JP2008164455A - 定量比分注装置及び定量比混合流体調製方法 - Google Patents

Abstract

【課題】少なくとも２種類の流体を第１流路及び第２流路から所定の量比でそれぞれ流出させる手段を簡易な構造で提供する。
【解決手段】測定装置１は、所定の断面積及び長さを有し、第１流体が流出される第１流路３１と、第１流路３１に対して所定の比率となる断面積及び長さを有し、第２流体が流出される第２流路３２と、第１流路３１中の第１流体及び第２流路３２中の第２流体に対して等しい圧力を加圧するシリンジポンプ２とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、少なくとも２種類の流体を第１流路及び第２流路から所定の量比でそれぞれ流出させる定量比分注装置に関する。

液体、気体、混相流体などの各流体を所定の量で混合することは、工業生産から家庭利用の如く規模の大小に拘わらず行われている。例えば、分析や検査、燃料電池への燃料供給、ガスエッチングなどがあげられる。ナノ粒子を含有する溶液の希釈や、顔料の希釈ななどでは、混相流体と液体とが混合される。

分析や検査においては、検体と称される被検物と、検出用試薬とが所定の量比で混合され、一定時間経過後における混合物の状態変化が測定される。混合物の状態変化とは、例えば、混合物の比色測定や濁度測定などがあげられる。検体は、ヒト血液や血清、河川の水や海水などがあげられる。

燃料電池には、３〜６％程度の低濃度のメタノールを含む水溶液を燃料とするものがある。このような燃料電池は、メタノール燃料電池とも称される。メタノール燃料電池が発電を続けると、燃料中のメタノール濃度が低下して発電能力が失われる。メタノール燃料電池の発電を持続させるために、燃料中に一定割合のメタノールを継続的に添加することが有用である。燃料電池には、酸素ガスと水素ガスとを１：２の混合比で混合したものを燃料とするものがある。この燃料電池による発電においては、一定の混合比の混合ガスを継続して供給する必要がある。

ガスエッチングは、複数種類のガスを所定の比率で混合してエッチングガスとし、このエッチングガスを密閉容器中に低圧で満たした状態でプラズマを発生させることにより、エッチングを行う手法である。ガスエッチングでは、ガスの種類や混合比が、エッチング速度や品質に影響を与える。

従来より、液体や気体などの流体を精密に分注する装置が提案されている。例えば、特許文献１には、加圧空気により液体を精密に分注する装置が開示されている。特許文献２には、体積センサのない微量分注デバイスが開示されている。

特表平８−５０１４９６号公報 特表２００２−５００９４６号公報

特許文献１に示されるように、加圧空気により精密に液体を分注するには、空気圧を検知するセンサや、加圧空気の圧力レベルを調整する調整弁が必要となり、装置が複雑化、大型化しやすい。特許文献２では、体積センサのない分注デバイスが開示されているが、当該分注デバイスは、インクジェットプリンタの記録ヘッドのように、微小滴のインクを吐出するものとして好適であり、複数の流体を混合させることを目的としていない。また、特許文献１，２とも、正確な絶対量の液体を分注又は吐出させることを目的としている。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、少なくとも２種類の流体を第１流路及び第２流路から所定の量比でそれぞれ流出させる手段を簡易な構造で提供することを目的とする。

(1) 本発明に係る定量比分注装置は、所定の圧力損失で第１流体が流出される第１流路と、上記第１流路に対して所定の比率となる圧力損失を有し、第２流体が流出される第２流路と、上記第１流路中の第１流体及び上記第２流路中の第２流体を加圧又は減圧する圧力付与手段と、を具備してなる。

第１流路と第２流路とは、その圧力損失が所定の比率である。第１流路には第１流体が流通され、第２流路には第２流体が流通される。圧力付与手段は、第１流路中の第１流体及び第２流路中の第２流体を加圧又は減圧する。加圧は流体の流通方向に対して上流側から行われ、減圧は流体の流通方向に対して下流側から行われる。加圧又は減圧を受けた第１流体及び第２流体は、第１流路又は第２流路からそれぞれ流出される。第１流路及び第２流路からそれぞれ流出される第１流体と第２流体とは、第１流路と第２流路との圧力損失の比率に対応した所定の量比である。

(2) 上記第１流路は、所定の断面積及び長さを有し、上記第２流路は、上記第１流路に対して所定の比率となる断面積及び長さを有し、上記圧力付与手段は、上記第１流路中の第１流体及び上記第２流路中の第２流体に対して等しい圧力を加圧又は減圧するものが考えられる。

流路における圧力損失は、断面積及び長さにより制御することができる。したがって、断面積及び長さの比率を調整することにより、第１流路と第２流路との圧力損失の比率を容易に制御することができる。圧力付与手段による加圧又は減圧を第１流路及び第２流路に対して等しい圧力とすることにより、第１流路と第２流路との圧力損失の比率に応じた量比で第１流体及び第２流体が流出される。

