JP2021139707A - 流体取扱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】より安定的に液滴を生成することができる流体取扱装置を提供することを目的とする。【解決手段】流体取扱装置は、基板と、前記基板の一方の面に接着されたフィルムとを有する。前記基板は、サンプルを流すためのサンプル流路溝と、分散媒を流すための分散媒流路溝と、前記サンプル流路および前記分散媒流路に接続され、前記サンプルを前記分散媒で分断して前記サンプルの液滴が前記分散媒中に分散した分散液を生成するための分散液生成部を形成するための分散液生成凹部と、前記分散液生成部に接続され、前記分散液を流すための分散液流路を形成するための分散液流路溝と、を有する。前記フィルムは、前記サンプル流路溝、前記分散媒流路溝、前記分散液生成凹部、および前記分散液流路溝に対向する部分に、被覆材により被覆されている接着剤を含む。【選択図】図３

Description

本発明は、流体取扱装置に関する。

臨床検査や食物検査、環境検査等では、細胞や、タンパク質、核酸などの微量な被分析物の高精度な分析が要求されることがある。微量な被分析物の分析を行う手法の一つとして、被分析物を含む液体から、直径が０．１〜１０００μｍの微小な液滴を生成し、これを観察したり分析したりする手法がある。

液滴は、流れるサンプルに対して分散媒（例えばオイル）を挟み込むように流して、流れるサンプルを分断することにより生成することができる。たとえば、特許文献1はマイクロチャンネル中を流れる連続相に対し、分散相を交差する向きで排出し、液滴を生成する方法を開示している。

また、上記のような液滴を生成する装置の製造方法として、特許文献２は流路用溝が形成された樹脂基板と、流路用溝が形成された面を覆うように樹脂基板上に配置される樹脂フィルムとを貼り合わせて接合体を得る貼着工程を有する、マイクロ流路デバイスの製造方法を開示している。

国際公開第２００２／０６８１０４号 特開２０１２−２０６０２６号公報

液滴を生成する装置（流体取扱装置）では一般に安定的に液滴を生成することが求められる。しかし、特許文献１、２に記載されているような装置では液滴を安定的に生成できないことがある。

本発明者らは、液滴が安定的に生成できない場合について検討したところ、サンプルがビーズなどの固体成分を含んでいたり、サンプルまたは分散媒がゴミを含んでいたりした場合に、これらの固体成分またはゴミが流路中に詰まってしまって、所望通りに液滴が生成できなくなることがあることを見いだした。

本発明者らはさらに検討し、固体成分またはゴミが流路中に詰まる原因は以下のようであることを見いだした。

上記のような、液滴を生成する装置においては、サンプルを流すための流路や分散媒を流すための流路は、基板に形成された溝と、基板を覆うように配置されたフィルムとによって形成される。ここで、フィルムの基板側の面に接着剤層を設けることで、基板とフィルムとを接着剤により接着する場合がある。

このように基板とフィルムとを貼り合わせると、形成された流路には接着剤が露出することになる。この状態で、固体成分またはゴミを含むサンプルまたは分散媒を流すと、固体成分またはゴミが接着剤に付着してしまい、流路中に蓄積することとなる。これによって液滴の生成が阻害されることがある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、より安定的に液滴を生成することができる流体取扱装置を提供することを目的とする。

本発明は、以下の流体取扱装置を提供する。
基板と、前記基板の一方の面に接着されたフィルムとを有し、前記基板は、サンプルを流すためのサンプル流路を前記フィルムと共に形成するためのサンプル流路溝と、分散媒を流すための分散媒流路を前記フィルムと共に形成するための分散媒流路溝と、前記サンプル流路および前記分散媒流路に接続され、前記サンプルを前記分散媒で分断して前記サンプルの液滴が前記分散媒中に分散した分散液を生成するための分散液生成部を前記フィルムと共に形成するための分散液生成凹部と、前記分散液生成部に接続され、前記分散液を流すための分散液流路を前記フィルムと共に形成するための分散液流路溝と、を有し、前記フィルムは、前記サンプル流路溝、前記分散媒流路溝、前記分散液生成凹部、および前記分散液流路溝に対向する部分に、被覆材により被覆されている接着剤を含む、流体取扱装置。

