JP2019103974A - 流体デバイス、リザーバー供給システムおよび流路供給システム - Google Patents

Abstract

【課題】リザーバーへの溶液の供給が容易であり、流通過程での液漏れを抑制できる流体デバイスを提供する。【解決手段】基材と、セプタムと、を備え、基材には、溶液が導入される流路と、溶液が収容されて溶液を流路に供給するリザーバーと、リザーバーを外部に繋げる注入孔と、が設けられ、リザーバーは、流路に向かって溶液が流れる方向の長さが、長さと直交する幅よりも大きく、セプタムは、注入孔の開口を塞ぐ、流体デバイス。【選択図】図７

Description

本発明は、流体デバイス、リザーバー供給システムおよび流路供給システムに関するものである。

近年、体外診断分野における試験の高速化、高効率化、および集積化、又は、検査機器の超小型化を目指したμ−ＴＡＳ（Micro-Total Analysis Systems）の開発などが注目を浴びており、世界的に活発な研究が進められている。

μ−ＴＡＳは、少量の試料で測定、分析が可能なこと、持ち運びが可能となること、低コストで使い捨て可能なこと等、従来の検査機器に比べて優れている。
更に、高価な試薬を使用する場合や少量多検体を検査する場合において、有用性が高い方法として注目されている。

μ−ＴＡＳの構成要素として、流路と、該流路上に配置されるポンプとを備えたデバイスが報告されている（非特許文献１）。このようなデバイスでは、該流路へ複数の溶液を注入し、ポンプを作動させることで、複数の溶液を流路内で混合する。

また、特許文献１には、流体制御用マイクロデバイスのタンクの供給口にセプタムを設けた構造が開示されている。しかしながらこの構造では、セプタムが設けられるタンク内で溶液が自由に移動できるため、セプタムから流体が漏れ出す虞があった。

国際公開第９３／０２０３５１号

Jong Wook Hong, Vincent Studer, Giao Hang, W French Anderson and Stephen R Quake,Nature Biotechnology 22, 435 - 439 (2004)

第１の実施態様に従えば、基材と、セプタムと、を備え、前記基材には、溶液が導入される流路と、前記溶液が収容されて前記溶液を前記流路に供給するリザーバーと、前記リザーバーを外部に繋げる注入孔と、が設けられ、前記リザーバーは、前記流路に向かって前記溶液が流れる方向の長さが、前記長さと直交する幅よりも大きく、前記セプタムは、前記注入孔の開口を塞ぐ、流体デバイスが提供される。

第２の実施態様に従えば、第１の実施態様の流体デバイスと、前記リザーバーに前記溶液を注入するシリンジと、を備え、前記シリンジは、前記セプタムを貫通する中空針を有する、リザーバー供給システムが提供される。

第３の実施態様に従えば、第１の実施態様の流体デバイスと、前記セプタムを貫通して前記リザーバーを大気圧に開放する中空針と、前記流路内を負圧とする負圧付与装置と、を備え、前記リザーバーに予め充填された前記溶液を前記リザーバーから前記流路に移動させる、流路供給システムが提供される。

第４の実施態様に従えば、第１の実施態様の流体デバイスと、前記セプタムを貫通する中空針と、前記中空針を介して前記リザーバーに陽圧を付与する陽圧付与装置と、を備え、前記リザーバーに予め充填された前記溶液を前記リザーバーから前記流路に移動させる、流路供給システムが提供される。

図１は、一実施形態の流体デバイスの正面図である。 図２は、一実施形態の流体デバイスを模式的に示した平面図である。 図３は、図２におけるIII−III線に沿う断面図である。 図４は、図２におけるIV-IV線に沿う断面図である。 図５Ａは、実施形態に採用可能な、変形例１のセプタムを備えた流体デバイスの部分断面図である。 図５Ｂは、実施形態に採用可能な、変形例２のセプタムを備えた流体デバイスの部分断面図である。 図６は、一実施形態のリザーバー供給システムの断面模式図である。 図７は、一実施形態の流路供給システムの断面模式図である。 図８は、変形例の流路供給システムの断面模式図である。

以下、流体デバイス、リザーバー供給システムおよび流路供給システムの実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限られない。

（流体デバイス）
図１は、一実施形態の流体デバイス１の正面図である。図２は、流体デバイス１を模式的に示した平面図である。なお、図２においては、透明な上板６について、下側に配置された各部を透過させた状態で図示する。

本実施形態の流体デバイス１は、検体試料に含まれる検出対象である試料物質を免疫反応および酵素反応などにより検出するデバイスを含む。試料物質は、例えば、核酸、ＤＮＡ、ＲＮＡ、ペプチド、タンパク質、細胞外小胞体などの生体分子である。

図２に示すように、流体デバイス１は、基材５と、セプタム（弾性栓部材）３と、複数のバルブＶ、Ｖｉ、Ｖｏと、を備える。

図１に示すように、基材５は、上板（第１の基板）６、下板（第３の基板）８、および基板（第２の基板）９を有する。本実施形態の上板６、下板８および基板９は、樹脂材料から構成される。上板６、下板８および基板９を構成する樹脂材料としては、ポリプロピレン、ポリカーボネイト等が例示される。また、本実施形態において、上板６および下板８は、透明な材料から構成される。なお、上板６、下板８および基板９を構成する材料は、限定されない。

