JP2020091116A - 流体取扱システム - Google Patents

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Abstract

【課題】大がかりな装置を用いることなく、流体を所望のチップ等に、確実に注入することが可能な流体取扱システムを提供する。【解決手段】流体取扱システム１００は、リザーバ１１と、流路チップ１４と、一端がリザーバの開口部内に嵌め込まれ、他端が流路チップ１４の導入口と接続され、一端および他端を繋ぐ貫通孔１２０を有するキャップ１２と、を有する。流体取扱システム１００では、キャップ１２の貫通孔１２０内を流体が移動する際、流路チップ１４に設けられた突出部が、キャップ１２の他端側の貫通孔１２０に嵌め込まれ、貫通孔１２０の閉塞を抑制する。【選択図】図１

Description

本発明は、流体取扱システムに関する。
従来、各種流体を検査、分析する際には、流体（サンプル）を貯留するための容器からピペット等により必要な量だけサンプルを分取し、分析のためのチップや装置に注入することが一般的であった。従来、ピペットによるサンプルの分取や、サンプルのチップへの注入を自動で行うことが可能な装置が提案されている（例えば、特許文献１および特許文献２）。
特開２０１３−１５０６３４号公報 国際公開第２０１３／０８８９１３号
しかしながら、特許文献１や特許文献２に記載された分析装置では、サンプルをピペット内に吸引するための手段や、ピペットを移動させるための手段等が別途必要であった。また、チップや装置に複数のサンプルや試薬を注入するためには、複数のピペットが必要であり、さらにはこれらを制御する必要もあった。そのため、装置が大がかりになりやすく、コストも増大しやすいとの課題があった。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、大がかりな装置を用いることなく、流体を所望の流路チップに、確実に注入することが可能な流体取扱システムを提供することを、その目的とする。
本発明は、以下の流体取扱システムを提供する。
流体を収容するための収容部、ならびに前記収容部の側面または底面に配置された、前記収容部および外部を連通する開口部、を有するリザーバと、前記リザーバの前記開口部と対向するように配置された、流体を導入するための導入口、前記導入口から導入された流体を流動させるための流路、および前記導入口の開口縁を囲むように配置された突出部、を有する流路チップと、一端が前記リザーバの前記開口部内に嵌め込まれ、他端が前記流路チップの前記導入口と接続され、一端および他端を繋ぐ貫通孔を有する、可撓性を有するエラストマーからなるキャップと、を有し、前記リザーバの前記開口部が前記キャップの一端側を、前記貫通孔が塞がるように押圧することで、前記収容部内の流体が前記キャップの前記貫通孔を介して外部に移動しない閉状態となり、前記キャップの一端側を前記閉状態より前記リザーバの前記収容部側または前記前記流路チップ側に移動させることで、前記開口部の前記キャップに対する押圧が解除されて、流体が、前記貫通孔を介して、前記リザーバの前記収容部側から前記流路チップの前記導入口に向けて移動する開状態となる、流体取扱システムであり、前記開状態では、前記流路チップの突出部が、前記キャップの他端側の前記貫通孔に嵌め込まれ、前記貫通孔の閉塞を抑制する、流体取扱システム。
本発明によれば、ピペットを駆動する手段やチップを搬送する手段を設けることなく、簡便な方法で、流路チップに流体を注入することが可能な流体取扱システムとすることができる。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る流体取扱システムの分解斜視図である。 図２Ａは、図１に示す流体取扱システムのＡ−Ａ方向の断面図であり、図２Ｂは、図１に示す流体取扱システムのＢ−Ｂ方向の断面図であり、図２Ａおよび図２Ｂは、流体取扱システムを閉状態したときの図である。 図３Ａは、図１に示す流体取扱システムのＡ−Ａ方向の断面図であり、図３Ｂは、図１に示す流体取扱システムのＢ−Ｂ方向の断面図であり、図３Ａおよび図３Ｂは、流体取扱システムを開状態としたときの図である。 図４Ａは、第１の実施の形態に係る流体取扱システムが含むリザーバの正面図であり、図４Ｂは、当該リザーバの平面図であり、図４Ｃは、当該リザーバの底面図であり、図４Ｄは、当該リザーバの側面図である。 図５Ａは、図４Ｃに示すリザーバのＡ−Ａ断面図であり、図５Ｂは、図４Ｃに示すリザーバのＢ−Ｂ断面図であり、図５Ｃは、図４Ｃにおいて破線で囲んだ領域の部分拡大図であり、図５Ｄは、図４Ｂにおいて破線で囲んだ領域の部分拡大図である。 図６Ａは、第１の実施の形態に係る流体取扱システムが含むキャップの上面側の斜視図であり、図６Ｂは、当該キャップの底面側の斜視図であり、図６Ｃは、当該キャップの正面図であり、図６Ｄは、当該キャップの平面図であり、図６Ｅは、図６Ｄに示すキャップのＡ−Ａ断面図であり、図６Ｆは、図６Ｄに示すキャップのＢ−Ｂ断面図である。 図７Ａは、第１の実施の形態に係る流体取扱システムが含むマイクロ流路チップの概略断面図であり、図７Ｂは、図７Ａにおいて破線で囲んだ領域の部分拡大図である。 図８は、第１の実施の形態に係る流体取扱システムが含むマイクロ流路チップの本体部の底面図である。 図９は、図３Ｂにおいて破線で囲んだ領域の部分拡大図である。 図１０Ａは、第１の実施の形態に係る流体取扱システムのマイクロ流路チップの変形例の概略断面図であり、図９Ｂは、図９Ａにおいて破線で囲んだ領域の部分拡大図である。 図１１Ａは、第２の実施の形態に係る流体取扱システムの概略断面図であり、図１１Ｂは、図１１Ａにおいて破線で囲んだ領域の部分拡大図である。図１１Ａおよび図１１Ｂは、流体取扱システムを開状態としたときの図である。