本発明によれば、より安定的に液滴を生成することができる流体取扱装置を提供することができる。

図１Ａは本発明の一実施の形態に係る流体取扱装置の平面図であり、図１Ｂは図１Ａに示すＢ−Ｂ線の断面図である。 図２は、図１Ａに示す流体取扱装置の基板の底面図である。 図３は、フィルムが被覆されている接着剤と、被覆されていない接着剤とを有する態様を示す。 図４は、分散液生成部において液滴が生成する様子を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、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。

（流体取扱装置）
本発明の一実施の形態に係る流体取扱装置１００の平面図を図１Ａに示し、図１Ａに示すＢ−Ｂ線の断面図を図１Ｂに示す。また、流体取扱装置１００の基板１０１の底面図を図２に示す。

本発明の実施の形態に係る流体取扱装置１００は、図１Ｂに示すように、基板１０１と基板１０１の一方の面を覆うように配置されたフィルム１０２とを有する。基板１０１は、透明な略矩形の樹脂基板である。基板１０１の厚さは、特に限定されないが、例えば１ｍｍ〜１０ｍｍである。フィルム１０２は、透明な略矩形の樹脂製のフィルムである。フィルム１０２の一方の面（基板１０１に接合される面）には接着剤層が設けられている。接着剤層については、別途説明する。フィルム１０２の厚みは、例えば３０μｍ以上３００μｍ以下である。

基板１０１およびフィルム１０２の材料は、特に限定されず、公知の樹脂およびガラスから適宜選択されうる。基板１０１およびフィルム１０２の材料の例には、シクロオレフィンコポリマー（ＣＯＰ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、フッ素樹脂（ＦＥＰ）、ポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、エラストマー等が含まれる。エラストマーは、熱可塑性エラストマーであってもよく、熱硬化性エラストマー樹脂であってもよい。熱硬化性エラストマーの例には、ポリウレタン系エラストマー、ポリシリコーン系エラストマー等が含まれる。熱可塑性エラストマーの例には、スチレン系エラストマー、オレフィン系エラストマー、ポリエステル系エラストマー等が含まれる。オレフィン系エラストマーの具体例には、ポリプロピレン系エラストマーが含まれ、その例には、三菱ケミカル社製のＺＥＬＡＳ（同社の登録商標）が含まれる。ポリエステル系エラストマーの例には、東洋紡社製ペルプレン（同社の登録商標）、東レ・デュポン社製ハイトレル（同社の登録商標）等が含まれる。基板１０１およびフィルム１０２は、これらを一種のみ含んでいてもよく、二種以上含んでいてもよい。

図１Ａ〜図２に示すように、基板１０１は、サンプル導入孔１１１、サンプル流路溝１１２、分散媒導入孔１１３、分散媒流路溝１１４、分散液生成凹部１１５、分散液流路溝１１６および分散液回収孔１１７を有する。なお、サンプル導入孔１１１、分散媒導入孔１１３、分散液回収孔１１７は任意の構成要素である。

以下、各構成要素について説明する。

サンプル導入孔１１１は基板１０１に形成された貫通孔である。このサンプル導入孔１１１と、サンプル導入孔１１１の一方の開口部を覆うように基板１０１に配置されたフィルム１０２とによってサンプル導入部が形成される。このようにサンプル導入孔１１１はフィルムと共にサンプル導入部を形成するための孔である。サンプル導入部は、サンプルを流体取扱装置１００内に導入するための導入口である。サンプル導入孔１１１の構造は、サンプルをサンプル流路に導入するサンプル導入部を形成することができれば特に制限されない。本実施の形態では、サンプル導入孔１１１の形状は、円柱形状である。また、サンプル導入孔１１１の数は、液滴内に入れたい所望のサンプルの種類数に応じて適宜選択されればよい。本実施の形態では基板１０１に２つのサンプル導入孔１１１が設けられているが、サンプル導入孔１１１は１つであってもよい。

サンプル流路溝１１２は基板１０１に形成された溝である。このサンプル流路溝１１２と、サンプル流路溝１１２を覆うように配置されたフィルム１０２とによってサンプル流路が形成される。このようにサンプル流路溝１１２はフィルム１０２と共にサンプル流路を形成するための溝である。サンプル流路は、サンプル導入部に接続されており、サンプル導入部に導入されたサンプルを流すための流路である。本実施の形態では、サンプル流路溝１１２の上流端はサンプル導入孔１１１に接続され、下流端は分散液生成凹部１１５に接続される。サンプル流路溝１１２の数は特に制限されない。本実施の形態では２つのサンプル流路溝１１２が設けられているが、サンプル流路溝１１２は１つであってもよい。