以下の説明においては、上板（例、蓋部、流路の上部又は下部、流路の上面又は底面）６、下板（例、蓋部、流路の上部又は下部、流路の上面又は底面）８および基板９は水平面に沿って配置され、上板６は基板９の上側に配置され、下板８は基板９の下側に配置されるものとして説明する。ただし、これは、説明の便宜のために水平方向および上下方向を定義したに過ぎず、本実施形態に係る流体デバイス１の使用時の向きを限定しない。

上板６、基板９および下板８は、水平方向に沿って延びる板材である。上板６、基板９および下板８は、上下方向に沿ってこの順で積層されている。基板９は、上板６の下側において上板６に積層される。また、下板８は、上板６と反対側の面（下面９ａ）において基板９に積層される。基材５は、上板６、下板８および基板９を接着等の接合手段により接合して一体化することにより製造される。
なお、以下の説明において、上板６、基板９および下板８を積層させる方向を単に積層方向と呼ぶ。本実施形態において、積層方向は、上下方向である。

図１に示すように、上板６には、複数の第１の貫通孔（貫通孔）３７と、空気孔３５と、複数のバルブ保持孔３４と、が設けられる。第１の貫通孔３７、空気孔３５およびバルブ保持孔３４は、上板６を板厚方向に貫通する。

第１の貫通孔３７は、後段において説明するように、基板９の第２の貫通孔３８の直上に位置し、第２の貫通孔３８に繋がる。すなわち、積層方向から見て、第１の貫通孔３７と、第２の貫通孔３８とは、互いに重なる。第１の貫通孔３７と第２の貫通孔３８は、注入孔３２を構成する。第１の貫通孔３７は、注入孔３２の開口を構成する。すなわち、上板６には、注入孔３２の開口が位置する。

空気孔３５は、上板６において廃液槽７の直上に位置する。空気孔３５は、廃液槽７を外部に繋げる。後段において説明するように、空気孔３５には、吸引装置（負圧付与装置）５６を接続することができる。

バルブ保持孔３４は、バルブＶ、Ｖｉ、Ｖｏを保持する。バルブＶ、Ｖｉ、Ｖｏは、上板６と基板９との間に設けられた流路１１を閉塞可能に構成されている。

図３は、図２におけるIII−III線に沿う流体デバイス１の断面図である。
図３に示すように、基板９は、上面９ｂと下面９ａとを有する。上板６は、基板９の上面９ｂ側に位置する。下板８は、基板９の下面９ａ側に位置する。

基板９は、下面９ａ側にリザーバー層１９Ａを含む。リザーバー層１９Ａには、複数のリザーバー２９が設けられる。また、基板９は、上面９ｂ側に反応層１９Ｂを含む。反応層１９Ｂには、流路１１と、廃液槽７と、が設けられる。

図２に示すように、積層方向から見て、流路１１の少なくとも一部とリザーバー２９の少なくとも一部とは、互いに重なり合う様に配置される。本実施形態によれば、基板９の上面９ｂ側と下面９ａ側とにそれぞれ流路１１とリザーバー２９とを配置することで、積層方向から見て、流路１１とリザーバー２９を重ねて配置できる。これにより、流体デバイス１を小型化できる。

基板９には、上下方向に貫通する供給孔３９および第２の貫通孔３８が設けられる。
供給孔３９は、リザーバー２９と流路１１とを繋ぐ。リザーバー２９に貯留された溶液は、供給孔３９を介して流路１１に供給される。

図４は、図２におけるIV-IV線に沿う流体デバイス１の断面図である。
第２の貫通孔３８は、上板６の第１の貫通孔３７と繋がって注入孔３２を構成する。注入孔３２は、リザーバー２９を外部に繋げる。溶液は、注入孔３２を介してリザーバー２９に充填される。

第１の貫通孔３７には、セプタム３が固定される。セプタム３は、注入孔３２の開口を塞ぐ。セプタム３は、弾性材料から構成される。セプタム３に採用可能な弾性材料としては、ゴム、エラストマー樹脂などが例示される。基材５とセプタム３とは、互いに異材質で一体的に構成されている。また、上板６およびセプタム３は、二色成形、インジェクション成形、インサート成形等により一体的に成形された成形体である。
上述したように、上板６には、セプタム３に加えて、バルブＶ、Ｖｉ、Ｖｏが一体的に設けられる。セプタム３と、バルブＶ、Ｖｉ、Ｖｏは、同一の材料から構成されていてもよい。この場合、２種の樹脂材料を用いた二色成形によって、上板６、セプタム３およびバルブＶ、Ｖｉ、Ｖｏを一体的に成形できる。

セプタム３は、弾性栓部材と呼ぶことができる。中空針を貫通させることで形成されたセプタム３の孔部の内周面は、セプタム３の弾性変形により中空針の外周面に気密に密着する。これにより、中空針の中空部を介して、溶液をリザーバー２９に注入できる。また、セプタム３は、中空針を抜き去ることで、中空針が挿通した孔を気密に塞ぐ。このため、リザーバー２９に溶液を注入した後に、流体デバイス１が上下逆転する場合であっても、注入孔３２の開口から溶液が漏れ出すことがない。特に、本実施形態のリザーバー２９は、流路形状である。このため、セプタム３と溶液との間に気泡を介在させることで、溶液がセプタム３側に達することがなく、より安定的にリザーバー２９に溶液を保持できる。

