JP2020020743A - Fluid device kit, method for manufacturing fluid device, and fluid device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、流体デバイスキット、流体デバイスの製造方法および流体デバイスに関するものである。 The present invention relates to a fluid device kit, a method for manufacturing a fluid device, and a fluid device.
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。 In recent years, attention has been paid to the development of μ-TAS (Micro-Total Analysis Systems) for the purpose of increasing the speed, efficiency, and integration of tests in the field of in vitro diagnostics, or miniaturizing test devices, and the like. Active research is ongoing worldwide.
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 is superior to conventional testing equipment in that it can be measured and analyzed with a small amount of sample, can be carried around, and can be disposable at low cost.
Furthermore, it is attracting attention as a highly useful method when an expensive reagent is used or when a small number of multiple samples are tested.
μ−TASの構成要素として、ループ状流路と、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)。このデバイスでは、該ループ状の流路へと複数の溶液を注入し、ポンプを作動させることで、複数の溶液をループ状流路内で混合する。 As a component of μ-TAS, a device including a loop-shaped flow path and a pump disposed on the flow path has been reported (Non-Patent Document 1). In this device, a plurality of solutions are injected into the loop-shaped flow path, and the plurality of solutions are mixed in the loop-shaped flow path by operating a pump.
第1の実施態様に従えば、流体が流れる流路および前記流路から延びる孔部が設けられたデバイス本体と、前記孔部に挿入可能な可撓性のバルブと、を備え、前記バルブは、前記孔部に挿入された状態で変形させられることで前記流路中の流体の流れを制御可能である、流体デバイスキットが提供される。 According to a first embodiment, the device includes a device body provided with a flow path through which a fluid flows and a hole extending from the flow path, and a flexible valve that can be inserted into the hole. A fluid device kit is provided which is capable of controlling the flow of a fluid in the flow channel by being deformed while being inserted into the hole.
第2の実施態様に従えば、第1実施形態の流体デバイスキットを用いた流体デバイスの製造方法であって、前記バルブを前記孔部に挿入する工程を有する、流体デバイスの製造方法が提供される。 According to a second aspect, there is provided a method of manufacturing a fluidic device using the fluidic device kit of the first embodiment, comprising the step of inserting the valve into the hole. You.
第3の実施態様に従えば、流体が流れる流路および前記流路から延びる孔部が設けられたデバイス本体と、前記孔部に挿入された可撓性のバルブと、を備え、前記バルブは、変形させられることで前記流路を塞ぎ、前記バルブは、前記孔部から取り外すことができる、流体デバイスが提供される。 According to a third embodiment, there is provided a device body provided with a flow path through which a fluid flows and a hole extending from the flow path, and a flexible valve inserted into the hole, wherein the valve is The fluid device is provided, wherein the fluid device is closed by being deformed, and the valve can be removed from the hole.
以下、流体デバイスキット、流体デバイスの製造方法の実施の形態を、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。 Hereinafter, embodiments of a fluid device kit and a method of manufacturing a fluid device will be described with reference to the drawings. In addition, in the drawings used in the following description, in order to make the characteristics easy to understand, the characteristic portions may be enlarged for convenience, and the dimensional ratios and the like of the respective components are not necessarily the same as the actual ones. I can't.
(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。
(Fluid device)
FIG. 1 is a front view of a
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。
The
流体デバイス1は、図2に示すように、流体デバイス本体(デバイス本体)41と、セプタム3と、複数のバルブV、Vi、Voと、ポンプPと、を備えている。
The
流体デバイス本体41は、図1、図2に示すように、流体が流れる流路11と、流路11から延びる複数のバルブ保持孔(貫通孔)34とが、少なくとも設けられた基材5からなる。流路11の幅、深さについては、好ましくは0.1mm〜数十mmである。例えば、流路幅が1.5mm、深さが0.3mmである。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