サンプル流路溝１１２の断面の形状は、特に制限されず、半円状や矩形状、円形状等、いずれの形状であってもよい。サンプル流路溝１１２の断面の大きさも、特に制限されない。なお、本明細書において「流路溝の断面」とは、流路の流れ方向に直交する向きの断面を意味する。

分散媒導入孔１１３は基板１０１に形成された貫通孔である。この分散媒導入孔１１３と、分散媒導入孔１１３の一方の開口部を覆ように配置されたフィルム１０２とによって分散媒導入部が形成される。このように分散媒導入孔１１３はフィルム１０２と共に分散媒導入部を形成するための孔である。分散媒導入部は、分散媒（例えばオイル）を流体取扱装置１００内に導入するための導入口である。分散媒導入孔１１３の構造は、分散媒を分散媒導入流路に導入する分散媒導入部を形成することができれば特に制限されない、本実施の形態では分散媒導入孔１１３の形状は、円柱形状である。また、本実施の形態では、基板１０１には２つの分散媒導入孔１１３が設けられている。分散媒導入孔１１３の数は、本実施の形態では２つであるが、１つであってもよい。

分散媒流路溝１１４は基板１０１に形成された溝である。この分散媒流路溝１１４と、分散媒流路溝１１４を覆うように配置されたフィルム１０２とによって分散媒流路が形成される。このように分散媒流路溝１１４はフィルム１０２と共に分散媒流路を形成する為の溝である。分散媒流路は、分散媒導入部に接続されており、分散媒導入部に導入された分散媒を流すための流路である。本実施の形態では、分散媒流路溝１１４は、流体取扱装置１００の短手方向に延在する流路溝である。分散媒流路溝１１４の上流端は分散媒導入孔１１３に接続され、下流端は分散液生成凹部１１５に接続される。

分散媒流路溝１１４の断面の形状は、特に制限されず、半円状や矩形状、円形状等、いずれの形状であってもよい。分散媒流路溝１１４の断面の大きさも、特に制限されない。

なお、上記では、流体取扱装置１００の基板１０１が２つの分散媒導入孔１１３および２つの分散媒流路溝１１４を有する場合を説明したが、分散媒導入孔１１３および分散媒流路溝１１４の数は、特に制限されず、例えば１つであってもよい。

分散液生成凹部１１５は基板１０１に形成された凹部である。この分散液生成凹部１１５と、分散液生成凹部１１５を覆うように配置されたフィルム１０２とによって分散液生成部が形成される。このように分散液生成凹部１１５はフィルム１０２と共に分散液生成部を形成するための凹部である。分散液生成凹部１１５は、サンプル流路溝１１２および分散媒流路溝１１４に接続され、サンプル流路溝１１２を流れるサンプルを分散媒流路溝１１４を流れてきた分散媒で分断して、サンプルの液滴が分散媒中に分散した分散液を生成する。分散液生成凹部１１５は、サンプル流路溝１１２に対して分散媒流路溝１１４が接続することで構成される。本実施の形態では、サンプル流路溝１１２の左右両側から分散媒流路溝１１４が接続しており、サンプル流路溝１１２を流れるサンプルが左右両側から流れてきた分散媒で分断されることで、サンプルの液滴が生成される（図４参照）。

分散液生成凹部１１５の大きさは、液滴の大きさに影響を及ぼし、一般に、液滴の直径は、サンプル流路溝１１２の開口部と略同じとなる。このため、サンプル流路溝１１２の開口部の大きさ（深さおよび幅）は、液滴の所望の直径に応じて適宜選択される。

分散液流路溝１１６は基板１０１に形成された溝である。この分散液流路溝１１６と、分散液流路溝１１６を覆うように配置されたフィルム１０２とによって分散液流路が形成される。このように分散液流路溝１１６はフィルム１０２と共に分散液流路を形成するための溝である。分散液流路は、分散液生成部に接続されており、生成した分散液を流すための流路である。分散液流路溝１１６の上流端は分散液生成凹部１１５に接続されており、下流端は分散液回収孔１１７に接続される。

分散液流路溝１１６の断面の形状は、特に制限されず、半円状や矩形状、円形状等、いずれの形状であってもよい。分散液流路溝１１６の断面の大きさ（深さおよび幅）は、液滴の移動を妨げなければ特に制限されない。