本実施形態によれば、リザーバー２９への溶液の導入後に中空針を抜き去ることでセプタム３の孔部は閉じるため、リザーバー２９を密閉状態とすることができる。リザーバー２９は、溶液を保持するリザーバーが流路形状であるため、リザーバー２９を密閉状態とすることで、溶液がリザーバー２９内で移動することがない。このため、リザーバー２９から溶液が漏れ出すことを効果的に抑制できる。このような効果は、リザーバー２９が流路形状である場合において奏することができる効果である。

本実施形態によれば、セプタム３に中空針を挿通させることで孔部が設けられる。孔部が設けられたセプタム３の耐圧は、セプタム３の直径、厚さ並びにセプタム３を貫通してセプタム３に孔部を形成する中空針の外径の組み合わせによって、適宜設定することができる。このため、セプタム３は、流体デバイス１の内外の圧力差に起因して開閉する圧力弁として機能させることができる。例えば、セプタム３は、リザーバー２９内の圧力を負圧付与装置又は陽圧付与装置などを用いて一定の負圧又は陽圧に保ちたい場合のリーク弁としても機能させることができる。
また、流体デバイス１に設けられる複数のセプタム３について、耐圧を互いに異ならせてもよい。それぞれのセプタム３は、異なるリザーバー２９に繋がる注入孔３２の開口を覆う。複数のセプタム３の耐圧を異ならせる場合は、後段に説明する流路供給システムにおいて以下のような構成を実現できる。すなわち、複数のリザーバー２９に溶液を充填させた状態で、流路１１側からリザーバー２９内の圧力を徐々に圧力を下げていくことで、異なるセプタム３の孔部からリザーバー２９内に空気が流入するタイミングを異ならせることができる。結果として、バルブの開閉動作を行うことなく、複数のリザーバー２９から流路１１に順次、溶液を導入することができる。

セプタム３は、積層方向から見て円形である。セプタム３の外形は、第１の貫通孔３７と一致する。すなわち、第１の貫通孔３７は、積層方向から見て円形である。
セプタム３の直径ｄは、１．５ｍｍ以上とすることが好ましい。セプタム３の直径ｄを１．５ｍｍ以上とすることで、第１の貫通孔３７に対するセプタム３の二色成形を容易とできる。

セプタム３の積層方向の寸法（厚さ）ｔは、セプタム３に求められる耐圧およびセプタム３を貫通しセプタム３に孔部を形成する中空針の直径に応じて設定される。なお、以下に説明する積層方向の寸法ｔが異なる各セプタム３の直径ｄは、全て１．５ｍｍ以上である。
セプタム３の積層方向の寸法ｔが、１．０ｍｍ以上である場合には、中空針の外径が０．４６ｍｍ（２６Ｇ（ゲージ））以下である場合に１００ｋＰａ以上の耐圧を確保でき、中空針の外径が０．４１ｍｍ（２７Ｇ（ゲージ））以下である場合に２００ｋＰａ以上の耐圧を確保できる。
また、セプタム３の積層方向の寸法ｔが、１．５ｍｍ以上である場合には、中空針の外径が０．４６ｍｍ（２６Ｇ（ゲージ））以下である場合に２００ｋＰａ以上の耐圧を確保できる。
なお、これらの耐圧設計は、本発明の発明者らの評価実験によって導かれたものである。

図５Ａは、本実施形態に採用可能な、変形例１のセプタム１０３を備えた流体デバイス１０１の部分断面図である。なお、上述の実施形態と同一態様の構成要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。

本変形例の流体デバイス１０１は、基材１０５とセプタム１０３とを備える。基材１０５は、上板１０６と基板９と下板８（図５Ａにおいて省略）とを有する。上板１０６には、セプタム１０３を保持する第１の貫通孔（貫通孔）１３７が設けられる。第１の貫通孔１３７は、基板９に設けられた第２の貫通孔３８と繋がる。第１の貫通孔１３７と第２の貫通孔３８とは、注入孔１３２を構成する。また、第１の貫通孔１３７は、注入孔１３２の開口を構成する。注入孔１３２は、リザーバー２９（図５Ａにおいて省略）を外部に繋げる。

第１の貫通孔１３７は、積層方向から見て円形である。第１の貫通孔１３７の内周面には、第１の貫通孔１３７の内側に向かって突出する凸部１３７ａが設けられる。凸部１３７ａの上端は、第１の貫通孔１３７の上端より下側に配置されている。また、凸部１３７ａの下端は、第１の貫通孔１３７の下端と一致する。凸部１３７ａは、第１の貫通孔１３７の内周面の全周に設けられる。凸部１３７ａの突出高さは周方向に沿って一様である。したがって、凸部１３７ａの内側における第１の貫通孔１３７の形状は、積層方向から見て円形である。

セプタム１０３は、第１の貫通孔１３７の内周面に固定される。セプタム１０３には、凸部１３７ａが嵌る凹部１０３ａが設けられる。上述の実施形態と同様に、セプタム１０３と上板１０６とは、二色成形、インジェクション成形、インサート成形により一体的に成形された成形体である。一例として、上板１０６を成形した後に上板１０６の第１の貫通孔１３７にセプタム１０３を成形することで、セプタム１０３に凸部１３７ａの凸部に嵌る凹部１０３ａが形成される。