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および流路基板9は、樹脂材料から構成される。上板6、下板8および流路基板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および流路基板9を構成する材料は、限定されない。
The
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および流路基板9は水平面に沿って配置され、上板6は流路基板9の上側に配置され、下板8は流路基板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。
In the following description, an upper plate (eg, a lid, an upper or lower part of a channel, an upper or lower surface of a channel) 6, a lower plate (eg, a lid, an upper or lower part of a channel, an upper surface of a channel, The
上板6、流路基板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、下板8および流路基板9は、切削あるいは射出成形によりそれぞれ作製されたものである。上板6、流路基板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。流路基板9は、その第2面9bを上板6の第1面6aに対向させた状態で、上板6に接合されている。また、下板8は、その第2面8bを流路基板9の第1面9aに対向させた状態で、流路基板9に接合されている。流体デバイス本体41は、上板6、下板8および流路基板9をレーザー溶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基材5からなる。
The
なお、以下の説明において、上板6、流路基板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。
In the following description, the direction in which the
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。
As shown in FIG. 1, the
第1の貫通孔37は、後段において説明するように、流路基板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。
The first through-
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:不図示)を接続することができる。
The
バルブ保持孔34は、バルブV、Vi、Voと、ポンプPを構成する複数のポンプバルブPa、Pb,Pcを保持する。
The
バルブV、Vi、VoおよびポンプバルブPa,Pb,Pcは、バルブ保持孔34に対して着脱可能な可撓性のバルブである。バルブV、Vi、VoおよびポンプバルブPa,Pb,Pcは、上板6と流路基板9との間に設けられた流路11(図2)を閉塞可能に構成されている。つまり、バルブV、Vi、VoおよびポンプバルブPa,Pb,Pcは、バルブ保持孔34に挿入された状態で変形させられることで、流路11中の流体の流れを制御可能である。
The valves V, Vi, Vo and the pump valves Pa, Pb, Pc are flexible valves that can be attached to and detached from the valve holding holes 34. The valves V, Vi, Vo and the pump valves Pa, Pb, Pc are configured to close the flow path 11 (FIG. 2) provided between the
図2に示すように、各バルブV、Vi、Voは、循環流路10の経路中に設けられ、循環流路10を例えば3つの定量区画18に区画する。これらバルブV、Vi、Voは、循環流路10の定量区画18のそれぞれが所定の体積となるように配置されている。
As shown in FIG. 2, each of the valves V, Vi, and Vo is provided in the path of the
ポンプPは、流路中に並んで配置された3つのポンプバルブPa,Pb,Pcから構成されている。ポンプPは、ポンプバルブPa,Pb,Pcを順次開閉することにより、循環流路10内において溶液(流体)を搬送することができる。ポンプバルブPa,Pb,Pcを構成するバルブの数は、4以上であってもよい。
The pump P includes three pump valves Pa, Pb, and Pc arranged side by side in the flow path. The pump P can transport a solution (fluid) in the
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、流路基板9は、第1面9aと第2面9bとを有する。上板6は、流路基板9の第2面9b側に位置する。下板8は、流路基板9の第1面9a側に位置する。
FIG. 3 is a cross-sectional view of the
As shown in FIG. 3, the
流路基板9は、第1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、流路基板9は、第2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。
The
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、互いに重なり合うように配置される。本実施形態によれば、流路基板9の第1面9a側と第2面9b側とにそれぞれ流路11あるいはリザーバー29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。
As shown in FIG. 2, at least a part of the
図3および図4に示すように、流路基板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。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
The
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。
FIG. 4 is a cross-sectional view of the
The second through-
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。
The
なお、流体デバイス本体41においては、バルブVを配置すると想定される位置にバルブ保持孔34を形成しておく。そして、流路11の配置に応じて、バルブVとして使用するバルブ保持孔34にはバルブVを挿入し、バルブVとして使用しないバルブ保持孔34には、セプタム3を挿入する。
In the fluid device
(バルブ構造)
図5は、上板6と、該上板6のバルブ保持孔34内に嵌め込まれたバルブV(Vi、Vo…)との構成を示す断面図である。
バルブV、Vi、VoおよびポンプバルブPa,Pb,Pcを構成するバルブは、それぞれ同じ構造である。よって、以下、バルブVの構造を例に挙げて説明する。
(Valve structure)
FIG. 5 is a sectional view showing the configuration of the
The valves constituting the valves V, Vi, Vo and the pump valves Pa, Pb, Pc have the same structure. Therefore, the structure of the valve V will be described below as an example.