(3) 上記第１流体及び第２流体として、液体、気体、又は混相流体があげられる。

(4) 本発明に係る定量比分注装置は、上記第１流路から流出された第１流体と上記第２流路から流出された第２流体とを混合して保持する混合容器を更に具備するものであってもよい。

所定の量比で、第１流路及び第２流路からそれぞれ流出された第１流体と第２流体とは、混合容器において混合されて保持される。

(5) 本発明に係る測定装置は、上記定量比分注装置と、上記混合容器において、第１流体及び第２流体を含む混合体の反応状態を測定する測定手段とを具備するものである。

(6) 上記第１流体及び上記第２流体のいずれか一方を検出用試薬とし、他方を検体とすることにより、検体の分析に本測定装置を用いることができる。

(7) 本発明に係る定量比分注装置は、所定の圧力損失を有し、第１流体が保持される第１容器と、上記第１容器に対して所定の比率となる圧力損失を有し、第２流体が保持される第２容器と、上記第１容器に保持された第１流体が流出される第１流路と、上記第２容器に保持された第２流体が流出される第２流路と、上記第１容器中の第１流体及び上記第２容器中の第２流体を加圧又は減圧する圧力付与手段と、を具備してなる。

第１容器と第２容器とは、その圧力損失が所定の比率である。第１流路には第１容器に保持された第１流体が流通され、第２流路には第２容器の保持された第２流体が流通される。圧力付与手段は、第１容器中の第１流体及び第２容器中の第２流体を加圧又は減圧する。加圧は流体の流通方向に対して上流側から行われ、減圧は流体の流通方向に対して下流側から行われる。加圧又は減圧を受けた第１流体及び第２流体は、第１流路又は第２流路からそれぞれ流出される。第１流路及び第２流路からそれぞれ流出される第１流体と第２流体とは、第１容器と第２容器との圧力損失の比率に対応した所定の量比である。

(8) 上記第１流路は、所定の圧力損失を有し、上記第２流路は、上記第１流路に対して所定の比率となる圧力損失を有するものであってもよい。

第１流路及び第２流路からそれぞれ流出される第１流体と第２流体とは、第１容器と第２容器との圧力損失の比率、及び第１流路と第２流路との圧力損失の比率に対応した所定の量比となる。

(9) 上記第１容器は、所定の断面積及び長さを有し、上記第２容器は、上記第１容器に対して所定の比率となる断面積及び長さを有し、上記圧力付与手段は、上記第１容器中の第１流体及び上記第２容器中の第２流体に対して等しい圧力を加圧又は減圧するものが考えられる。

流路における圧力損失は、断面積及び長さにより制御することができる。したがって、断面積及び長さの比率を調整することにより、第１容器と第２容器との圧力損失の比率を容易に制御することができる。圧力付与手段による加圧又は減圧を第１容器及び第２容器に対して等しい圧力とすることにより、第１容器と第２容器との圧力損失の比率に応じた量比で第１流体及び第２流体が流出される。

(10) 上記第１流路は、所定の断面積及び長さを有し、上記第２流路は、上記第１流路に対して所定の比率となる断面積及び長さを有するものが考えられる。

流路における圧力損失は、断面積及び長さにより制御することができる。したがって、断面積及び長さの比率を調整することにより、第１流路と第２流路との圧力損失の比率を容易に制御することができる。

(11) 上記第１流体及び第２流体として、液体、気体、又は混相流体があげられる。

(12) 本発明に係る定量比分注装置は、上記第１流路から流出された第１流体と上記第２流路から流出された第２流体とを混合して保持する混合容器を更に具備するものであってもよい。

所定の量比で、第１流路及び第２流路からそれぞれ流出された第１流体と第２流体とは、混合容器において混合されて保持される。

(13) 本発明に係る測定装置は、上記定量比分注装置と、上記混合容器において、第１流体及び第２流体を含む混合体の反応状態を測定する測定手段とを具備するものである。

(14) 上記第１流体及び上記第２流体のいずれか一方を検出用試薬とし、他方を検体とすることにより、検体の分析に本測定装置を用いることができる。

(15) 本発明に係る定量比混合流体調製方法は、所定の圧力損失を有する第１流路から、加圧又は減圧によって第１流体を流出させる第１ステップと、上記第１流路に対して所定の比率となる圧力損失を有する第２流路から、上記第１流体に付与した圧力と等しい圧力の加圧又は減圧によって第２流体を流出させる第２ステップと、上記第１流路から流出された第１流体と上記第２流路から流出された第２流体をとを混合する第３ステップと、を含む。