第１の貫通孔１３７の凸部１３７ａは、上側を向く段差面１３７ｂを有する。一方でセプタム１０３は、凹部１０３ａを構成し下側を向く対向面１０３ｂを有する。段差面１３７ｂと対向面１０３ｂとは、積層方向に対向し互いに接触する。このため、段差面１３７ｂは、セプタム１０３が下側に移動することを抑制できる。すなわち、本変形例によれば、凸部１３７ａが凹部１０３ａに嵌ることで、段差面１３７ｂがセプタム１０３の下側への移動を制限し、セプタム１０３の抜け止めとして機能する。

図５Ｂは、本実施形態に採用可能な、変形例２のセプタム２０３を備えた流体デバイス２０１の部分断面図である。なお、上述の実施形態と同一態様の構成要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。

本変形例の流体デバイス２０１は、基材２０５とセプタム２０３とを備える。基材２０５は、上板２０６と基板９と下板８（図５Ｂにおいて省略）とを有する。上板２０６には、セプタム２０３を保持する第１の貫通孔（貫通孔）２３７が設けられる。第１の貫通孔２３７は、基板９に設けられた第２の貫通孔３８と繋がる。第１の貫通孔２３７と第２の貫通孔３８とは、注入孔２３２を構成する。また、第１の貫通孔２３７は、注入孔２３２の開口を構成する。注入孔２３２は、リザーバー２９（図５Ｂにおいて省略）を外部に繋げる。

第１の貫通孔２３７の内周面には、第１の貫通孔２３７の内側に向かって突出する凸部２３７ａが設けられる。凸部２３７ａの上端は、第１の貫通孔２３７の上端の下側に配置されている。また、凸部２３７ａの下端は、第１の貫通孔２３７の下端の上側に配置されている。また、セプタム２０３には、凸部２３７ａが嵌る凹部２０３ａが設けられる。

第１の貫通孔２３７の凸部２３７ａは、上側を向く第１段差面２３７ｂと下側を向く第２段差面２３７ｃとを有する。一方でセプタム２０３は、下側を向く第１対向面２０３ｂと、上側を向く第２対向面２０３ｃと、を有する。第１段差面２３７ｂと第１対向面２０３ｂとは、積層方向に対向し、互いに接触する。同様に、第２段差面２３７ｃと第２対向面２０３ｃとは、積層方向に対向し、互いに接触する。このため、第１段差面２３７ｂと第２段差面２３７ｃとは、セプタム２０３が上下方向に移動することを制限する。すなわち、本変形例によれば、凸部２３７ａが凹部２０３ａに嵌ることで、第１段差面２３７ｂおよび第２段差面２３７ｃがセプタム２０３の上下方向への移動を制限し、セプタム２０３の抜け止めとして機能する。

本実施形態の流体デバイス１の説明に戻る。
図３に示すように、基板９の下面９ａには、複数の溝部２１が設けられる。溝部２１は、線状の窪みとも表現できる。複数の溝部２１の底面は、略同一の平面内に位置する。すなわち、複数の溝部２１の深さは、略同一である。溝部２１の長手方向における幅は、略一様である。また、複数の溝部２１の幅は、略同一である。

溝部２１は、下側を向く開口が、下板８により覆われている。溝部２１と下板８とに囲まれた空間には、リザーバー２９が構成される。したがって、リザーバー２９は、基板９と下板８との間に位置する。

リザーバー２９は、基板９の下面９ａに設けられた溝部２１の内壁面と下板８とによって囲まれたチューブ状、あるいは筒状に形成された空間である。本実施形態の基材５には、複数（より具体的には、３つ）のリザーバー２９が設けられる。
なお、本実施形態では、基板９に溝部２１が設けられ下板８によって溝部２１の開口を覆うことでリザーバー２９が構成される場合について説明した。しかしながら、リザーバー２９は、下板８に設けられた溝部の開口を基板９により覆うことで構成されていてもよい。

複数のリザーバー２９は、互いに独立して溶液を収容する。リザーバー２９は、収容した溶液を流路１１に供給する。リザーバー２９は、流路型のリザーバーである。したがって、リザーバー２９は、流路１１に向かって溶液が流れる方向の長さが、長さと直交する幅よりも大きい。また、リザーバー２９は、流路１１に向かって溶液が流れる方向の長さが長さおよび幅と直交する深さよりも大きいことが好ましい。さらに、リザーバー２９における幅の大きさは、気泡が溶液を追い越して移動しない大きさであることが好ましい。

本実施形態において、複数のリザーバー２９の幅は、略同一であり、例えば１．５ｍｍである。また、複数のリザーバー２９の深さは、略同一であり、例えば１．５ｍｍである。複数のリザーバー２９の流路断面の形状は、一例として矩形状である。それぞれのリザーバー２９の容積は、収容する溶液の容量に応じて設定される。例えば、それぞれのリザーバー２９の長さは、収容する溶液の容量に応じて設定される。