本発明の実施の形態に係る流体取扱システムについて、図面を参照して詳細に説明する。なお、図面に示されている寸法または寸法の比率は、説明をわかりやすくするため、実際の寸法または寸法の比率とは異なる場合がある。
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る流体取扱システム１００は、図１の分解斜視図に示すように、流体を収容するためのリザーバ１１と、当該リザーバ１１の重力方向下方に配置されたマイクロ流路チップ１４と、当該リザーバ１１およびマイクロ流路チップ１４の間に配置されるスペーサ１５と、一端がリザーバ１１の開口部（図示せず）に嵌め込まれ、他端がマイクロ流路チップ１４の導入口（図示せず）に接続されるキャップ１２と、リザーバ１１を覆う蓋部１３と、を有する。ただし、当該流体取扱システム１００は、リザーバ１１、キャップ１２、蓋部１３、マイクロ流路チップ１４、およびスペーサ１５が、それぞれ取り外された状態で流通されてもよい。また、リザーバ１１の収容部１１１内部に流体を貯留する際、キャップ１２がリザーバ１１の収容部１１１側に押し込まれることを抑制可能であれば、本実施の形態の流体取扱システム１００は、スペーサ１５を有していなくてもよい。
図２Ａおよび図２Ｂに、当該流体取扱システム１００において、リザーバ１１の収容部１１１内に流体を貯留するとき（本明細書では、この状態を流体取扱システム１００の「閉状態」とも称する）の概略断面図、すなわちマイクロ流路チップ１４との間にスペーサ１５を配置したときの概略断面図を示す。図３Ａおよび図３Ｂに、キャップ１２を開状態よりリザーバ１１の収容部１１１側に移動させたとき（本明細書では、この状態を流体取扱システム１００の「開状態」とも証する）の概略断面図、すなわち当該流体取扱システム１００からスペーサ１５を取り外したときの概略断面図を示す。なお、図２Ａおよび図３Ａは、図１におけるＡ−Ａ方向の断面図である。図２Ｂおよび図３Ｂは、図１におけるＢ−Ｂ方向の断面図である。
本実施の形態の流体取扱システム１００では、図２Ａおよび図２Ｂに示すように、スペーサ１５をリザーバ１１とマイクロ流路チップ１４との間に配置したとき、リザーバ１１の開口部１１２がキャップ１２を押圧し、キャップ１２の貫通孔１２０を塞ぐ。つまり、キャップ１２が、リザーバ１１の栓として機能する。
一方で、図３Ａおよび図３Ｂに示すように、スペーサ１５を取り外し、キャップ１２のリザーバ１１側の端部（本明細書では「一端」とも称する）を収容部１１１側に移動させると、リザーバ１１の開口部１１２によるキャップ１２への押圧が解除される。その結果、キャップ１２の貫通孔１２０が本来の形状に戻り、当該貫通孔１２０が、リザーバ１１の収容部１１１とマイクロ流路チップ１４の導入口１４１とを繋ぐ流路となる。
以下、本実施の形態の流体取扱システム１００を構成する各部材について詳しく説明する。
図４Ａにリザーバ１１の正面図を示し、図４Ｂに平面図、図４Ｃに底面図、図４Ｄに側面図を示す。また、図５Ａに、図４Ｃに示すリザーバ１１のＡ−Ａ断面図を示し、図５Ｂに、図４Ｃに示すリザーバ１１のＢ−Ｂ断面図を示し、図５Ｃに図４Ｃにおいて破線で囲んだ部分の部分拡大図を示し、図５Ｄに、図４Ｂにおいて破線で囲んだ部分の部分拡大図を示す。
本実施の形態のリザーバ１１は、３つの収容部１１１と、各収容部１１１の底部にそれぞれ配置された、３つの開口部１１２とを有する。リザーバ１１の形状は、収容部１１１内に流体を所望の量、収容可能な形状であれば特に制限されず、例えば、略直方体状や円柱状等であってもよい。なお、リザーバ１１に配置される収容部１１１の数や開口部１１２の数は、特に制限されず、流体取扱システム１００の用途に応じて適宜選択される。例えば１つの収容部１１１に複数の開口部１１２が配置されていてもよい。また、本実施の形態では、３つの収容部１１１の形状、および３つの開口部１１２の形状をそれぞれ同一としているが、これらは互いに異なっていてもよい。
本実施の形態におけるリザーバ１１の収容部１１１は略直方体状の有底の凹部である。ただし、収容部１１１の形状は、流体を所望の量、収容可能な形状であれば特に制限されず、例えば角錐台状や円柱状、円錐台状等、種々の形状を有する凹部であってもよい。また、本実施の形態では、収容部１１１の底面が、収容される流体の表面に略平行となるように設定しているが、底面の一部または全部が、開口部１１２側に向かって重力方向下向きに傾斜していてよい。
一方、開口部１１２は、収容部１１１内部とリザーバ１１の外部とを連通させる孔である。本実施の形態では、リザーバ１１の底面から重力方向下側に、その一部が突出するように、開口部１１２が配置されている。
ここで、図５Ａ〜図５Ｄに示すように、開口部１１２は、リザーバ１１の外部側に配置された、略楕円柱状の開口を有する押圧領域１１２ａと、リザーバ１１の収容部１１１側に配置された、略円柱状の開口を有する開放領域１１２ｂとを有する。
押圧領域１１２ａは、流体取扱システム１００を閉状態とするときに、キャップ１２の一部を、その中心軸に向かって押圧し、貫通孔１２０を塞ぐための領域である。押圧領域１１２ａの開口形状は、略楕円柱状である。後述のようにキャップ１２の形状は略円柱状である。そのため、押圧領域１１２ａ内にキャップ１２を挿入すると、押圧領域１１２ａの外壁によってキャップ１２の一部が、その中心軸に向かって押圧される。そして、キャップ１２の貫通孔１２０が塞がれて、流体の排出が抑制される。