(16) 本発明に係る定量比混合流体調製方法は、所定の圧力損失を有する第１容器に保持された第１流体を、加圧又は減圧によって第１流路を通じて流出させる第４ステップと、上記第１容器に対して所定の比率となる圧力損失を有する第２容器に保持された第２流体を、上記第１流体に付与した圧力と等しい圧力の加圧又は減圧によって第２流路を通じて流出させる第５ステップと、上記第１流路から流出された第１流体と上記第２流路から流出された第２流体をとを混合する第６ステップと、を含む。

本発明に係る定量比分注装置によれば、第１流路と第２流路との圧力損失の比率、又は第１容器と第２容器との圧力損失の比率に対応した所定の量比で、第１流路から第１流体が流出され、第２流路から第２流体が流出される。これにより、簡易な構造の定量比分注装置が実現される。

以下に、本発明の好ましい実施形態が説明される。なお、本実施形態は本発明の一実施態様にすぎず、本発明の要旨を変更しない範囲で実施態様が変更されてもよいことは言うまでもない。

［第１実施形態］
以下に、本発明の第１実施形態が説明される。図１は、第１実施形態に係る測定装置１の主要な構成を示す模式図である。図２は、図１のII−II断面における基板３の構成を示す断面図である。なお、図１では測定手段が省略されている。

測定装置１は、本発明に係る定量比分注装置を備えたものである。定量比分注装置は、図１に示されるシリンジポンプ２、基板３、混合容器４を主要な構成として実現されている。測定装置１は、混合容器４内の混合液の吸光度を測定する吸光度測定機を測定手段として有するが、吸光度測定機は図１に示されていない。

シリンジポンプ２は、本発明に係る圧力付与手段の一例である。シリンジポンプ２は、流体を保持可能なシリンジが装填可能であり、そのシリンジから設定された注入速度で持続的に流体を流出させる。シリンジポンプ２には、少なくとも２つのシリンジを装填することができる。これらシリンジのプランジャが一定の速度で移動されることにより、各シリンジから一定圧力で流体が供給される。なお、図１では、装填される２本のシリンジは現されていない。例えば、同形状の２本のシリンジを装填して、同じ注入速度を設定することにより、２本のシリンジから等しい圧力で流体を流出させることができるが、シリンジの形状は限定されない。シリンジポンプ２からは同形状の２本のチューブ１０，１１が引き出されている。各チューブ１０，１１は、２本のシリンジに対応しており、各シリンジから流出された流体は、チューブ１０，１１のいずれかを通じて流出される。

基板３は、本発明に係る第１流路及び第２流路の一例である。図１に示されるように、基板３は矩形の平板形状である。基板３は、屈曲等による破損がなく、安価に製造できるものが好適である。また、基板３は、検体や検出用試薬に含まれる成分と反応しない材料からなるものが好適である。このような材料として、ポリメチルシロキサン、アクリル樹脂、又はポリスチレン樹脂などの高分子材料があげられるが、その他、ガラスや石英、シリカ、セラミックス等を基板３の材料として用いることができる。

基板３の一端には２つの注入口が形成されており、各注入口にチューブ１０，１１がそれぞれ接続されている。チューブ１０，１１は、内部を流体が流通可能なものであり、同形状である。チューブ１０，１１を通じて流出される流体は、注入口から基板３の内部に形成された第１流路３１及び第２流路３２へ流入する。

図２に示されるように、基板３の内部には、第１流路３１及び第２流路３２が形成されている。第１流路３１及び第２流路３２は、基板３の長手方向に直線形状に連続して形成されている。基板３は、厚み方向に重ねられた２枚の平板３３，３４から構成されている。下側となる平板３３に所定の幅及び深さの溝が形成され、該溝を上から塞ぐように上側となる平板３４が貼り合わされることにより、第１流路３１及び第２流路が形成されている。溝の加工には、例えば、マイクロドリル等による機械的な加工や、エッチング等の化学処理が用いられる。

第１流路３１と第２流路３２とは、それぞれが所定の断面積及び長さに設定されている。第１流路３１の断面積及び長さに対して、第２流路３２の断面積及び長さは所定の比率とである。本実施形態では、第１流路３１及び第２流路３２ともに断面形状が長方形であるが、本発明において断面形状は特に限定されない。また、本実施形態では、説明の便宜上、第１流路３１の長さと第２流路３２の長さは同一であるが、本発明において各流路の長さは同一である必要はない。

第１流路３１と第２流路３２とは、長さが同一であるので、断面積によって第１流路３１又は第２流路３２を流れる流体の圧力損失が異なる。圧力損失（ΔＰ）は次の式１によって表される。なお、式１において、ｄは流体力学直径（断面積と捉えてもよい）、μは流体の粘性、Ｕは流体の流速、Ｌは流路体の長さを示す。