なお、リザーバー２９の幅および深さは、一例であり、好ましくは０．０１ｍｍから１０ｍｍ以下であり、より好ましくは０．１ｍｍから５ｍｍ以下である。セプタムを通じて注入された液体が、リザーバー２９内で自由に移動することを避けるため、毛管力と表面張力との関係を考慮し、流体デバイス（マイクロ流体デバイス等）１の大きさに応じて任意に設定できる。
また、本実施形態では、複数のリザーバー２９が、互いに同一幅、同一深さである構成を例示したが、この構成に限定されない。複数のリザーバーにおける幅および深さについては、例えば、収容する溶液の流動特性に応じて異なる値に設定してもよい。例えば、複数のリザーバーから一括した負圧吸引で溶液を流路に導入する際には、同じタイミングで異種の溶液が流路に導入されるようにリザーバー毎に溶液の流動特性（流動抵抗等）に応じた幅および深さに設定してもよい。

図２に示すように、リザーバー２９は、線状の窪みが左右に折り返しながら所定方向に延びる蛇行形状に形成されている。リザーバー２９は、所定方向（図４では、左右方向）に平行に配置された複数（図４では５つ）の第１直線部２９ａと、隣り合う第１直線部２９ａの端部同士の接続箇所を第１直線部２９ａの一端側と他端側とで交互に繰り返して接続する第２直線部２９ｂとを含む蛇行形状に形成されている。なお、リザーバー２９は蛇行形状に限定されず、例えば直線的な流路でもよい。

図３に示すように、基板９の上面９ｂには、複数の溝部１４が設けられる。溝部１４は、線状の窪みとも表現できる。溝部１４は、上側を向く開口が、上板６により覆われている。溝部１４と上板６とに囲まれた空間には、流路１１が構成される。したがって、流路１１は、基板９と上板６との間に位置する。
なお、本実施形態では、基板９に溝部１４が設けられ上板６によって溝部１４の開口を覆うことで流路１１が構成される場合について説明した。しかしながら、流路１１は、上板６に設けられた溝部の開口を基板９により覆うことで構成されていてもよい。

図２に示すように、流路１１は、循環流路１０と、複数（図２の例では３つ）の導入流路１２と、複数（図２の例では３つ）の排出流路１３と、を含む。流路１１には、リザーバー２９から溶液が導入される。

循環流路１０は、積層方向から見て、ループ状に構成される。循環流路１０の経路中には、複数（図２の例では３つ）の定量バルブＶが設けられる。複数の定量バルブＶは、循環流路１０を複数の定量区画１８に区画する。複数の定量バルブＶは、定量バルブで区切られるそれぞれの区画のそれぞれが所定の体積となるように配置されている。

導入流路１２は、循環流路１０の定量区画１８に溶液を導入するための流路である。導入流路１２は、循環流路１０の定量区画１８毎に設けられる。導入流路１２は、一端側において供給孔３９に接続される。また、導入流路１２は、他端側において、循環流路１０に接続される。導入流路１２は、定量区画１８の定量バルブＶの近傍において循環流路１０に接続される。

導入流路１２とリザーバー２９とは、積層方向から見たとき、一部が互いに重なっており、重なった部分に配置された供給孔３９を介して接続されている。すなわち、供給孔３９は、積層方向から見て、流路１１とリザーバー２９とが重なった部分に位置し、積層方向に延びる。これにより、基板９の互いに異なる面に配置された流路１１とリザーバー２９を最短距離で繋ぐことができる。結果として、リザーバー２９から流路１１に溶液を導入する際の圧力損失が小さくなり、効率的かつ迅速に、リザーバー２９から流路１１に溶液を導入できる。

排出流路１３は、循環流路１０の定量区画１８の溶液を廃液槽７に排出するための流路である。排出流路１３は、循環流路１０の定量区画１８毎に設けられる。排出流路１３は、一端側において廃液槽７と接続される。また、排出流路１３は、他端側において、循環流路１０に接続される。排出流路１３は、定量区画１８の定量バルブＶの近傍において循環流路１０に接続される。定量区画１８は、長さ方向の一端側において導入流路１２に接続され、他端側において排出流路１３に接続される。

導入流路１２の経路中には、導入バルブＶｉが配置される。同様に、排出流路１３の経路中には、廃液バルブＶｏが配置される。ここで、導入バルブＶｉ、廃液バルブＶｏおよび定量バルブＶの構造について図３を基に説明する。なお、ここでは、導入バルブＶｉについて他のバルブを代表して説明するが、他のバルブ（廃液バルブＶｏおよび定量バルブＶ）も同様の構造を有する。

導入バルブＶｉは、上板６のバルブ保持孔３４に固定されている。導入バルブＶｉは、弾性材料から構成される。導入バルブＶｉに採用可能な弾性材料としては、ゴム、エラストマー樹脂などが例示される。上板６と導入バルブＶｉとは、互いに異材質で一体的に構成されている。また、上板６および導入バルブＶｉは、二色成形、インサート成形、インジェクション成形等により一体的に成形された成形体である。

導入バルブＶｉの直下の流路１１には、半球状の窪み４０が設けられる。導入バルブＶｉは、下側に向かって弾性変形して窪み４０に当接することで流路１１を閉塞する。また、導入バルブＶｉは、窪み４０から離間することで流路１１を開放する。