押圧領域１１２ａは、キャップ１２を挿入したとき、キャップ１２の少なくとも一部の貫通孔１２０が塞ぐことが可能な形状を有していればよく、例えばリザーバ１１の外部側から開放領域１１２ｂ側に向かって、均一な開口断面積を有する領域であってもよい。ただし、本実施の形態では、押圧領域１１２ａにキャップ１２を挿入しすいように、リザーバ１１の外部から開放領域１１２ｂ側に向かって開口断面積が小さくなるようなテーパー状としている。
一方、開放領域１１２ｂは、流体取扱システム１００を開状態とするときに、キャップ１２の貫通孔１２０が塞がらないようにするための領域である。本実施の形態では、開放領域１１２ｂの開口断面積を、押圧領域１１２ａの開口断面積より広くすることで、キャップ１２の中心軸方向にかかる力を小さくし、貫通孔１２０の形状を本来の形状に戻しやすくしている。
また、本実施の形態では、開放領域１１２ｂの開口形状を、キャップ１２の収容部１１１側の領域（後述のキャップ１２の第１領域）の外形と相似形状（円柱状）としている。円柱状のキャップ１２を、円柱状の開放領域１１２ｂ内に収容すると、キャップ１２が本来の円柱状に戻る。したがって、貫通孔１２０が開き、キャップ１２の貫通孔１２０内を流体が移動することが可能となる。
ただし、開放領域１１２ｂとキャップ１２の第１領域との間に隙間が生じると、当該隙間を通じて、流体が収容部１１１の外部に漏れ出ることがある。そこで、本実施の形態では、開放領域１１２ｂの開口径（直径）を、キャップ１１の円柱状の第１領域の直径と同等、もしくはそれより小さく設定している。
ここで、上述の収容部１１１および開口部１１２を有するリザーバ１１は、収容部１１１内に収容される流体によって浸食されない樹脂からなるものとすることができる。リザーバ１１を構成する材料の例には、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル；ポリカーボネート；ポリメタクリル酸メチル等のアクリル樹脂；ポリ塩化ビニル；ポリエチレン、ポリプロピレン、およびシクロオレフィン樹脂等のポリオレフィン；ポリエーテル；ポリスチレン；シリコーン樹脂；ならびに各種エラストマー等の樹脂材料等が含まれる。また、上記リザーバ１１は、例えば射出成形等により成形することができる。
次に、図６Ａに、本実施の形態のキャップ１２の上面側の斜視図を示し、図６Ｂに底面側の斜視図を示す。また、図６Ｃに、当該キャップ１２の正面図、図６Ｄに平面図を示す。なお、図６Ｅは、図６Ｄに示すキャップ１２のＡ−Ａ断面図であり、図６Ｆは、図６Ｄに示すキャップ１２のＢ−Ｂ断面図である。
本実施の形態のキャップ１２は、略柱状であり、その中心軸ＣＡに略平行な貫通孔１２０を有している。当該キャップ１２は、上述のリザーバ１１の開口部１１２の押圧領域１１２ａ内に収容したとき、開口部１１２（押圧領域１１２ａ）の外壁によって押圧されて貫通孔１２０が塞がる円柱状の第１領域１２１と、当該第１領域１２１より、キャップ１２の中心軸に垂直方向の断面積が小さい円柱状の第２領域１２２と、を有する。これらは、第１領域１２１の底面および第２領域１２２の天面で連結されている。
第１領域１２１の直径（外径）は、上述のリザーバ１１の開口部１１２（押圧領域１１２ａおよび開放領域１１２ｂ）の開口幅や開口断面積に応じて適宜設定される。また、第１領域１２１の高さは特に制限されず、上述のリザーバ１１の開口部１１２（押圧領域１１２ａおよび開放領域１１２ｂ）の形状に合わせて適宜選択される。本実施の形態では、流体取扱システム１００の開状態、すなわち第１領域１２１がリザーバ１１の開放領域１１２ｂ内に収容されたとき、キャップ１２の第１領域１２１側の端部が収容部１１１内に突出しないような高さとしている。つまり、キャップ１２の第１領域１２１の高さを、リザーバ１１の開口部１１２の開放領域１１２ｂの高さ以下としている。キャップ１２の第１領域１２１の高さをこのように設定することで、流体取扱システム１００を開状態としたときに、キャップ１２が収容部１１１内に突出せず、流体がキャップ１２の貫通孔１２０に流れ込みやすくなる。
また、第１領域１２１における貫通孔１２０の、中心軸ＣＡに垂直方向の開口形状は、第１領域１２１が上述のリザーバ１１の押圧領域１１２ａ内に収容された際に、隙間なく塞がる形状であれば特に制限されず、例えば、スリット状とすることができる。本明細書において「スリット状」とは、キャップ１２の中心軸ＣＡに垂直な断面において、一方向に長い隙間であって、短軸方向に沿って両側から押圧した際に、線状に閉じる隙間をいう。本実施の形態では、図６Ａに示すように、当該貫通孔１２０の中心軸ＣＡに垂直方向の形状を、一方の対角線が他方の対角線に対して十分に長いひし形形状としている。スリットの幅は、流体の種類や、所望の流体の流量によって適宜選択される。
一方、第２領域１２２の直径（外径）は、リザーバ１１の開口部１１２の押圧領域１１２ａの幅や開口断面積に応じて適宜設定される。また、第２領域１２２の高さは、特に制限されない。本実施の形態では、キャップ１２の第２領域１２２の高さと、リザーバ１１の開口部１１２の押圧領域１１２ａの高さとを略同等にしている。
また、第２領域１２２の貫通孔１２０の中心軸ＣＡに垂直方向の開口形状は、流体の種類や、所望の流体の流量、さらには後述するマイクロ流路チップ１４の突出部の形状に応じて適宜選択される。当該第２領域１２２における貫通孔１２０の開口形状は、第１領域１２１の貫通孔１２０の形状と同一であってもよく、異なっていてもよい。本実施の形態では、第２領域１２２の貫通孔１２０の中心軸ＣＡに垂直方向の形状を、円形状としている。
