bead integration system | |
CN112756018A (en) | Micro-fluidic chip and in-vitro detection system | |
US20080286156A1 (en) | Upward Microconduits | |
US7947235B2 (en) | Microfluidic device with finger valves | |
CN112756017A (en) | Micro-fluidic chip and in-vitro detection device | |
US20080206110A1 (en) | Separation structure | |
KR100824209B1 (en) | Device for passive microfluidic washing using capillary force | |
CN211865062U (en) | Micro-fluidic chip and in-vitro detection system | |
CN217490918U (en) | Micro-fluidic chip applying phase change valve and in-vitro diagnostic device | |
JP4819945B2 (en) | Substrate having flow path part including chamber, and method of transferring liquid using the same |