分散液回収孔１１７は基板１０１に形成された貫通孔である。この分散液回収孔１１７と、分散液回収孔１１７の一方の開口部を覆うように配置されたフィルム１０２とによって分散液回収部が形成される。このように分散液回収孔１１７はフィルム１０２と共に分散液回収部を形成するための孔である。分散液回収部は、液滴を含む分散液を回収するための取出口である。分散液回収孔１１７の構造は、分散液を回収する分散液回収部を形成することができれば特に制限されない、本実施の形態では分散液回収孔１１７の形状は、円柱形状である。分散液回収孔１１７の大きさは、回収する分散液の量に応じて適宜設定されればよい。

ここで、フィルム１０２の接着剤層１２０について説明する（図３参照）。前述のとおり、本実施の形態に係る流体取扱装置１００は、基板１０１と、基板１０１の一方の面を覆うように配置されたフィルム１０２とを有する（図１Ｂ参照）。フィルム１０２は、接着剤により基板１０１に接着されている。

基板１０１に接着される前のフィルム１０２では、フィルム１０２の一方の面（基板１０１に接合される面）には接着剤層１２０が設けられている。この接着剤層１２０では、接着剤は被覆材により被覆されている。たとえば、接着剤は、被覆材としてのカプセル内に封入されており、接着剤層１２０は、接着剤が封入されているカプセルを多数含む層である。このように接着剤が被覆材により被覆されているため、フィルム１０２の接着剤層１２０を触っても粘着感はない。

このような接着剤層１２０を含むフィルム１０２を、基板１０１の流路となる溝が形成されている面に接着剤層１２０が接触するように重ね合わせて、フィルム１０２に圧力を加えることで、基板１０１にフィルム１０２を接着することができる。このとき、図３に示すように、基板１０１と接着剤層１２０とが直接接触している領域では、接着剤層１２０中の被覆材が圧力により破壊されて接着剤が露出し、露出した接着剤１２１により基板１０１とフィルム１０２とが接着される。一方、基板１０１と接着剤層１２０とが接触していない領域（例えば基板１０１に貫通孔または溝が形成されている領域、例えばサンプル流路溝１１２）では、フィルム１０２に加えた圧力が逃げるため、接着剤層１２０中の被覆材が破壊されず接着剤が露出しない。したがって、本実施の形態に係る流体取扱装置１００では、フィルム１０２は、基板１０１の貫通孔または溝を覆う領域においては被覆材により被覆されている接着剤１２２を含んだままである。すなわち、フィルム１０２は、サンプル流路溝１１２、分散媒流路溝１１４、分散液生成凹部１１５、および分散液流路溝１１６に対向する部分に、被覆材により被覆されている接着剤を含む。そして、これらの流路溝および貫通孔を覆う部分では、接着剤層１２０中の接着剤が被覆されているため、流路等に接着剤が露出せず、液体中の異物（ゴミ）やサンプル中の固体が流路等において接着されて蓄積することが抑制される。

上記の接着剤の例には、アクリル系接着剤、シリコーン系接着剤、ウレタン系接着剤、エポキシ系接着剤などが含まれる。

上記の被覆材を構成する材料の例には、エポキシ樹脂硬化物、ポリスチレン、ポリメタクリル酸メチルエステル、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリビニルトルエン、アクリルゴムなどの各種重合体や、塩化ビニリデンやアクリロニトリル、メタクリル酸などのエチレン系単量体を主成分単量体として得られる重合体、ポリスルホンやポリエーテルイミドなどのエンジニアリングプラスチック類、ポリウレア、ポリウレタン、アミノ樹脂、アクリル樹脂などが含まれる。

上記のような、圧力に応答して接着剤が露出する、被覆材により被覆されている接着剤を含む接着剤層１２０が形成されているフィルムの例には、Excel Scientific社販売のThermal Seal RTS Sealing Films（膜厚５０μｍのポリオレフィンフィルム。シリコーン系接着剤が封入された平均粒径５０μｍのカプセルを多数含む接着剤層１２０が設けられている。）等が含まれる。

（流体取扱方法）
次に、本実施の形態に係る流体取扱装置１００を用いて、サンプルの液滴を生成し、回収する方法（流体取扱方法）について説明する。

まず、サンプル導入部（サンプル導入孔１１１）にサンプルを導入し、２つの分散媒導入部（分散媒導入孔１１３）に分散媒（例えばオイル）を導入する。

上記サンプルは、例えば、液滴として選別したい液体、または、液滴内に封入して選別したい被選別物を含む液体である。サンプルの例には、細胞、タンパク質、または核酸等を含む液体が含まれる。また、サンプルは例えば核酸などが固定されたビーズなどの固体を含んでいてもよい。具体的には、例えば、一方のサンプル導入部（サンプル導入孔１１１）に細胞（細胞内物質）を入れ、もう一方に細胞（細胞内物質）と一緒に液滴内に封入し、細胞（細胞内物質）に対して作用させたい物質が結合したビーズなどの固形物を入れることなどが考えられる。