ここで、キャップ１２は、可撓性を有する材料からなるものであればよく、公知のエラストマーからなるものとすることができる。エラストマー樹脂には、熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂とがあり、キャップ１２は、いずれからなるものであってもよい。キャップ１２に使用可能な熱硬化性エラストマー樹脂の例には、ポリウレタン系樹脂、ポリシリコーン系樹脂等が含まれ、熱可塑性エラストマー樹脂の例には、スチレン系樹脂、オレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂等が含まれる。オレフィン系樹脂の具体例としては、ポリプロピレン樹脂等が挙げられる。また、キャップ１２の第１領域１２１および第２領域１２２は、同一の材料から構成されていてもよく、異なる材料から構成されていてもよい。ただし、製造しやすさ等の観点から、同一の材料からなることが好ましい。また、キャップ１２は、例えば射出成形等により成形することができる。
また、流体取扱システム１００における蓋部１３は、上述のリザーバ１１の収容部１１１内に流体を収容した際、収容部１１１の天面側から流体が漏出することを抑制可能な部材であればよい。当該蓋部１３は、リザーバ１１に着脱可能な構造を有するものであってもよく、リザーバ１１に貼り合わせられたフィルム等であってもよい。蓋部１３は、例えば、接着剤（ホットメルト型接着剤、感圧型接着剤など）によってリザーバ１１に接着されたものとすることができる。
当該蓋部１３は、上述の流体によって浸食されない材料からなる膜であればよく、その厚み等は適宜選択される。蓋部１３を構成する材料の例には、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル；ポリカーボネート；ポリメタクリル酸メチル等のアクリル樹脂；ポリ塩化ビニル；ポリエチレン、ポリプロピレン、およびシクロオレフィン樹脂等のポリオレフィン；ポリエーテル；ポリスチレン；シリコーン樹脂；ならびに各種エラストマー等の樹脂材料や、アルミニウム等の金属が含まれる。
蓋部１３は、一部開口部を有していてもよく、当該開口部に上述のキャップと同様のキャップが配置されてもよい。蓋部１３の開口部の形状は、上述のリザーバ１１の開口部の形状と同様とすることができる。蓋部１３に設けられた、キャップによって開閉可能な開口部は、空気穴、リザーバへの試薬の充填に用いる導入部などとして利用可能である。
図７Ａに、図１のＢ−Ｂ線における本実施の形態のマイクロ流路チップ１４の概略断面図を示し、図７Ｂに、図７Ａの破線で囲んだ部分の拡大図を示す。本実施の形態のマイクロ流路チップ１４は、図７Ｂに示すように、流体を導入するための導入口１４１と、導入口１４１から導入された流体を流動させるための流路１４２と、流体を排出するための排出口（図示せず）と、導入口１４１および排出口の開口縁を囲むように配置された突出部１４３と、当該突出部１４３の外側に配置された誘導部１４４と、を有する。また、当該マイクロ流路チップ１４は、図７Ｂに示すように、本体部１４ａと、当該本体部の一方の面に貼り合わせられたフィルム１４ｂとから構成されている。
上記導入口１４１および排出口（図示せず）は、本体部１４ａに設けられた貫通孔である。導入口１４１や排出口の開口径は、流体を所望の速度で移動させることが可能であれば、特に制限されず、本実施の形態では、上述のキャップ１２のマイクロ流路チップ１４側の端部の開口径より突出部１４３の厚みの分だけ小さく設定されている。
一方、流路１４２は、導入口１４１および排出口を繋ぐように本体部１４ａ側に配置された溝と、フィルム１４ｂとによって囲まれた領域である。当該流路１４２の幅や深さは特に制限されず、流体を所望の速度で移動させることが可能であれば特に制限されない。
ここで、マイクロ流路チップ１４における流路１４２の形状や、導入口１４１や排出口１４５の位置は、マイクロ流路チップ１４の種類や用途に合わせて、適宜選択される。図８に、マイクロ流路チップ１４の本体部１４ａの底面図を示す。当該マイクロ流路チップ１４の本体部１４ａには、流体を導入するための第１導入口１４１ａおよび第２導入口１４１ｂ、マイクロ流路チップ１４から流体を排出するための排出口１４５と、これを繋ぐ第１溝部１４２ａ、第２溝部１４２ｂ、および第３溝部１４２ｃと、が配置されている。当該マイクロ流路チップ１４では、フィルムと第１溝部１４２ａとに囲まれた領域が第１流路となり、フィルムと第２溝部１４２ｂとに囲まれた領域が第２流路となり、フィルムと第３溝部１４２ｃとに囲まれた領域が第３流路となる。
このような構造を有するマイクロ流路チップ１４では、例えば第１導入口１４１ａから第１の流体（本実施の形態ではサンプル）を導入し、第２導入口１４１ｂから第２の流体（本実施の形態では試薬）を導入する。そして、これらの流体を、第１流路および第２流路を通じて第３流路に流れ込ませ、第３の流路で反応させる。その後、当該反応物を、排出口１４５からリザーバ１１の収容部１１１内に、キャップ１２を介して移動させること等が可能である。
一方、マイクロ流路チップ１４の突出部１４３は、本体部１４ａのリザーバ１１と対向する面に、上述の導入口１４１および排出口の開口縁を囲むように配置される。当該突出部１４３は、流体取扱システム１００を開状態とするとき、キャップ１２の貫通孔１２０内に嵌め込まれ、マイクロ流路チップ１４側での貫通孔１２０の閉塞を抑制する。図９に、図３Ｂにおいて破線で囲んだ領域の拡大図を示す。
当該突出部１４３の形状は、流体取扱システム１００を開状態とするときに、キャップ１２の貫通孔１２０の閉塞を抑制可能であり、かつキャップ１２の貫通孔１２０側からマイクロ流路チップ１４の導入口１４１側に向かう流体の移動を阻害しない限り、その形状は特に制限されない。本実施の形態では、突出部１４３を、マイクロ流路チップ１４のリザーバ１１側の表面から突出する円環状の凸部としている。ただし、突出部１４３は、導入口１４１や排出口１４５の開口縁の全周に囲むように形成されていなくてもよく、例えば円環の一部に切り欠きが形成されていてもよい。