バルブVは、図5に示すように、膜部からなる底部61、筒状部62、およびフランジ部63を有し、中心軸方向から見た平面視において円形を呈している。上板6に形成されたバルブ保持孔34は、バルブVを収容可能な大きさを有し、貫通部34aと、拡張部34bと、を有し、中心軸方向から見た平面視において円形を呈している。そのため、バルブVは、上板6のバルブ保持孔34に挿入された状態で、筒状部62が上記バルブ保持孔34の貫通部34aに収容され、フランジ部63が上記拡張部34bに収容される。
As shown in FIG. 5, the valve V has a
底部61は、ダイヤフラムとして機能し、図3に示した流路11を塞ぐようにその厚さ方向に変形することで、溶液の流れを制御可能な部分である。底部61の厚さは、例えば、0.1mm〜1.0mmの範囲内であって、0.3mmが好ましい。
The
筒状部62は、底部61の外側の周縁部から底部61の厚さ方向一方側に延びる部分である。フランジ部63は、筒状部62の底部61とは逆側の端部に位置し、筒状部62の径方向の径方向外側へ向かって延びる環状のフランジである。
The
フランジ部63は、底部61の厚さ方向一方側を向く上面63aを有している。上面63aには、上板6に取り付けられた状態で上板6の第2面6bから突出する環状のパッキン部63Aと、底部61に平行な面からなる平坦部63Bが設けられている。パッキン部63Aは、平坦部63Bの径方向外側に位置している。上板6の第2面6bから突出するパッキン部63Aは、Oリングとして機能する。
The
バルブ保持孔34における貫通部34aの直径D1は、バルブVの筒状部62の直径d1に対して、例えば、±0.2mm以下である。また、拡張部34bの外径D2は、バルブVのフランジ部63の外径d2に対して、例えば、±0.2mm以下である。拡張部34bの深さT、つまり上板6の第2面6bからザグリ面6cまでの深さTは、例えば、約0.3mmである。
The diameter D1 of the through
(流体デバイス1の製造方法)
図6Aは、流体デバイスキット100の組立方法を示す断面図であって、流体デバイス本体41と、複数のバルブV(Vi、Vo)とを示す断面図である。図6Bは、流体デバイスキット100の組立方法を示す断面図であって、流体デバイス本体41にバルブVi、Voが嵌め込まれた第1例の状態を示す断面図である。図6Cは、流体デバイスキット100の組立方法を示す断面図であって、流体デバイス本体41にバルブViおよび栓部Sが嵌め込まれた第2例の状態を示す断面図である。なお、図6A,図6Bおよび図6Cは、図3に示した断面図を模式的に表した図である。
(Method of Manufacturing Fluid Device 1)
FIG. 6A is a cross-sectional view showing a method of assembling the
図6Aに示すように、流体デバイスキット100は、基材5からなる流体デバイス本体41と、複数のバルブV(図6A及び図6Bでは、例えばバルブVi、Voを示す)と、栓部Sと、を有する。
As shown in FIG. 6A, the
流体デバイス1の製造方法において、作業者は、流体デバイス本体41の上板6の第2面6b側から、上板6の複数のバルブ保持孔34内に、バルブV(Vi,VoおよびポンプバルブPa,Pb,Pc(図6A、6Bでは不図示))をそれぞれ嵌め込む。このとき、各バルブVを上板6のバルブ保持孔34に嵌め込むだけで、上板6には接着しない。
このようにして、図6Bに示すような本実施形態の流体デバイス1を製造する。
In the method of manufacturing the
Thus, the
本実施形態では、予め、多数のバルブVを射出成型により量産し、別途作製した複数のバルブVを、流体デバイス本体41の各バルブ保持孔34内に嵌め込むことにより、流体デバイス1を簡単に組み立てることができる。また、バルブ嵌め込み式とすることで接着材を用いないで済むため、流路11内へ接着材が入り込んでしまうおそれがない。
In the present embodiment, a large number of valves V are mass-produced by injection molding in advance, and a plurality of separately manufactured valves V are fitted into the respective
また、流体デバイス本体41に対して各バルブVが独立しているため、流体デバイス本体41側のわずかな設計変更にも即座に対応することが可能である。つまり、金型を新たに用意することなく、基材5を削るだけで対応することができる。このため、本実施形態の流体デバイスキット100は、試作だけでなく、少量多品種の流体デバイス1の生産にも適している。
Further, since each valve V is independent of the fluid device
図6Aおよび図6Cに示すように、本実施形態の流体デバイスキット100は、上板6に設けられた貫通孔に挿入可能な栓部Sを有する。栓部Sがはめ込まれる貫通孔は、例えばバルブ保持孔34である。流体デバイス1の製造方法において、作業者は、必要に応じて複数のバルブ保持孔34のうちの幾つかに栓部Sを挿入することができる。
As shown in FIGS. 6A and 6C, the
栓部Sは、上板6に設けられた貫通孔、例えばバルブ保持孔34に挿入されることで、貫通孔を閉塞する。例えば、バルブ駆動が不要なバルブ保持孔34に挿入されることで、バルブを駆動する流体がバルブ保持孔34から漏れることを防ぐことができる。この場合、流体デバイスキット100がバルブVと栓部Sを有し、流体デバイス1が複数のバルブ保持孔34を有することにより、任意のバルブ保持孔34にバルブV又は栓部Sを挿入することが可能となり、流路11におけるバルブ配置の自由度が上昇する。
また、固形試薬や粘性試薬を流路に充填する場合に、上板6に設けられた貫通孔を通じて固形試薬や粘性試薬を流路11に充填し、その後に栓部Sを貫通孔にはめ込むことも可能である。この方法は、試薬充填方向に制約がある場合に有効である。