式１：ΔＰ＝３２μＵＬ／ｄ^２

本実施形態では、第１流路３１の長さと第２流路３２の長さは同一である。また、シリンジポンプ２により、第１流路３１及び第２流路３２へは同じ流速で流体が供給される。流体の粘性が同じであるとすれば、圧力損失は断面積に反比例する。例えば、第１流路３１の断面積と第２流路３２の断面積との比が１：１０であれば、第１流路３１の圧力損失と第２流路３２の圧力損失との比は１０：１となる。圧力損失が大きいほど各流路から流出される流体の量が少なくなるから、第１流路３１から流出される流体（本発明に係る第１流体に相当）と、第２流路３２から流出される流体（本発明に係る第２流体に相当）との量比は、１：１０となる。

基板３において、注入口が形成された端部と反対側の端部には、２つの排出口が形成されており、各排出口にチューブ１２，１３がそれぞれ接続されている。第１流路３１及び第２流路３２は、１つの注入口から１つの排出口へ流体を流通させる通路である。チューブ１２，１３は、内部を流体が流通可能なものであり、同形状である。チューブ１２，１３を通じて流出される流体は、混合容器４へ流入する。

混合容器４は、第１流路３１から流出された第１流体と第２流路３２から流出された第２流体とを混合して保持できる容器である。測定装置１では、混合容器４において混合された混合液の吸光度が測定されるので、混合容器４は、所定波長の光が透過可能な透過窓を有する。なお、図１には、混合容器４の透過窓は現されていない。また、必要であれば第１流体と第２流体とを迅速に混合するために、スタラーが設けられていてもよい。

本発明において、第１流路３１を流通させる第１流体及び第２流路を流通させる第２流体は、具体的には液体、気体、又は混相流体である。例えば、測定装置１によりヒト血清中の特定成分の定量を行うのであれば、第１流体を検体（ヒト血清又はその希釈液）とし、第２流体を検出用試薬とする。なお、いずれか第１流体又は第２流体であるかは相対的なものである。第１流路３１の断面積と第２流路３２の断面積とを、検体と検出試薬の混合比に応じた所定の比率とすることによって、混合容器４において、検体と検出試薬とを所望の量比で混合させることができる。検出試薬が検体中の特定成分と反応して着色するのであれば、所定時間経過後の混合液の着色の程度を吸光度によって測定することにより、検体中の特定成分を定量分析することができる。

以下に、本発明に係る定量比混合流体調製方法としての測定装置１の使用方法が説明される。ここでは、前述されたように、第１流体として検体が用いられ、第２流体として検出試薬が用いられる場合が説明される。シリンジポンプ２に装填される各シリンジには、所定量の検体と検出試薬とが充填される。検体は、必要に応じて所定の緩衝液が用いられて希釈される。各シリンジをシリンジポンプ２に装填して、同一の注入速度を設定して動作させる。シリンジポンプ２から等加圧されて流出された検体及び検出試薬は、チューブ１０，１１を流通して第１流路３１及び第２流路３２からそれぞれ流出される。この過程が本発明における第１ステップ及び第２ステップに相当する。つまり、第１ステップ及び第２ステップは同時に行われる。

第１流路３１及び第２流路３２からそれぞれ流出された検体及び検出試薬は、チューブ１２，１３を流通して混合容器４に流入する。混合容器４において、検体及び検出試薬が混合されて保持される。この混合は、強制的なものであっても流体の分散によるものであってもよい。この過程が本発明の第３ステップに相当する。本実施形態では、混合容器４において混合された混合液が測定手段によって吸光度測定されるが、この過程は本発明に係る定量比混合流体調製方法に必須ではない。

このように測定装置１によれば、第１流路３１と第２流路３２との断面積及び長さの比率に対応した所定の量比で、第１流路３１から第１流体が流出され、第２流路３２から第２流体が流出される。これにより、簡易な構造の定量比分注装置が実現される。

なお、本実施形態では、測定装置１がシリンジポンプ２を有し、第１流路３１及び第２流路３２において各流体が等加圧で流出されるものとしたが、加圧に代えて減圧により、第１流路３１及び第２流路３２から各流体が流出されるように測定装置１が構成されてもよい。

図３は、第１実施形態の変形例を示す図である。なお、図３において第１実施形態と同一の参照符号が付された部材は、第１実施形態で説明されたものと同一である。変形例では、基板３の各注入口に接続されたチューブ１０，１１は、シリンジポンプ２に代えて２つのサンプル容器５，６にそれぞれ接続されている。サンプル容器５，６は、第１流体である検体及び第２流体である検出試薬をそれぞれ保持可能な容器である。

一方、基板３の各排出口に接続されたチューブ１２，１３は、混合容器７に接続されている。混合容器７は、第１流路３１から流出された第１流体と第２流路３２から流出された第２流体とを混合して保持できる容器である点において、混合容器４と同様であるが、ドレイン８を通じて吸引ポンプに接続されている点において混合容器４と異なる。なお、図３には吸引ポンプは示されていない。吸引ポンプは、混合容器７を定圧で持続的に減圧できるものであれば特に限定されず、公知の吸引ポンプを用いることができる。