また、当該突出部１４３の内径は、流体の流動を妨げないとの観点から、キャップ１２の貫通孔１２０の開口径や、マイクロ流路チップ１４の導入口１４１および排出口の開口径に近いことが好ましい。本実施の形態では、導入口１４１および排出口の開口径と略同等としている。なお、本実施の形態では、導入口１４１や排出口１４５から離れるにしたがって、突出部１４３の内径が広がっているが、突出部１４３の内径は一定であってもよい。
また、本実施の形態では、当該突出部１４３の外径を、キャップ１２の貫通孔１２０の開口径と略同等としている。ただし、流体の漏れを防いだり、突出部１４３を貫通孔１２０から抜け難くしたりするため、突出部１４３の外径を貫通孔１２０の開口径より大きくしてもよい。
一方、マイクロ流路チップ１４の誘導部１４４は、本体部１４ａのリザーバ１１と対向する面に、上述の円環状突出部１４３の外周側に配置される。当該誘導部１４４は、キャップ１２のマイクロ流路チップ１４側の端部（本明細書では「他端」とも称する）を、マイクロ流路チップ１４の導入口１４１や排出口側に誘導するための構造である。マイクロ流路チップ１４が誘導部１４４を有すると、キャップ１２の貫通孔１２０内に上述の突出部１４３を嵌め込むときの位置合わせが容易になる。また、キャップ１２のマイクロ流路チップ１４側での変形がより抑制されやすくなる。さらに、突出部１４３と誘導部１４４との間にキャップ１２の他端側が挟持されることから、貫通孔１２０内の圧力が高まったとしても、貫通孔１２０から突出部１４３が抜け難くなる。
当該誘導部１４４の形状は、特に制限されない。本実施の形態では、マイクロ流路チップ１４のリザーバ１１側の表面から突出する、突出部１４３と同心円の環状の凸部としているが、円環の一部に切り欠きが形成されていてもよい。
当該誘導部１４４の内径は、キャップ１２の他端を導入口１４１側にスムーズに誘導しやすく、さらにはキャップ１２が抜け難くなるとの観点で、キャップ１２の第２領域１２２の外径と略同等としている。なお、本実施の形態では、導入口１４１や排出口から離れるにしたがって、誘導部１４４の内径が広がるように形成しているが、誘導部１４４の内径は一定であってもよい。また、誘導部１４４の高さや外径は特に制限されない。ただし、本実施の形態では、図９に示すように、流体取扱システム１００を開状態とする際、誘導部１４４の外側にリザーバ１１（開口部１１２の押圧領域１１２ａの内壁）が配置されるが、必ずしもリザーバ１１の開口部１１２と誘導部１４４とが接する必要はない。本実施の形態では、誘導部１４４の外径を、リザーバ１１の開口部１１２の押圧領域１１２ａの開口径より小さくしている。
なお、上記本体部１４ａを構成する材料の例には、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル；ポリカーボネート；ポリメタクリル酸メチル等のアクリル樹脂；ポリ塩化ビニル；ポリエチレン、ポリプロピレン、およびシクロオレフィン樹脂等のポリオレフィン；ポリエーテル；ポリスチレン；シリコーン樹脂；ならびに各種エラストマー等の樹脂材料等が含まれる。また、上記各構成を有する本体部１４ａは、例えば射出成形等により成形することができる。
ここで、本体部１４ａは、光透過性を有するものであってもよく、光透過性を有さないものであってもよい。本体部１４ａの表面とは反対側の面から流体を観察する場合等には、本体部２１ａが光透過性を有するように、材料が選択される。
一方、フィルム１４ｂは、本体部１４ａを覆う平坦な膜とすることができる。フィルムは、マイクロ流路チップ１４内に導入する流体によって浸食されない材料からなる膜であればよく、その厚み等は適宜選択される。フィルムを構成する材料の例には、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル；ポリカーボネート；ポリメタクリル酸メチル等のアクリル樹脂；ポリ塩化ビニル；ポリエチレン、ポリプロピレン、およびシクロオレフィン樹脂等のポリオレフィン；ポリエーテル；ポリスチレン；シリコーン樹脂；ならびに各種エラストマー等の樹脂材料等が含まれる。
上述の第３流路に流体を収容した状態で、フィルム側から流体の観察や分析を行う場合には、フィルムが光透過性を有するように、フィルムの材料が選択されている。ただし、本体部１４ａの表面とは反対側の面から流体を観察する場合や、流体の観察を行わない場合等には、フィルム１４ｂが光透過性を有していなくてもよい。
また、本体部１４ａとフィルム１４ｂとの接合は、熱融着や、接着剤による接着等、公知の方法で行うことができる。
一方、流体取扱システム１００におけるスペーサ１５は、リザーバ１１とマイクロ流路チップ１４との間に十分な間隔をあけ、流体取扱システム１００を閉状態とするとき、キャップ１２の第１領域１２１が、リザーバ１１の開口部１１２の開放領域１１２ｂ側に押し込まれないように維持するための部材である。
当該スペーサ１５は、流体取扱システム１００に着脱可能に配置されていればよく、本実施の形態では、リザーバ１１とマイクロ流路チップ１４との間に一方向から差し込み可能な櫛形形状の部材としている。ただし、スペーサ１５の形状は当該形状に限定されない。また、本実施の形態では、リザーバ１１とマイクロ流路チップ１４とが対向する領域の大部分にスペーサ１５を配置しているが、リザーバ１１とマイクロ流路チップ１４とが対向する領域の一部のみにスペーサ１５を配置してもよい。
当該スペーサ１５の厚みは、リザーバ１１の開口部１１２の押圧領域１１２ａに収容されたキャップ１２の第１領域１２１が、リザーバ１１の自重や、外部からの衝撃等によって、キャップ１２が移動しないような厚みであればよい。