また、栓部Sは、バルブ保持孔34に挿入されることで流体デバイス本体41の流路11の一部を閉塞してもよい。この場合、栓部Sは、流路11の経路中において、溶液の通過を制限する。栓部Sを設けることで、流路11の所定の領域への溶液の浸入が抑制される。そのため、流体デバイスキット100が、栓部Sを有することで、作業者は、使用する溶液の種類や希釈度などによって、複数の定量区画18のうち何れを用いるか選択することができる。一例として、流体デバイス本体41に、互いに分岐する2つの定量区画を設けるものとする。2つの定量区画の容積は、互いに異なる。作業者は、流体デバイス1の組み立て時に、何れか一方の定量区画の両端を栓部Sによって閉塞する。これにより、一方の定量区画のみに溶液を導入させる流体デバイス1を構成できる。
The plug S closes the through hole by being inserted into a through hole provided in the
When filling the flow path with the solid reagent or the viscous reagent, the solid reagent or the viscous reagent is filled into the
The plug S may be inserted into the
栓部Sは、例えば、一端側が閉塞された円筒形状とされている。栓部Sの底部の外径と、バルブVの底部61の外径は、互いに等しい。流体デバイス本体41の貫通部34aの直径は、栓部Sの外径に対して、例えば、±0.2mm以下である。栓部Sの底部の厚さは、バルブVの底部61の厚さよりも厚い。このことにより、複数のバルブ保持孔34が共通のバルブ駆動流体用流路を有している場合であっても、栓部Sは変形せず、バルブVのみを変形させることが可能となる。
The stopper S has, for example, a cylindrical shape with one end closed. The outer diameter of the bottom of the stopper S and the outer diameter of the bottom 61 of the valve V are equal to each other. The diameter of the through
(リーク評価)
次に、作製した流体デバイス1に対するリーク評価について述べる。
本実施形態では、複数のバルブVを流体デバイス本体41(基材5の上板6)に嵌め込んでいるだけで、接着していない。このため、バルブVを流体デバイス本体41に嵌め込んだ状態でリーク評価を実施した。
(Leak evaluation)
Next, a leak evaluation for the manufactured
In the present embodiment, the plurality of valves V are merely fitted into the fluid device main body 41 (the
図7は、第1リーク評価の方法を説明するための図である。図8は、第2リーク評価の方法を説明するための図である。
ここでは、図7に示すように、各バルブV1、V2,V3のパッキン部63A側から空気を送り込むことによる第1リーク評価と、図8に示すように、各バルブV1,V2,V3の底部61側から空気を送り込むことによる第2リーク評価とを行った。
FIG. 7 is a diagram for explaining a first leak evaluation method. FIG. 8 is a diagram for explaining a second leak evaluation method.
Here, as shown in FIG. 7, the first leak evaluation by sending air from the packing
バルブV1、V2,V3に対して各リーク評価を実施するにあたり、バルブ保持孔34の設計条件が異なる8パターンの第1の上板6A〜第8の上板6Hを用意した。また、バルブV1、V2,V3は、それぞれの外形が異なっている。
In performing each leak evaluation for the valves V1, V2, and V3, eight patterns of the first
図9A,図9B〜図11A,図11Bは、外形が異なる3パターンのバルブV1、V2,V3を示す図である。図9Aは、第1バルブV1の斜視図、図9Bは、図9AのIX−IX線に沿う第1バルブV1の断面図である。図10Aは、第2バルブV2の斜視図、図10Bは、図10AのX−X線に沿う第2バルブV2の断面図である。図11Aは、第3バルブV3の斜視図、図11Bは、図11AのXI−XI線に沿う第3バルブV3の断面図である。図12は、上板6の要部を拡大して示す断面図である。
FIGS. 9A and 9B to 11A and 11B are diagrams showing three patterns of valves V1, V2 and V3 having different external shapes. 9A is a perspective view of the first valve V1, and FIG. 9B is a cross-sectional view of the first valve V1 along line IX-IX in FIG. 9A. FIG. 10A is a perspective view of the second valve V2, and FIG. 10B is a cross-sectional view of the second valve V2 along line XX in FIG. 10A. FIG. 11A is a perspective view of the third valve V3, and FIG. 11B is a cross-sectional view of the third valve V3 along line XI-XI in FIG. 11A. FIG. 12 is an enlarged cross-sectional view showing a main part of the
図9Aおよび図9Bに示す第1バルブV1は、フランジ部63におけるパッキン部63Aの径方向内側に平坦部63Bが設けられた構成となっている。図10Aおよび図10Bに示す第2バルブV2は、上述した本実施形態と同様の構成をなすもので、フランジ部63におけるパッキン部63Aの径方向外側に平坦部63Bが設けられた構成となっている。図11Aよび図11Bに示す第3バルブV3は、フランジ部63の幅全体にパッキン部63Aが設けられており、平坦部63Bは存在しない。