吸引ポンプが動作されて混合容器７が減圧されると、チューブ１２，１３、第１流路３１及び第２流路３２、チューブ１０，１１へ通じる経路が順次減圧されて、サンプル容器５，６に保持された検体及び検出試薬が吸い出される。サンプル容器５から吸い出された検体は、チューブ１０を通じて第１流路３１へ流入し、さらに第１流路３１から流出してチューブ１２を通じて混合容器７へ流入する。サンプル容器６から吸い出された検出試薬は、チューブ１１を通じて第２流路３２へ流入し、さらに第２流路３２から流出してチューブ１３を通じて混合容器７へ流入する。

前述されたように、第１流路３１の断面積と第２流路３２の断面積とが、検体と検出試薬の混合比に応じた所定の比率とされることによって、混合容器７において、検体と検出試薬とを所望の量比で混合させることができる。そして、検出試薬が検体中の特定成分と反応して着色し、所定時間経過後の混合液の着色の程度が吸光度によって測定される。

［第２実施形態］
以下に、本発明の第２実施形態が説明される。図４は、第２実施形態に係る基板９の構成を示す横断面図である。この基板９の排出口に対して、第１実施形態の変形例（図３参照）で示されたように、チューブ１２，１３、混合容器７、吸引ポンプが接続されて測定装置が構成される。以下には、基板９の構成について説明がされ、その他の構成については説明が省略される。

基板９は、本発明に係る第１容器、第２容器、第１流路、及び第２流路の一例である。図４には基板９の外観構成が示されていないが、第１実施形態に係る基板３と同様に、全体形状が矩形の平板形状であり、厚み方向に重ねられた２枚の平板から構成されている。図４には、基板９において、厚み方向と直交する断面が示されている。

図４に示されるように、基板９には、第１容器４１、第２容器４２、第１流路４３、及び第２流路４４が形成されている。第１容器４１及び第２容器４２は、第１流路４３及び第２流路４４にそれぞれ流通される第１流体及び第２流体をそれぞれ保持する。例えば、第１容器４１には、第１流体としての検出試薬保持され、第２容器４２には、第２流体としての検体が保持される。なお、第１流体と第２流体とは相対的な概念である。

第１容器４１及び第２容器４２は、所定の断面積及び長さによって流体を保持可能な所定の容積を有する。図４に示されるように、第１容器４１及び第２容器４２は、基板９の長手方向に沿って細長に形成されている。第１容器４１の断面積及び長さに対して、第２容器４２の断面積及び長さは所定の比率とである。本実施形態では、第１容器４１及び第２容器４２はともに断面形状が長方形であるが、本発明において断面形状は特に限定されない。また、本実施形態では、説明の便宜上、第１容器４１の長さと第２容器４２の長さは同一であるが、本発明において各容器の長さは同一である必要はない。

第１容器４１と第２容器４２とは、長さが同一であるので、断面積によって第１容器４１又は第２容器４２を流れる流体の圧力損失が異なる。圧力損失（ΔＰ）は上記式１によって表される。前述と同様に、長さが同一の第１容器４１の圧力損失と第２容器４２の圧力損失は、断面積に比例する。なお、図４には現れていないが、第１容器４１及び第２容器４２は、例えばラビリンス構造などによって内部が大気に開放されており、内部圧力は大気圧と同等である。また、必要であれば、例えば、検体を注入するための注入口が第２容器４２に形成されていてもよい。

第１流路４３は、第１容器４１の一端側に接続された流路であり、ほぼＵ字形状に折れ曲がった平面形状である。第２流路４４は、第２容器４２の一端側に接続された流路であり、ほぼＵ字形状に折れ曲がった平面形状である。第１流路４３には、第１流体である検出試薬が流通される。第２流路４４には第２流体である検体が流通される。第１流路４３と第２流路４４とは、基板９の短手方向において線対称な形状である。また、図４には現れていないが、第１流路４３の断面形状及び長さと第２流路４４の断面形状及び長さは同一である。つまり、第１流路４３における圧力損失と第２流路４４における圧力損失は同等である。

第１流路４３における第１容器４１と反対側の端部、及び第２流路４４における第２容器４２と反対側の端部には、それぞれ排出口が形成されており、各排出口にチューブ１２，１３がそれぞれ接続されている。したがって、第１流路４３から流出された検出試薬はチューブ１２を通じて混合容器７へ流入し、第２流路４４から流出された検体はチューブ１３を通じて混合容器７へ流入する。

第１容器４１の断面積と第２容器４２の断面積とを、検出試薬と検体の混合比に応じた所定の比率とすることによって、混合容器７において、検出試薬と検体とを所望の量比で混合させることができる。検出試薬が検体中の特定成分と反応して着色するのであれば、所定時間経過後の混合液の着色の程度を吸光度によって測定することにより、検体中の特定成分を定量分析することができる。