スペーサ１５を構成する材料は、リザーバ１１とマイクロ流路チップ１４との間隙を十分に維持することが可能であり、かつスペーサ１５を引き抜くとき等に、リザーバ１１やマイクロ流路チップ１４を破損したりすることがないものであれば特に制限されない。スペーサ１５の材料の例には、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル；ポリカーボネート；ポリメタクリル酸メチル等のアクリル樹脂；ポリ塩化ビニル；ポリエチレン、ポリプロピレン、およびシクロオレフィン樹脂等のポリオレフィン；ポリエーテル；ポリスチレンの樹脂材料等が含まれる。また、上記スペーサ１５は、例えば射出成形等により成形することができる。
なお、本実施の形態の流体取扱システム１００は、流体取扱システム１００からスペーサ１５を取り外した後にリザーバ１１がマイクロ流路チップ１４から外れたり、マイクロ流路チップ１４に対する位置がずれたりしないよう、リザーバ１１を支持するための支持部等をさらに有していてもよい。
（第１の実施の形態の流体取扱方法）
上述の実施の形態の流体取扱システム１００を用いた流体取扱方法を、以下、説明する。
まず、図２Ａおよび図２Ｂに示すように、リザーバ１１の開口部１１２とマイクロ流路チップ１４の導入口とが対向するように配置する。そして、キャップ１２の一端を、リザーバ１１の開口部１１２の押圧領域１１２ａ内に収容する。より具体的には、キャップ１２の第１領域１２１を、その中心軸ＣＡに向かって、かつひし形の短軸方向に沿って、二方向（図６Ａにおいて、矢印で表す方向）から押圧した状態で、リザーバ１１の押圧領域１１２ａに収容する。一方、キャップ１２の他端側の貫通孔１２０には、マイクロ流路チップ１４の突出部１４３を嵌め込む。ただし、流体取扱システム１００の閉状態では、マイクロ流路チップ１４の突出部１４３を、キャップ１２の貫通孔１２０内に必ずしも嵌め込む必要はなく、流体取扱装置１００を開状態とする際に、突出部１４３を貫通孔１２０内に嵌め込んでもよい。
そして、リザーバ１１の自重によって、キャップ１２がリザーバ１１の収容部１１１側に押し込まれないように、リザーバ１１とマイクロ流路チップ１４との間に、スペーサ１５を配置する。
上述のように、流体取扱システム１００を閉状態とした状態で、リザーバ１１の収容部１１１内に、所望の流体を充填し、蓋部１３により収容部１１１を密閉する。なお、上述したマイクロ流路チップ１４を用いる場合、３つの収容部１１１のうち、一つにサンプルを充填し、一つに試薬を充填し、残りの一つを流体回収用、すなわち空の状態とする。ただし、マイクロ流路チップ１４の用途によっては、全ての収容部１１１に流体を充填してもよい。また、予め各収容部１１１内に流体（試薬やサンプル）が充填されたリザーバ１１を用いてもよい。
また、リザーバ１１の収容部１１１に収容する流体の種類は特に制限されず、キャップ１２の貫通孔１２０を介して、マイクロ流路チップ１４側に移動可能であれば特に制限されない。流体は、単一の成分を含んでいてもよく、複数の成分を含んでいてもよい、また、流体は液体に限定されず、例えば溶媒中に固体状の成分が分散されたものであってもよい。また、溶媒中に、当該溶媒と相溶しないドロップレット（液滴）等が分散された流体等であってもよい。
当該流体取扱システム１００において、リザーバ１１から流体をマイクロ流路チップ１４側に移動させる際には、図３Ａおよび図３Ｂ、ならびに図９に示すように、スペーサ１５を取り外し、キャップ１２の第１領域１２１を開口部１１２の開放領域１１２ｂ側に押し込む。なお、キャップ１２の第１領域１２１をリザーバ１１の開放領域１１２ｂ側に押し込む方法としては、リザーバ１１の自重を利用してもよい。また、ユーザがリザーバ１１を重力方向下方に押しつけてもよい。さらには、各種器具により、マイクロ流路チップ１４とリザーバ１１とを挟み込み、これらを互いに押しつけてもよい。当該操作により、キャップ１２の貫通孔１２０が開き、リザーバ１１の収容部１１１側からマイクロ流路チップ１４の導入口１４１側に流体が移動する。
なお、キャップ１２の貫通孔１２０内における流体の流動を促進させるため、必要に応じて、流体が収容された収容部１１１内に圧力をかけたり、特定の収容部１１１から吸引したりしてもよい。
（第１の実施の形態の変形例）
上述の説明では、マイクロ流路チップ１４の突出部１４３および誘導部１４４を、それぞれマイクロ流路チップ１４のリザーバ１１と対向する面に突出した、円環状の凸部とした。ただし、突出部１４３および誘導部１４４は、マイクロ流路チップ１４の表面に突出していなくてもよい。第１の実施の形態のマイクロ流路チップの変形例の概略断面図を図１０Ａに示す。また、図１０Ａの破線で囲んだ部分の拡大図を図１０Ｂに示す。なお、上述のマイクロ流路チップ１４と同一の構成については、同一の符号を付し、説明を省略する。
当該変形例のマイクロ流路チップ２４では、本体部１４ａのリザーバ１１と対向する面に、導入口１４１と同心円の環状の溝２４６を有する。当該マイクロ流路チップ２４では、溝２４６と導入口１４１との間の領域が突出部２４３として機能する。また、溝２４６より外側の領域が誘導部２４４として機能する。当該溝２４６の幅や深さは、流体取扱システム１００を開状態とするとき、突出部２４３をキャップ１２の貫通孔１２０内に嵌め込むことが可能であり、さらには突出部２４３と誘導部２４４との間に、キャップ１２の端部側を嵌め込むことが可能であれば特に制限されない。