本発明の実施の形態に係る流体取扱装置１００によれば、サンプルが固体を含んでいても、流路等に接着剤が露出していないため、固体が接着されて蓄積することを抑制することができる。このように本発明の実施の形態に係る流体取扱装置１００においては、サンプル流路が固体を含むサンプルを流すような場合に特に有用である。また、同様に液体（サンプル、分散媒）中にゴミなどの固体が含まれていても蓄積することを抑制することができる。

上記分散媒は、サンプルとの相溶性が低く、分散液生成部（分散液生成凹部１１５）においてサンプル流路（サンプル流路溝１１２）を流れるサンプルを分断することができれば特に制限されない。

サンプルはサンプル導入部（サンプル導入孔１１１）において加圧されることでサンプル流路（サンプル流路溝１１２）を流れ、分散媒は分散媒導入部（分散媒導入孔１１３）で加圧されることで分散媒流路（分散媒流路溝１１４）を流れる。代わりに、サンプルおよび分散媒は、分散液回収部（分散液回収孔１１７）において減圧されることでサンプル流路（サンプル流路溝１１２）および分散媒流路（分散媒流路溝１１４）に取り込まれてもよい。

図４に示されるように、分散液生成部（分散液生成凹部１１５）において、２つのサンプル流路（サンプル流路溝１１２）から流れてきたサンプルは、２つの分散媒流路（分散媒流路溝１１４）を流れてきた分散媒によって分断される。これにより、サンプルは周囲を分散媒で囲まれた液滴となり、サンプルの液滴が分散媒中に分散した分散液が生成される。

液滴を含む分散液は、分散液流路（分散液流路溝１１６）を流れ、分散液回収部（分散液回収孔１１７）に到達する。

（効果）
本発明の実施の形態に係る流体取扱装置１００によれば、流路や凹部に接着剤が露出していない。そのため、サンプル中に固体が含まれていたり、液体中にゴミなどの異物が含まれていたりしても流路中にそれらが接着されて蓄積することを抑制することができる。これにより、本発明実施の形態に係る流体取扱装置１００によれば、液滴を安定的に生成することができる。

本発明の流体取扱装置、および流体取扱方法は、例えば、臨床検査や食物検査、環境検査等に適用可能である。

１００ 流体取扱装置
１０１ 基板
１０２ フィルム
１１１ サンプル導入孔
１１２ サンプル流路溝
１１３ 分散媒導入孔
１１４ 分散媒流路溝
１１５ 分散液生成凹部
１１６ 分散液流路溝
１１７ 分散液回収孔
１２０ 接着層
１２１ 露出した接着剤
１２２ 被覆されている接着剤

Claims (5)

1. 基板と、前記基板の一方の面に接着されたフィルムとを有し、
   前記基板は、
   サンプルを流すためのサンプル流路を前記フィルムと共に形成するためのサンプル流路溝と、
   分散媒を流すための分散媒流路を前記フィルムと共に形成するための分散媒流路溝と、
   前記サンプル流路および前記分散媒流路に接続され、前記サンプルを前記分散媒で分断して前記サンプルの液滴が前記分散媒中に分散した分散液を生成するための分散液生成部を前記フィルムと共に形成するための分散液生成凹部と、
   前記分散液生成部に接続され、前記分散液を流すための分散液流路を前記フィルムと共に形成するための分散液流路溝と、
   を有し、
   前記フィルムは、前記サンプル流路溝、前記分散媒流路溝、前記分散液生成凹部、および前記分散液流路溝に対向する部分に、被覆材により被覆されている接着剤を含む、
   流体取扱装置。
2. 前記フィルムは、前記基板の前記一方の面に前記接着剤により接着されている、請求項１に記載の流体取扱装置。
3. 前記被覆材により被覆されている接着剤は、カプセル内に封入されている接着剤である、請求項１または２に記載の流体取扱装置。
4. 前記被覆材により被覆されている接着剤は、圧力によって前記被覆材が破壊されて接着剤が露出する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の流体取扱装置。
5. 前記サンプル流路は、固体を含むサンプルを流すための流路である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の流体取扱装置。

Images