以下に、本発明に係る定量比混合流体調製方法としての測定装置の使用方法が説明される。本実施形態では、第１流体として検出試薬が用いられ、第２流体として検体が用いられる。基板９の第１容器４１及び第２容器４２には、所定量の検出試薬と検体とが充填されている。吸引ポンプが動作されて混合容器７が減圧されると、チューブ１２，１３、第１流路４３及び第２流路４４、第１容器４１及び第２容器４２が順次減圧されて、第１容器４１及び第２容器４２に保持された検出試薬及び検体が吸い出される。第１容器４１から吸い出された検出試薬は、第１流路４３へ流入し、さらに第１流路４３から流出してチューブ１２を通じて混合容器７へ流入する。第２容器４２から吸い出された検体は、第２流路４４へ流入し、さらに第２流路４４から流出してチューブ１３を通じて混合容器７へ流入する。この過程が本発明における第４ステップ及び第５ステップに相当する。つまり、第４ステップ及び第５ステップは同時に行われる。混合容器７おいて、検体及び検出試薬が混合されて保持される。この過程が本発明の第６ステップに相当する。本実施形態では、混合容器７において混合された混合液が測定手段によって吸光度測定されるが、この過程は本発明に係る定量比混合流体調製方法に必須ではない。

このように、第２実施形態に測定装置によれば、第１容器４１と第２容器４２との断面積及び長さの比率に対応した所定の量比で、第１流路４３から第１流体が、第２流路４４から第２流体が流出される。これにより、簡易な構造の定量比分注装置が実現される。

なお、第２実施形態では、測定装置が吸引ポンプを有し、第１流路４３及び第２流路４４において各流体が等減圧で流出されるものとしたが、減圧に代えて加圧により、第１流路４３及び第２流路４４から各流体が流出されるように構成されてもよい。

また、第２実施形態では、第１流路４３及び第２流路４４を同一の断面積及び長さとしたが、これらが所定の比率で構成されていてもよい。

なお、上記各実施形態では、第１流路及び第２流路、さらには第１容器及び第２容器が基板に形成されたものとしたが、本発明において、これらは基板に形成されたものに限定されない。例えば、第１流路及び第２流路としてチューブを採用することもできる。基板やチューブなど、第１流路及び第２流路さらには第１容器及び第２容器を実現する部材によって流体との濡れ性などの物理的性質が異なることが想定されるが、それぞれの断面積及び長さの比率に対して、物理的性質による影響を補正する係数を用いればよい。

また、上記各実施形態では、第１流路及び第２流路、或いは第１容器及び第２容器を有する基板が示されているが、更に基板に第３流路或いは第３容器が形成されていてもよい。つまり、本発明では、少なくとも２つの流路又は容器を有すればよい。

また、上記各実施形態では、第１流路及び第２流路、或いは第１容器及び第２容器の圧力損失の比率が、断面積及び長さの比率として制御される場合が示されているが、本発明では、断面積及び長さ以外の要素によって制御されてもよい。例えば、第１流路及び第２流路、或いは第１容器及び第２容器の断面形状をそれぞれ所定の形状とすることにより、圧力損失の比率を制御することが考えられる。

また、本実施形態では、本発明に係る加減圧手段の一例としてシリンジポンプがあげられているが、加減圧手段は公知のものに適宜変更することが可能である。また、加減圧手段は必ずしも機械的に動作されるものに限定されず、例えば、２本のシリンジを手動で動作させてもよい。その際に第１流路及び第２流路或いは第１容器及び第２容器に付与される圧力は等しい必要はなく、２本のシリンジにより所定の比率の圧力が加圧又は減圧されてもよい。

また、第１流路からの第１流体の流出及び第２流路からの第２流体の流出を所定のタイミングで停止させるために、弁などの流体の流れを遮断する機構が更に設けられてもよい。

以下に、本発明の実施例が説明される。実施例は、本発明の一実施形態であり、本発明が実施例に記載されたものに限定されないことは言うまでもない。

（実施例１）
第１実施形態の変形例と同様の構成の測定装置を用い、第１流体及び第２流体を水として、混合容器７への分注精度を評価した。基板４としてアクリル板を用い、機械的加工により第１流路３１及び第２流路３２を形成した。第１流路３１は、幅９５μｍ×深さ９８μｍの断面積とし、第２流路３２は、幅３９７μｍ×深さ２３７μｍの断面積とした。第１流路３１の長さと第２流路３２の長さは同一とした。また、チューブ１０〜１３として、内径５００μｍ×長さ２５ｃｍのポリテトラフルオロエチレン製のチューブを用いた。吸引ポンプとしてシリンジを混合容器７のドレイン８に接続し、手動でシリンジを動作させることにより混合容器７を減圧した。第１流路３１から流出される水の量と、第２流路３２から流出される水の量とをそれぞれ測定して量比を求め、７回の操作の平均値及び標準偏差を算出した。得られた量比の平均値は３４．０であり、標準偏差は０．９１であった。