また、上述の説明では、リザーバ１１の開口部１１２における開放領域１１２ｂが、当該開口部１１２の押圧領域１１２ａよりリザーバ１１の収容部側１１１に配置されていた。ただし、リザーバ１１の開口部１１２において、押圧領域１１２ａが、開放領域１１２ｂよりリザーバ１１の収容部側１１１に配置されていてもよい。この場合、キャップ１２を収容部１１１側から外部に向けて引っ張り、押圧領域１１２ａに収容されていたキャップ１２の第１領域１２１を開放領域１１２ｂ側に移動させることで、流体取扱システム１００を閉状態から開状態にすることが可能となる。また流体取扱システム１００を開状態とする際、上述の説明と同様に、キャップ１２の貫通孔１２０にマイクロ流路チップ１４の突出部１４３を嵌め込む。
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係る流体取扱システムについて説明する。本実施の形態の流体取扱システムの概略断面図を図１１Ａに示し、図１１Ａにおいて破線で囲んだ領域の部分拡大図を図１１Ｂに示す。なお、図１１Ａおよび図１１Ｂは、当該流体取扱システム２００の開状態を表し、スペーサを取り外した後の状態を表す。
本実施の形態の流体取扱システム２００は、流体を収容するためのリザーバ２１と、当該リザーバ２１の重力方向下方に配置されたマイクロ流路チップ３４と、当該リザーバ２１およびマイクロ流路チップ３４の間に配置されるスペーサ（図示せず）と、一端がリザーバ２１の開口部（図示せず）に嵌め込まれ、他端がマイクロ流路チップ３４の導入口（図示せず）に接続されるキャップ１２と、リザーバ１１を覆う蓋部１３と、を有する。当該流体取扱システム２００における各構成は、リザーバ２１の開口部の形状、およびマイクロ流路チップ３４の形状以外、第１の実施の形態と同様である。そこで、第１の実施の形態と同様の構成については、同一の符号を付し、説明を省略する。また、本実施の形態においても、流体取扱システム２００を閉状態とする際、リザーバ２１とマイクロ流路チップ３４との間に隙間を設け、キャップ１２がリザーバ２１の収容部１１１側に押し込まれることを抑制可能であれば、スペーサを有していなくてもよい。
本実施の形態のマイクロ流路チップ３４は、図１１Ｂに示すように、流体を導入するための導入口１４１と、導入口１４１から導入された流体を流動させるための流路（図示せず）と、流体を排出するための排出口（図示せず）と、導入口１４１および排出口の開口縁を囲むように配置された突出部１４３と、を有する。また、当該マイクロ流路チップ３４は、図１１Ｂに示すように、本体部１４ａと、当該本体部の一方の面に貼り合わせられたフィルム１４ｂとから構成されている。当該マイクロ流路チップ３４は、導入部１４４を有さない以外は、上述の第１の実施の形態のマイクロ流路チップ１４と同一の構造を有している。
一方、本実施の形態のリザーバ２１は、収容部１１１と、開口部２１２とを有する。開口部２１２は、リザーバ２１の外部側に配置された、略楕円柱状の開口を有する押圧領域２１２ａと、リザーバ２１の収容部１１１側に配置された、略円柱状の開口を有する開放領域２１２ｂとを有する。本実施の形態では、押圧領域２１２ａの高さが、キャップ１２の第２領域１２２の高さより十分に低くなるように設定されている。一方、開放領域２１２ｂの高さが、キャップ１２の第１領域１２１の高さより十分に高くなるように設定されている。なお、当該リザーバ２１の構造は、押圧領域２１２ａおよび開放領域２１２ｂの高さ以外、第１の実施の形態のリザーバ１１の構造と同様である。
（第２の実施の形態の流体取扱方法）
本実施の形態の流体取扱システム２００を用いた流体取扱方法を、以下、説明する。
まず、リザーバ２１の開口部２１２とマイクロ流路チップ３４の導入口１４１とが対向するように配置する。そして、キャップ１２の一端を、リザーバ２１の開口部２１２の押圧領域２１２ａ内に収容する。一方、キャップ１２の他端側の貫通孔１２０には、マイクロ流路チップ３４の突出部１４３を嵌め込む。ただし、流体取扱システム２００の閉状態では、マイクロ流路チップ３４の突出部１４３を、キャップ１２の貫通孔１２０内に必ずしも嵌め込む必要はなく、流体取扱装置２００を開状態とする際に、突出部１４３を貫通孔１２０内に嵌め込んでもよい。
さらに、リザーバ２１の自重によって、キャップ１２がリザーバ２１の収容部１１１側に押し込まれないように、リザーバ２１とマイクロ流路チップ３４との間に、スペーサ１５を配置する。
そして、スペーサ１５を取り外し、図１１Ｂに示すように、キャップ１２の第１領域１２１を、リザーバ２１の開口部２１２の開放領域２１２ｂ内に移動させる。またこのとき、マイクロ流路チップ３４の突出部１４３と、リザーバ２１の押圧領域２１２ａの内壁との間に、キャップ１２のリザーバ３４側の端部を挟み込むよう、リザーバ２１をマイクロ流路チップ３４側に移動させる。リザーバ２１の押圧領域２１２ａの内壁によって、キャップ１２を外側から支持すると、キャップ１２が折れ難くなり、その閉塞が抑制されやすくなる。なお、リザーバ２１の押圧領域２１２ａの内壁によって、キャップ１２の他端側の全外周を支持する必要はなく、キャップ１２の外周とリザーバ２１の押圧領域の２１２ａの内壁との間に、一部隙間があってもよい。
ここで、リザーバ２１とマイクロ流路チップ３４とを押しつける方法は特に制限されず、リザーバ２１の自重を利用してもよく、ユーザがリザーバ２１を重力方向下方に押しつけてもよい。また各種器具により、マイクロ流路チップ３４とリザーバ２１とを挟み込んでもよい。
本実施の形態においても、キャップ１２の貫通孔１２０内における流体の流動を促進させるため、必要に応じて、流体が収容された収容部１１１内に圧力をかけたり、特定の収容部１１１から吸引したりしてもよい。
（効果）