The first valve V1 shown in FIGS. 9A and 9B has a configuration in which a
各バルブV1、V2,V3のサイズは、筒状部62の直径d1が3.2mm、フランジ部63の外径d2が4.0mmで共通である。また、各バルブV1,V2,V3におけるパッキン部63Aの体積も共通である。各バルブV1,V2,V3における、底部61の厚さは0.3mm、筒状部62の厚さも0.3mmである。
Regarding the sizes of the valves V1, V2, and V3, the diameter d1 of the
図12に示すように、第1の上板6Aは、バルブ保持孔34の貫通部34aの直径D1が3.1mm、拡張部34bの外径D2が4.0mmである。第2の上板6Bは、バルブ保持孔34の貫通部34aの直径D1が3.1mm、拡張部34bの外径D2が4.4mmである。第3の上板6Cは、バルブ保持孔34の貫通部34aの直径D1が3.2mm、拡張部34bの外径D2が4.0mmである。第4の上板6Dは、バルブ保持孔34の貫通部34aの直径D1が3.2mm、拡張部34bの外径D2が4.4mmである。第5の上板6Eは、バルブ保持孔34の貫通部34aの直径D1が3.3mm、拡張部34bの外径D2が4.0mmである。第6の上板6Fは、バルブ保持孔34の貫通部34aの直径D1が3.3mm、拡張部34bの外径D2が4.4mmである。第7の上板6Gは、バルブ保持孔34の貫通部34aの直径D1が3.4mm、拡張部34bの外径D2が4.0mmである。第8の上板6Hは、バルブ保持孔34の貫通部34aの直径D1が3.4mm、拡張部34bの外径D2が4.4mmである。
As shown in FIG. 12, in the first
上記した各上板6A〜6Hの設計条件の違い(バルブ保持孔34:貫通部34aの直径D1、拡張部34bの外径D2)を下記の[表1]にまとめて示す。なお、表1において、バルブV1、V2,V3の直径d1、d2に対して、バルブ保持孔34の直径D1,D2が狭い場合は「狭」、広い場合は「広」、同じ場合は「フィット」と表記する。
Differences in the design conditions of the above-described
<リーク評価の結果>
次に、第1リーク評価(バルブV1,V2,V3のパッキン部63A側からのリーク評価)と、第2リーク評価(バルブV1,V2,V3の底部61側からのリーク評価)との各評価結果について述べる。
<Leak evaluation result>
Next, each of the first leak evaluation (leak evaluation from the packing
3種類のバルブV1,V2,V3に対する各リーク評価では、大気圧から50kPa刻みで上昇させていき、減圧を遮断した状態で、1分間にわたって圧力変動がない圧力値を記入した。[表1]に、各リーク評価の結果をまとめて示す。 In each of the leak evaluations for the three types of valves V1, V2, and V3, the pressure was increased from the atmospheric pressure in increments of 50 kPa, and a pressure value with no pressure fluctuation was recorded for one minute in a state where the depressurization was cut off. Table 1 summarizes the results of each leak evaluation.
表1に示すように、各バルブV1,V2,V3の形状に対して、上板6側の孔形状の方が狭い(筒状部62の直径d1>貫通部34aの直径D1)場合は、「第1リーク評価」および「第2リーク評価」のいずれにおいても、250kPa以上の耐圧を確認することができた。
As shown in Table 1, when the hole shape on the
また、いずれのバルブV1,V2,V3においても、「第1リーク評価」よりも「第2リーク評価」の方が、耐圧が高く、流路11側からの水圧に十分に耐え得ることが示唆された。その中でも、バルブV1,V2,V3のフランジ部63の全体にパッキン部63Aが設けられている形状よりも、部分的にパッキン部63Aが設けられている形状の方が、高い耐圧が得られる結果となった。特に、パッキン部63Aが平坦部63Bよりも径方向内側に位置する形状の第2バルブV2を用いた場合は、「第1リーク評価」および「第2リーク評価」のいずれにおいても、250kPa以上の高い耐圧が得られた。第2バルブV2では、Oリングとして機能するパッキン部63Aに対して垂直にかかる荷重が強いため、リークに対して有効に作用すると考えられる。
Further, in any of the valves V1, V2, and V3, it is suggested that the "second leak evaluation" has a higher withstand pressure than the "first leak evaluation" and can sufficiently withstand the water pressure from the
以上の結果から、流体デバイス1に用いるバルブの形状としては第2バルブV2を用いることが好ましい。また、上板6に形成するバルブ保持孔34の寸法としては、嵌め込まれるバルブVの形状に対して、バルブ保持孔34の形状がフィット(D1=d1、D2=d2)、もしくは、それ以下の狭い寸法(D1<d1、D2<d2)であることが好ましい。
From the above results, it is preferable to use the second valve V2 as the shape of the valve used for the
(バルブVの初期変化)
次に、バルブVの初期変位について評価を行った。
図13は、上板6に嵌め込んだバルブV1に変位が生じていない様子を示す断面図である。図14は、上板6に嵌め込んだバルブV1に変位が生じている様子を示す断面図である。
(Initial change of valve V)
Next, the initial displacement of the valve V was evaluated.