（実施例２）
第２実施形態と同様の構成の測定装置を用い、第１流体及び第２流体を水として、混合容器７への分注精度を評価した。基板９としてアクリル板を用い、機械的加工により第１容器４１、第２容器４２、第１流路４３、及び第２流路４４を形成した。第１容器４１は、幅１０ｍｍ×深さ２ｍｍの断面積であって長さが４５ｍｍとした。第２容器４２は、幅５ｍｍ×深さ２ｍｍの断面積であって長さが４５ｍｍとした。第１流路４３は、幅５００μｍ×深さ８００μｍの断面積であって長さが６７．６ｍｍとした。第２流路４４は、幅５００μｍ×深さ１９０μｍの断面積であって長さが６７．６ｍｍとした。また、チューブ１０〜１３として、内径５００μｍ×長さ２５ｃｍのポリテトラフルオロエチレン製のチューブを用いた。吸引ポンプとしてシリンジを混合容器７のドレイン８に接続し、手動でシリンジを動作させることにより混合容器７を減圧した。第１流路４３から流出される水の量と、第２流路４４から流出される水の量とをそれぞれ測定して量比を求め、７回の操作の平均値及び標準偏差を算出した。得られた量比の平均値は４０．９であり、標準偏差は２．９であった。

（実施例３）
第２流路４４の深さを２３０μｍとしたほかは、実施例２と同様にして第１流路４３から流出される水の量と、第２流路４４から流出される水の量とをそれぞれ測定して量比を求め、７回の操作の平均値及び標準偏差を算出した。得られた量比の平均値は７．３であり、標準偏差は０．６であった。

（実施例４）
第２流路４４の深さを２７０μｍとしたほかは、実施例２と同様にして第１流路４３から流出される水の量と、第２流路４４から流出される水の量とをそれぞれ測定して量比を求め、７回の操作の平均値及び標準偏差を算出した。得られた量比の平均値は４．１であり、標準偏差は０．４であった。

（実施例５）
第２実施形態と同様の構成の測定装置を用いてメタノール燃料電池用の燃料を調整した。基板９の構成は、第２流路４４の深さを２７０μｍとしたほかは、実施例２と同様である。ただし、基板９として、シリコン基板にドライエッチングで各容器及び各流路を形成し、そのシリコン基板に耐熱ガラス（商品名：パイレックス）を貼り合わせたものを用いた。第１流体としてメタノールを用い、第２流体として水を用いた。混合容器７に流出されたメタノールと水との混合体を燃料としてメタノール燃料電池に供給した。メタノール燃料電池として、電極面積が１６ｃｍ^２、出力が３９ｍＶのものを用いた。このメタノール燃料電池によって、０．４１〜０．４３Ｖの起電力が得られた。

（実施例６）
第１実施形態の変形例と同様の構成の測定装置を用い、第１流体としてセレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）を含むトルエン溶液と用い、第２流体としてトルエンを用いて、混相流体の希釈を行った。基板４としてシリコン板にパレックスガラスを貼り合わせたもの用い、機械的加工により第１流路３１及び第２流路３２を形成した。第１流路３１及び第２流路３２とも、幅２００μｍ×深さ２００μｍの断面積とし、長さも同一とした。また、チューブ１０〜１３として、内径５００μｍ×長さ２５ｃｍのポリテトラフルオロエチレン製のチューブを用いた。吸引ポンプとしてシリンジを混合容器７のドレイン８に接続し、手動でシリンジを動作させることにより混合容器７を減圧した。第１流体におけるＣｄＳｅ濃度と、混合容器７において得られた混合体におけるＣｄＳｅと３５０ｎｍの吸光度により比較したところ、第１流体が０．１５５であったのに対して、混合体は０．３０であり、ほぼ半分に希釈されていた。

（実施例７）
基板９に代えてキャピラリーにより第１流路及び第２流路を形成して、水素ガスと酸素ガスとを２：１の体積割合で混合させることとした。第１流路として、内径２８μｍ×長さ１ｍのシリカキャピラリーを用い、一端に水素ガスが封入されたビニール袋を接続した。第１流路として、内径２０μｍ×長さ１ｍのシリカキャピラリーを用い、一端に酸素ガスが封入されたビニール袋を接続した。第１流路及び第２流路をそれぞれ構成する２本のシリカキャピラリーの他端側に１つの風船を接続し、その風船を密閉容器に封入した。密閉容器内を減圧することにより風船を膨らませた。その風船を、内部のガスが漏れないように取り出した。風船内の混合ガスにおける酸素濃度を酸素濃度計を用いて測定したところ、３４％であった。