上述の第１の実施の形態および第２の実施の形態のいずれの流体取扱システムにおいても、スペーサを取り外し、キャップをリザーバ側に押し込むだけで、リザーバ側からマイクロ流路チップ側に流体を移動させることが可能である。また、収容部に複数の液体を収容しておけば、同時にこれらを移動させることも可能である。したがって、大がかりな装置を用いることなく、所望の流体をマイクロ流路チップに供給することが可能である。したがって、当該流体取扱システムは、コストや作業効率の観点でも非常に有用である。また、当該流体取扱システムでは、リザーバに流体を回収すること等も可能であり、各種流体の検査や分析を効率よく行うことが可能である。
また、上述の流体取扱システムでは、開状態とするときに、キャップをリザーバの収容部側に押し込む。そのため、開状態においてリザーバの収容部内の内圧が上昇し、上昇した内圧によって収容部内に収容された流体が排出されやすくなる。
また、上述の流体取扱システムでは、開状態とする際に、キャップの貫通孔内に、マイクロ流路チップの突出部を嵌め込む。そのため、キャップがマイクロ流路チップ側で折れたりつぶれたりし難く、安定してリザーバの収容部側からマイクロ流路チップの導入口側に流体を移動させることができる。
さらに、第１の実施の形態では、マイクロ流路チップの突出部と誘導部との間に、キャップの他端側が挟み込まれる。また、第２の実施の形態では、マイクロ流路チップの突出部とリザーバの開口部の内壁との間に、キャップの他端側が挟み込まれる。そのため、流体の移動中に、キャップが抜け難く、流体を確実にマイクロ流路チップ内に移動させることが可能となる。
（その他）
上述の第１の実施の形態および第２の実施の形態ではいずれも、リザーバの開口部が押圧領域と開放領域とを有していたが、収容部が上述の開放領域を兼ねていてもよい。この場合、流体取扱システムを閉状態とする際、キャップの第１領域を、開口部の押圧領域内に収容する。一方、流体取扱システムを開状態とするときには、キャップの第１領域を、収容部内に押し込む。これにより、押圧領域による第１領域への押圧が解除されて、流体がキャップの貫通孔内を移動可能となる。
また、上述の説明では、リザーバが略直方体状である場合を例に説明したが、リザーバの形状は例えば円柱状や、袋状等、いずれの形状であってもよい。さらに、開口部の位置は、リザーバの底部に限定されず、例えばリザーバの底部側の側面に配置されていてもよい。
また、上述の説明では、異なる直径を有する２つの円柱が連結されたキャップについて説明したが、キャップの形状は当該形状に制限されない。キャップが、例えば第１領域から第２領域にかけて、均一な断面積を有する円柱状の構造とされていてもよい。ただしこの場合、第１領域の貫通孔の開口径の方が、第２領域の貫通孔の開口径より小さく形成される。また、キャップが、連続的にその断面積が変化する円錐状とされていてもよい。また、キャップが、幅の異なる２つの角柱が連なった構造とされていてもよい。
さらに、流体取扱システムを開状態とした後、キャップの第１領域がリザーバの開口部の開放領域からさらに収容部側に移動させないためのストッパー等を、キャップの第２領域側、もしくはリザーバに有していてもよい。
また、上述の説明では、流路チップが、マイクロ流路チップである場合を例に説明したが、流路チップは必ずしもマイクロ流路チップである必要はなく、マイクロ流路チップよりサイズが大きなものであってもよい。
本発明の流体取扱システムは、例えば、各種流体の検査や分析等に適用可能である。
１１、２１ リザーバ
１２ キャップ
１３ 蓋部
１４、２４、３４ マイクロ流路チップ
１４ａ 本体部
１４ｂ フィルム
１５ スペーサ
１００、２００ 流体取扱システム
１１１ 収容部
１１２、２１２ 開口部
１１２ａ、２１２ａ 押圧領域
１１２ｂ、２１２ｂ 開放領域
１２０ 貫通孔
１２１ 第１領域
１２２ 第２領域
１４１ 導入口
１４１ａ 第１導入口
１４１ｂ 第２導入口
１４２ 流路
１４２ａ 第１溝部
１４２ｂ 第２溝部
１４２ｃ 第３溝部
１４３、２４３ 突出部
１４４、２４４ 誘導部
１４５ 排出口
２４６ 溝

Claims (3)

  1. 流体を収容するための収容部、ならびに前記収容部の側面または底面に配置された、前記収容部および外部を連通する開口部、を有するリザーバと、
    前記リザーバの前記開口部と対向するように配置された、流体を導入するための導入口、前記導入口から導入された流体を流動させるための流路、および前記導入口の開口縁を囲むように配置された突出部、を有する流路チップと、
    一端が前記リザーバの前記開口部内に嵌め込まれ、他端が前記流路チップの前記導入口と接続され、一端および他端を繋ぐ貫通孔を有する、可撓性を有するエラストマーからなるキャップと、
    を有し、
    前記リザーバの前記開口部が前記キャップの一端側を、前記貫通孔が塞がるように押圧することで、前記収容部内の流体が前記キャップの前記貫通孔を介して外部に移動しない閉状態となり、
    前記キャップの一端側を前記閉状態より前記リザーバの前記収容部側または前記前記流路チップ側に移動させることで、前記開口部の前記キャップに対する押圧が解除されて、流体が、前記貫通孔を介して、前記リザーバの前記収容部側から前記流路チップの前記導入口に向けて移動する開状態となる、流体取扱システムであり、
    前記開状態では、前記流路チップの突出部が、前記キャップの他端側の前記貫通孔に嵌め込まれ、前記貫通孔の閉塞を抑制する、
    流体取扱システム。
  2. 前記流路チップが、前記突出部の外周側に、前記キャップの他端を前記導入口側に誘導するための誘導部をさらに有する、
    請求項１に記載の流体取扱システム。
  3. 前記開状態では、前記流路チップの前記突出部と、前記リザーバの前記開口部の内壁との間に、前記キャップの他端が挟持される、
    請求項１に記載の流体取扱システム。
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