FIG. 13 is a cross-sectional view showing a state in which no displacement occurs in the valve V1 fitted in the
図13に示すように、上板6に嵌め込まれたバルブV1に変位が生じていない状態では、バルブV1の底部61はほぼ平坦である。
しかしながら、上板6のバルブ保持孔34に嵌め込まれたバルブV1は、図14に示すように、例えば、流路基板9やマニホールド12に当接することで潰しの影響を受けて、バルブV1の底部61に変形が生じることがある。場合によっては、バルブV1を上板6に嵌め込んだ当初から、バルブV1の底部61が外側(フランジ部63とは反対側)へ凸状に変位することによって、使用前からすでに流路11が閉塞されている可能性もある。このため、上板6に嵌め込まれたバルブV1の初期変位量を小さくするために、上板6の設計条件(バルブ保持孔34の寸法)について配慮する必要がある。
As shown in FIG. 13, when no displacement occurs in the valve V1 fitted in the
However, as shown in FIG. 14, the valve V1 fitted into the
ここでは、第1バルブV1を用いて初期変形量の評価を行った。バルブ保持孔34の設計条件が異なる上記第1の上板6A〜第8の上板6Hに第1バルブV1をそれぞれ嵌め込んだ状態で、第1バルブV1の初期変位量について測定を行った。
第1バルブV1のサイズは、筒状部62の直径d1が3.2mm、フランジ部63の外径d2が4.0mmである。
Here, the initial deformation was evaluated using the first valve V1. The initial displacement amount of the first valve V1 was measured in a state where the first valve V1 was fitted in each of the first
Regarding the size of the first valve V1, the diameter d1 of the
図15は、第1バルブV1の初期変位の評価結果を示すグラフである。
第1の上板6A〜第3の上板6Cのように、バルブ保持孔34における貫通部34aの寸法が第1バルブV1の筒状部62の寸法と同じか小さい場合、各上板6に嵌め込まれた第1バルブV1の初期変位量は大きく、いずれも200μm以上の変位が見られた。
FIG. 15 is a graph showing an evaluation result of the initial displacement of the first valve V1.
Like the first
一方で、第4の上板6Dのように、バルブ保持孔34の拡張部34bの寸法が第1バルブV1のフランジ部63の寸法よりも大きい場合、嵌合させた第1バルブV1の初期変位量が55μm程度まで小さくなった。図15に示すように、フランジ部63が拡張部34bにフィットする第3の上板6Cの場合よりも、バルブV1の変位量がかなり抑えられている。
On the other hand, when the size of the expanded
さらに、第5の上板6Eおよび第6の上板6Fのように、バルブ保持孔34における貫通部34aの直径D1が、バルブV1の筒状部62の直径d1と同じかそれよりも大きい場合、フランジ部63に対する拡張部34bの大きさに関わらず、バルブV1の変位量は50μm前後と小さい。
Further, when the diameter D1 of the penetrating
第7の上板6Gおよび第8の上板6Hでは、バルブ保持孔34における貫通部34aの直径D1が、バルブV1の筒状部62の直径d1よりも大きい。第7の上板6Gのように、拡張部34bの外径D2がバルブV1のフランジ部63の外径d2と同じでフィットしている場合、バルブV1の底部61がフランジ部63側に凹むように変形したが、その変位量は50μmと僅かである。
In the seventh
一方、第8の上板6Hでは、拡張部34bの外径D2がバルブV1のフランジ部63の外径d2よりも大きく、バルブV1に対してバルブ保持孔34の方が大きめに形成されている。そのため、バルブV1が第8の上板6Hから受ける応力は少なく、バルブV1の底部61は殆ど変形しない。
On the other hand, in the eighth
このように、バルブVの筒状部62の直径d1に対して、バルブ保持孔34の貫通部34aの直径D1が大きいほど(d1<D1)、バルブV1が上板6から受ける応力が小さいため、バルブV1における底部61の初期変位量は小さい。また、バルブVのフランジ部63の外径d2に対して、バルブ保持孔34の拡張部34bの外径D2が大きいほど(d2<D2)、バルブV1のフランジ部63側において変位を緩和することができ、バルブV1における底部61の初期変位量が小さいことが分かった。