廃液槽７は、流路１１中の溶液を廃棄する為に設けられる。図２に示すように、廃液槽７は、循環流路１０の内側領域に配置されている。これにより、流体デバイス１の小型化を図ることができる。また、図３に示すように、廃液槽７は、基板９の上面９ｂ側に設けられた凹部７ａの内壁面と、凹部７ａの上側を向く開口を覆う上板６に囲まれた空間に構成される。廃液槽７は、上板６に設けられた空気孔３５を介して外部に開放される。

（リザーバー供給システム）
次に、流体デバイス１のリザーバー２９にシリンジ５０から溶液Ｓを充填するリザーバー供給システム２について図６を基に説明する。
図６は、リザーバー供給システム２の断面模式図である。図６において、流体デバイス１の供給孔３９、リザーバー２９、流路１１および廃液槽７を一連なりに示す。

リザーバー供給システム２は、上述の流体デバイス１と、流体デバイス１のリザーバー２９に溶液Ｓを注入するシリンジ５０と、を備える。

シリンジ５０は、シリンジ本体５１と、シリンジ本体５１に取り付けられた第１の中空針（中空針）５２と、を有する。シリンジ本体５１の内部には、溶液Ｓが溜められる。第１の中空針５２は、いわゆる注射針である。第１の中空針５２の内部には、長さ方向に延びて両端に開口する中空部が設けられる。

シリンジ５０は、第１の中空針５２をセプタム３に突刺して、第１の中空針５２をセプタム３に貫通させ、第１の中空針５２の先端をリザーバー２９に位置させる。これにより、セプタム３には、第１の中空針５２が通る孔部３ｈが形成される。孔部３ｈの内周面は、セプタム３の弾性変形により第１の中空針５２の外周面に気密に密着する。この状態で、シリンジ本体５１内の溶液Ｓをリザーバー２９に送り出す。このとき流路１１中のバルブＶ、Ｖｉ、Ｖｏは、開放されている（図６において省略）。また、廃液槽７に開口する空気孔３５は、外部に開放されている。これにより、リザーバー２９は、供給孔３９、流路１１、廃液槽７および空気孔３５を介して外部と連通している。シリンジ５０からリザーバー２９に溶液Ｓを送り出すことで、リザーバー２９内の空気が供給孔３９側に押し出されて、リザーバー２９内に溶液Ｓが充填される。

次いで、セプタム３から第１の中空針５２を抜き去る。セプタム３に設けられた孔部３ｈは、セプタム３の弾性により、気密に塞がれる。このため、セプタム３からリザーバー２９内の溶液Ｓが漏れ出すことを抑制できる。また、リザーバー２９が流路形状であるため、セプタム３が注入孔３２を塞ぐことで、リザーバー２９内の溶液Ｓが供給孔３９側に流れようとするとリザーバー２９とセプタム３との間の領域が負圧となる。このため、溶液Ｓが供給孔３９側に流れることが抑制される。

セプタム３から第１の中空針５２を抜き去るとともに、空気孔３５をフィルム３３によって塞いでもよい。すなわち、図６に仮想線（二点鎖線）で図示するように、流体デバイス１は、フィルム３３を有していてもよい。この場合、供給孔３９、流路１１、廃液槽７および空気孔３５を密閉させて、リザーバー２９から供給孔３９側への溶液Ｓの流動をより効果的に抑制できる。
また、フィルム３３によって空気孔３５を塞ぐ際に、流路１１および廃液槽７の気圧を高めるとともに、セプタム３に第１の中空針５２を再び刺して、注入孔３２に空気を送り込んでもよい。これにより、リザーバー２９内の溶液Ｓと、セプタム３との間の気圧を高め、フィルム３３を剥離させた際に、溶液Ｓが流路１１側に自動的に流れる構成を実現できる。

本実施形態の流体デバイス１によれば、複数のリザーバー２９において溶液Ｓを安定的に保持することができる。このため、リザーバー２９に溶液Ｓを充填させた状態で、流体デバイス１を溶液Ｓの混合・反応が行われる場所（例、検査機関、病院、自宅、車両など）まで流通させることが可能である。

本実施形態の流体デバイス１およびリザーバー供給システム２によれば、セプタム３に第１の中空針５２を抜き刺しすることにより、リザーバー２９への溶液Ｓの充填と密閉を容易に行うことができる。また、セプタム３は、第１の中空針５２を複数回、抜き差しすることができる。したがって、リザーバー２９へ溶液Ｓを追加して注入することもできる。

なお、本実施形態において、流路１１が上板６と基板９との間に位置し、リザーバー２９が基板９と下板８との間に位置する。しかしながら、流路１１およびリザーバー２９のうち少なくとも一方が、上板６と基板９との間に位置すればよい。また、流路１１およびリザーバー２９のうち少なくとも一方が、基板９と下板８との間に位置すればよい。