図１は、第１実施形態に係る測定装置１の主要な構成を示す模式図である。 図２は、図１のII−II断面における基板３の構成を示す断面図である。 図３は、第１実施形態の変形例の構成を示す模式図である。 図４は、第２実施形態に係る基板９の構成を示す断面図である。

符号の説明

１・・・測定装置
２・・・シリンジポンプ２（圧力付与手段）
４・・・混合容器
３１・・・第１流路
３２・・・第２流路
４１・・・第１容器
４２・・・第２容器
４３・・・第１流路
４４・・・第２流路

Claims (16)

1. 所定の圧力損失で第１流体が流出される第１流路と、
   上記第１流路に対して所定の比率となる圧力損失を有し、第２流体が流出される第２流路と、
   上記第１流路中の第１流体及び上記第２流路中の第２流体を加圧又は減圧する圧力付与手段と、を具備してなる定量比分注装置。
2. 上記第１流路は、所定の断面積及び長さを有し、
   上記第２流路は、上記第１流路に対して所定の比率となる断面積及び長さを有し、
   上記圧力付与手段は、上記第１流路中の第１流体及び上記第２流路中の第２流体に対して等しい圧力を加圧又は減圧するものである請求項１に記載の定量比分注装置。
3. 上記第１流体及び第２流体は、液体、気体、又は混相流体のいずれかである請求項１又は２に記載の定量比分注装置。
4. 上記第１流路から流出された第１流体と上記第２流路から流出された第２流体とを混合して保持する混合容器を更に具備する請求項１から３のいずれかに記載の定量比分注装置。
5. 請求項４に記載の定量比分注装置と、
   上記混合容器において、第１流体及び第２流体を含む混合体の反応状態を測定する測定手段とを具備する測定装置。
6. 上記第１流体及び上記第２流体のいずれか一方が検出用試薬であり、他方が検体である請求項５に記載の測定装置。
7. 所定の圧力損失を有し、第１流体が保持される第１容器と、
   上記第１容器に対して所定の比率となる圧力損失を有し、第２流体が保持される第２容器と、
   上記第１容器に保持された第１流体が流出される第１流路と、
   上記第２容器に保持された第２流体が流出される第２流路と、
   上記第１容器中の第１流体及び上記第２容器中の第２流体を加圧又は減圧する圧力付与手段と、を具備してなる定量比分注装置。
8. 上記第１流路は、所定の圧力損失を有し、
   上記第２流路は、上記第１流路に対して所定の比率となる圧力損失を有する請求項７に記載の定量比分注装置。
9. 上記第１容器は、所定の断面積及び長さを有し、
   上記第２容器は、上記第１容器に対して所定の比率となる断面積及び長さを有し、
   上記圧力付与手段は、上記第１容器中の第１流体及び上記第２容器中の第２流体に対して等しい圧力を加圧又は減圧するものである請求項７に記載の定量比分注装置。
10. 上記第１流路は、所定の断面積及び長さを有し、
    上記第２流路は、上記第１流路に対して所定の比率となる断面積及び長さを有する請求項８に記載の定量比分注装置。
11. 上記第１流体及び第２流体は、液体、気体、又は混相流体のいずれかである請求項７から１０のいずれかに記載の定量比分注装置。
12. 上記第１流路から流出された第１流体と上記第２流路から流出された第２流体とを混合して保持する混合容器を更に具備する請求項７から１１のいずれかに記載の定量比分注装置。
13. 請求項１２に記載の定量比分注装置と、
    上記混合容器において、第１流体及び第２流体を含む混合体の反応状態を測定する測定手段とを具備する測定装置。
14. 上記第１流体及び上記第２流体のいずれか一方が検出用試薬であり、他方が検体である請求項１３に記載の測定装置。
15. 所定の圧力損失を有する第１流路から、加圧又は減圧によって第１流体を流出させる第１ステップと、
    上記第１流路に対して所定の比率となる圧力損失を有する第２流路から、上記第１流体に付与した圧力と等しい圧力の加圧又は減圧によって第２流体を流出させる第２ステップと、
    上記第１流路から流出された第１流体と上記第２流路から流出された第２流体をとを混合する第３ステップと、を含む定量比混合流体調製方法。
16. 所定の圧力損失を有する第１容器に保持された第１流体を、加圧又は減圧によって第１流路を通じて流出させる第４ステップと、
    上記第１容器に対して所定の比率となる圧力損失を有する第２容器に保持された第２流体を、上記第１流体に付与した圧力と等しい圧力の加圧又は減圧によって第２流路を通じて流出させる第５ステップと、
    上記第１流路から流出された第１流体と上記第２流路から流出された第２流体をとを混合する第６ステップと、を含む定量比混合流体調製方法。

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