As described above, as the diameter D1 of the through
特に、バルブ保持孔34の貫通部34aに対してバルブV1の筒状部62の大きさがフィットした、第3の上板6Cおよび第4の上板6Dにおける各バルブV1の初期変位量を比べると、拡張部34bの外径d2がフランジ部63よりも大きい寸法とされた第4の上板6Dの方が、フランジ部63が拡張部34bにフィットした第3の上板6Cよりも、バルブV1の変位量がかなり小さくなることが分かり、その差は顕著である。このように、バルブVの寸法に対して、バルブ保持孔34の貫通部34aの直径D1が大きいほどバルブVの初期変位量を小さくすることができる。
In particular, the initial displacement of each valve V1 in the third
しかしながら、バルブVに対してバルブ保持孔34の寸法が大きすぎると、リークに対する耐圧が低くなってしまう。これを鑑みると、上板6側の設計条件として、バルブVの初期変位量を抑えつつ、リークに対して高い耐圧が得られるようにする必要がある。
However, if the size of the
本実施形態では、表1に示すように、バルブVとして第2バルブV2を用い、上板6として第5の上板5Eを用いた場合に、Oリング(パッキン部)側、流路側のいずれにおいても250kPa以上の高い耐圧が得られた。そのため、第2バルブV2を用いる場合は、上板6側の設計条件として、バルブ保持孔34の貫通部34aの直径D1を3.2mm、拡張部34bの外径D2を2.0mmとした、第5の上板5Eを用いることが好ましい。第5の上板5Eでは、バルブV2の筒状部62よりも、バルブ保持孔34の貫通部34aの方が0.1mmほど狭く、フランジ部63が拡張部34bにフィットする寸法となっている。これにより、リークに対して高い耐圧が得られるとともに、第2バルブVの初期変位量を小さくすることができた。分画定量性への影響を抑えるため、バルブVの初期変位は小さいことが好ましい。
In this embodiment, as shown in Table 1, when the second valve V2 is used as the valve V and the fifth upper plate 5E is used as the
本実施形態の流体デバイス1によれば、流体デバイス本体41に対して独立した複数のバルブVを嵌め込むことによって組み立てる構成であっても、上述した2つのリーク評価によってバルブ機能として使用するのに十分な耐圧性能が得られたことから、従来の製法で用いられていた二色成型に近い耐圧性能を有する流体デバイス1を作製することが可能である。
According to the
また、バルブVを上板6に嵌め込んだ際におけるバルブVの初期変形量を抑える構成とすることで、二色成型によって作製したデバイスと同等の分画定量性能を得ることができる。
In addition, by adopting a configuration in which the initial deformation amount of the valve V when the valve V is fitted into the
また、複数のバルブVを用意しておくことにより、付与する圧力に応じて、バルブVの種類を使い分けることが可能である。 Further, by preparing a plurality of valves V, it is possible to use different types of valves V according to the pressure to be applied.
さらに、バルブVやセプタム3を流体デバイス本体41から取り外して、基材5の内部の溶液を回収することも可能である。
Further, it is also possible to remove the valve V and the
また、バルブVやセプタム3を流体デバイス本体41から取り外して流路11等を洗浄することで、流体デバイス1を再利用することが可能である。
The
以上に、本発明の様々な実施形態を説明したが、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。 Although various embodiments of the present invention have been described above, each configuration and a combination thereof are merely examples, and addition, omission, substitution, and other changes of the configuration may be made without departing from the spirit of the present invention. It is possible. The present invention is not limited by the embodiments.