本実施形態によれば、セプタム３が配置される第１の貫通孔３７が上板６に形成され、流路１１とリザーバー２９とが、それぞれ異なる板材の接合面に位置することによって、流体デバイスの平面上のサイズを小さくすることが可能となる。また、セプタム３と流路１１とリザーバー２９との階層が異なることによって、リザーバー２９内に収容された溶液が、逆流してセプタム３に到達して流体デバイス外への溶液漏れを引き起こしたり、流路１１への予期せぬ溶液の移動を起こしたりすることを予防することができる。例えば、流体デバイス１全体が密封されている場合には、密封に伴い圧縮された空気の影響で溶液が動く可能性があるが、本構成で、液漏れリスクを低減できる。特に、リザーバー２９が基板９と下板８との間に位置する場合は、上板６に位置するセプタム３からリザーバー２９までには基板９の厚さ分の長さを有する第２の貫通孔３８が存在するため、リザーバー２９内に収容された溶液が、逆流してセプタム３に到達して流体デバイス外への溶液漏れを引き起こす可能性はより低くなる。
また、リザーバー２９が基板９と下板８との間に位置することで、溶液注入時に第１の中空針５２を奥まで入れられるので、第１の中空針５２の姿勢が安定した状態で溶液を注入する作業が可能になる。

（流路供給システム）
次に、流体デバイス１においてリザーバー２９から流路１１に溶液Ｓを供給する流路供給システム４について図７を基に説明する。
図７は、流路供給システム４の断面模式図である。図７において、流体デバイス１の供給孔３９、リザーバー２９、流路１１および廃液槽７を一連なりに示す。

流路供給システム４は、流体デバイス１と、第２の中空針（中空針）５５と、吸引装置（負圧付与装置）５６と、を備える。

図７に示すように、吸引装置５６は、流体デバイス１の空気孔３５に接続される。吸引装置５６は、空気孔３５を介して流路１１内を負圧とする。

第２の中空針５５の内部には、第１の中空針５２と同様に、長さ方向に延びて両端に開口する中空部が設けられる。第２の中空針５５は、セプタム３に突き刺される。第２の中空針５５は、セプタム３を貫通してリザーバー２９を大気圧に開放する。

流路供給システム４は、リザーバー２９に予め充填された溶液Ｓをリザーバー２９から流路１１に移動させる。より具体的には、流路供給システム４は、循環流路１０のそれぞれの定量区画１８にリザーバー２９から溶液Ｓを順番に導入する。ここでは、１つの定量区画１８に溶液Ｓを導入する手順を説明するが、他の定量区画１８についても、同様の手順を行うことで、溶液Ｓが導入される。

図２を基に、定量区画１８に溶液Ｓを導入する際のバルブＶ、Ｖｉ、Ｖｏの開閉について説明する。まず、溶液Ｓを導入する定量区画１８の長さ方向両側に位置する一対の定量バルブＶを閉じる。さらに、該当する定量区画１８に繋がる排出流路１３の廃液バルブＶｏを開くとともに、他の排出流路１３の廃液バルブＶｏを閉じる。また、該当する定量区画１８に繋がる導入流路１２の導入バルブＶｉを開く。

次に、吸引装置５６を用いて、空気孔３５から廃液槽７内を負圧吸引する。これにより、リザーバー２９内の溶液Ｓは、供給孔３９を介して流路１１側に移動する。また、リザーバー２９の溶液Ｓの後方には、第２の中空針５５の内部を通過した空気が導入される。これにより、流路供給システム４は、リザーバー２９に収容された溶液Ｓを供給孔３９、導入流路１２を介して、循環流路１０の定量区画１８に導入する。

（流路供給システムの変形例）
次に、変形例の流路供給システム１０４について、図８を基に説明する。なお、上述の実施形態と同一態様の構成要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。
図８は、本変形例の流路供給システム１０４の断面模式図である。図８において、流体デバイス１の供給孔３９、リザーバー２９、流路１１および廃液槽７を一連なりに示す。

上述の実施形態と同様に、流路供給システム１０４は、リザーバー２９に予め充填された溶液Ｓをリザーバー２９から流路１１に移動させる。より具体的には、流路供給システム１０４は、循環流路１０のそれぞれの定量区画１８にリザーバー２９から溶液Ｓを順番に導入する。

流路供給システム１０４は、流体デバイス１と、第２の中空針５５と、陽圧付与装置１５６と、を備える。

第２の中空針５５は、セプタム３に突き刺される。すなわち、第２の中空針５５は、セプタム３を貫通する。陽圧付与装置１５６は、第２の中空針５５に接続される。陽圧付与装置１５６は、第２の中空針５５を介してリザーバー２９に陽圧を付与する。また、本変形例の流路供給システム１０４において、廃液槽７に開口する空気孔３５は、外部に開放されている。

上述の実施形態と同様に、まず、溶液Ｓを導入する定量区画１８の長さ方向両側に位置する一対の定量バルブＶを閉じる。さらに、該当する定量区画１８に繋がる排出流路１３の廃液バルブＶｏを開くとともに、他の排出流路１３の廃液バルブＶｏを閉じる。また、該当する定量区画１８に繋がる導入流路１２の導入バルブＶｉを開く。

陽圧付与装置１５６は、第２の中空針５５を介してリザーバー２９に陽圧を付与する。これにより、リザーバー２９内の溶液Ｓは、供給孔３９を介して流路１１側に移動する。また、流路１１および廃液槽７内の空気は、空気孔３５を介して外部に排気される。これにより、流路供給システム１０４は、リザーバー２９に収容された溶液Ｓを供給孔３９、導入流路１２を介して、循環流路１０の定量区画１８に導入する。

（溶液混合システム）
次に、流体デバイス１の流路に供給された溶液を混合する溶液混合システムについて図２を基に説明する。溶液混合システムは、流体デバイス１と、流体デバイス１の流路１１中の溶液を循環させるポンプ（図示略）を制御する制御部（図示略）と、を有する。

まず、上述したように循環流路１０のそれぞれの定量区画１８に溶液を導入した状態で、廃液バルブＶｏおよび導入バルブＶｉを閉じ、定量バルブＶを開く。さらに、図示略のポンプを用いて循環流路１０内の溶液を送液して循環させる。循環流路１０を循環する溶液は、流路内の流路壁面と溶液の相互作用（摩擦）により、壁面周辺の流速は遅く、流路中央の流速は速くなる。その結果、溶液の流速に分布ができるため、溶液の混合および反応が促進される。

以上に、本発明の様々な実施形態を説明したが、各実施形態における各構成およびそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはない。

１，１０１，２０１…流体デバイス、２…リザーバー供給システム、３，１０３，２０３…セプタム、４，１０４…流路供給システム、５，１０５，２０５…基材、６…上板（第１の基板）、１０３ａ，２０３ａ…凹部、８…下板（第３の基板）、９…基板（第２の基板）、１１…流路、２９…リザーバー、３２，１３２，２３２…注入孔、３７，１３７，２３７…第１の貫通孔（貫通孔）、３８…第２の貫通孔、３９…供給孔、５０…シリンジ、５２…第１の中空針（中空針）、５５…第２の中空針（中空針）、５６…吸引装置（負圧付与装置）、１３７ａ，２３７ａ…凸部、１５６…陽圧付与装置、Ｓ…溶液

Claims (13)

1. 基材と、セプタムと、を備え、
   前記基材には、
   溶液が導入される流路と、
   前記溶液が収容されて前記溶液を前記流路に供給するリザーバーと、
   前記リザーバーを外部に繋げる注入孔と、が設けられ、
   前記リザーバーは、前記流路に向かって前記溶液が流れる方向の長さが、前記長さと直交する幅よりも大きく、
   前記セプタムは、前記注入孔の開口を塞ぐ、
   流体デバイス。
2. 前記基材は、前記注入孔の開口が位置する第１の基板を有し、
   前記第１の基板には、前記注入孔の開口を構成する貫通孔が設けられ、
   前記セプタムは、前記貫通孔に固定される、
   請求項１に記載の流体デバイス。
3. 前記貫通孔の内周面には、内側に向かって突出する凸部が設けられ、
   前記セプタムには、前記凸部が嵌る凹部が設けられる、
   請求項２に記載の流体デバイス。
4. 前記セプタムおよび前記第１の基板は、一体的に成形された成形体である、
   請求項２又は３に記載の流体デバイス。
5. 前記基材は、前記第１の基板に積層される第２の基板を有し、
   前記流路および前記リザーバーのうち少なくとも一方は、前記第１の基板と前記第２の基板との間に位置する、
   請求項２〜４の何れか一項に記載の流体デバイス。
6. 前記基材は、前記第１の基板と反対側の面において前記第２の基板に積層される第３の基板を有し、
   前記流路および前記リザーバーのうち一方は、前記第２の基板と前記第３の基板との間に位置し、
   前記第１の基板、前記第２の基板および前記第３の基板の積層方向から見て、前記流路の少なくとも一部と前記リザーバーの少なくとも一部とが重なる、
   請求項５に記載の流体デバイス。
7. 前記第２の基板には、前記流路と前記リザーバーとを繋ぐ供給孔が設けられ、
   前記供給孔は、前記積層方向から見て、前記流路と前記リザーバーとが重なった部分に位置し、前記積層方向に延びる、
   請求項６に記載の流体デバイス。
8. 前記リザーバーは、前記溶液が流れる方向の長さが前記長さおよび前記幅と直交する深さよりも大きい、
   請求項１〜７の何れか一項に記載の流体デバイス。
9. 前記リザーバーにおける前記幅の大きさは、気泡が前記溶液を追い越して移動しない大きさである、
   請求項１〜８の何れか一項に記載の流体デバイス。
10. 前記セプタムと前記基材とは、互いに異材質で一体的に構成されている、
    請求項１〜９の何れか一項に記載の流体デバイス。
11. 請求項１〜１０の何れか一項に記載の流体デバイスと、
    前記リザーバーに前記溶液を注入するシリンジと、を備え、
    前記シリンジは、前記セプタムを貫通する中空針を有する、
    リザーバー供給システム。
12. 請求項１〜１０の何れか一項に記載の流体デバイスと、
    前記セプタムを貫通して前記リザーバーを大気圧に開放する中空針と、
    前記流路内を負圧とする負圧付与装置と、を備え、
    前記リザーバーに予め充填された前記溶液を前記リザーバーから前記流路に移動させる、
    流路供給システム。
13. 請求項１〜１０の何れか一項に記載の流体デバイスと、
    前記セプタムを貫通する中空針と、
    前記中空針を介して前記リザーバーに陽圧を付与する陽圧付与装置と、を備え、
    前記リザーバーに予め充填された前記溶液を前記リザーバーから前記流路に移動させる、
    流路供給システム。

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