例えば、上述した実施形態では、流体デバイス本体41に対して、全てのバルブVが後から嵌め込まれる構成となっているが、少なくとも一つのバルブVを嵌め込みタイプとし、他のバルブVを、従来と同じように二色成型、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した構成としてもよい。
For example, in the above-described embodiment, the configuration is such that all the valves V are fitted into the fluid device
また、流体デバイス本体41に嵌め込まれるバルブVの形状は全て同じでなくてもよい。
Further, the shapes of the valves V fitted into the fluid device
また、流体デバイスキット100の流体デバイス本体41は、さらに溶液中の物質を検出可能な検出部を有していてもよい。これにより、流体デバイスキット100を使用して流体デバイス1を組み立てた後、溶液中の物質の検出を行い、検出後にバルブVを流体デバイス本体41から取り外すことが可能である。
Further, the fluid device
1…流体デバイス、3…セプタム、6…上板(第1の基板)、6b…第2面(表面)、8…下板(第3の基板)、9…流路基板(第2の基板)、11…流路、34…バルブ保持孔(貫通孔)、34a…貫通部、34b…拡張部、41…流体デバイス本体(デバイス本体)、61…底部(膜部)、62…筒状部、63…フランジ部、63a…上面、63A…パッキン部、63B…平坦部、100…流体デバイスキット、D1…貫通部34aの直径、D2…拡張部34bの外径、d1…筒状部62の直径、d2…フランジ部63の外径、V,V1,V2,V3,Vi…バルブ、Pa,Pb,Pc…ポンプバルブ(バルブ)、S…栓部
Claims (9)
前記流体デバイス本体は、接合された第1基板と第2基板とを有し、
前記第2基板の一面に溝状に形成され、前記第1基板で覆うことにより形成される流路と、
前記流路と接続するように前記第1基板に設けられた貫通孔と、を備え、
前記バルブは、前記流体デバイスの前記貫通孔に挿入可能な可撓性部材である、
流体デバイスキット。 Fluid device body, comprising a valve capable of controlling the flow of the fluid of the fluid device, a fluid device kit constituting a fluid device,
The fluid device body has a first substrate and a second substrate joined to each other,
A flow path formed in a groove shape on one surface of the second substrate and formed by covering with the first substrate;
A through-hole provided in the first substrate so as to be connected to the flow path,
The valve is a flexible member that can be inserted into the through hole of the fluid device,
Fluid device kit.
厚さ方向に変形可能な膜部と、
前記膜部の周縁部から前記膜部の厚さ方向一方側に延びる筒状部と、
前記筒状部の前記膜部とは逆側の端部に位置し前記筒状部の径方向外側に向かって延びる環状のフランジ部と、を有し、
前記貫通孔は、
円筒形状であり、前記バルブの前記筒状部を収容可能な貫通部と、
前記貫通部の径方向外側に拡張されており、前記バルブの前記フランジ部を収容する拡張部と、を有する、
請求項1に記載の流体デバイスキット。 The valve is
A film part that can be deformed in the thickness direction,
A cylindrical portion extending from the peripheral portion of the film portion to one side in the thickness direction of the film portion;
An annular flange portion located at an end of the cylindrical portion opposite to the film portion and extending radially outward of the cylindrical portion,
The through hole,
A cylindrical portion, a through portion capable of accommodating the tubular portion of the valve,
An extending portion that is extended radially outward of the through portion and that accommodates the flange portion of the valve.
The fluid device kit according to claim 1.
前記上面には、
前記デバイス本体に取り付けられた状態で前記デバイス本体の表面から突出する環状のパッキン部が設けられる、
請求項2に記載の流体デバイスキット。 The flange portion has an upper surface facing one side in the thickness direction of the film portion,
On the top surface,
An annular packing portion protruding from the surface of the device main body while being attached to the device main body is provided,
The fluid device kit according to claim 2.
請求項3に記載の流体デバイスキット。 On the upper surface of the flange portion, a flat portion located radially outside the cylindrical portion with respect to the packing portion is provided.
The fluid device kit according to claim 3.
前記貫通部の直径は、前記筒状部の直径に対して±0.2mm以下である、
請求項2〜4の何れか一項に記載の流体デバイスキット。 In a plan view, the penetrating portion and the tubular portion are circular,
The diameter of the penetrating portion is ± 0.2 mm or less with respect to the diameter of the tubular portion.
The fluid device kit according to any one of claims 2 to 4.
前記拡張部の外径は、前記フランジ部の外径に対して±0.2mm以下である、
請求項2〜5の何れか一項に記載の流体デバイスキット。 In a plan view, the expansion portion and the flange portion are annular,
The outer diameter of the expansion portion is ± 0.2 mm or less with respect to the outer diameter of the flange portion.
The fluid device kit according to any one of claims 2 to 5.
請求項1〜6の何れか一項に記載の流体デバイスキット。 Further comprising a plug that can be inserted into the through hole;
The fluid device kit according to any one of claims 1 to 6.
前記バルブを前記貫通孔に挿入する工程を有する、
流体デバイスの製造方法。 A method for manufacturing a fluid device using the fluid device kit according to any one of claims 1 to 7,
Having a step of inserting the valve into the through-hole,
A method for manufacturing a fluid device.
前記孔部に挿入された可撓性のバルブと、を備え、
前記バルブは、変形させられることで前記流路を塞ぎ、
前記バルブは、前記孔部から取り外すことができる、
流体デバイス。 A device body provided with a flow path through which a fluid flows and a hole extending from the flow path,
A flexible valve inserted into the hole,
The valve closes the flow path by being deformed,
The valve is removable from the hole;
Fluid device.
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