JP2021139792A - 流体取扱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】より効率的に液滴を回収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】サンプルを流すためのサンプル流路と、分散媒を流すための分散媒流路と、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と、前記分散液流路に接続され、前記分散液流路を流れる前記分散液から前記分散媒を回収するための分散媒回収流路と、を有する、流体取扱装置。【選択図】図２

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。

国際公開第２００２／０６８１０４号

上記のような液滴の生成において、サンプル流量に対するオイル流量の比（オイル流量／サンプル流量）を大きくするほど流れるサンプルを確実に分断でき、液滴を安定的に生成できる。また、このようにすると生成される液滴のサイズも一定になりやすい。

生成した液滴は一般に回収され貯留されることになるが、液滴は上記のようにオイルによって分断されて生成するためオイル中に存在し、オイルとともに回収される。このため、液滴を貯留するための貯留槽は生成した液滴の合計容積よりも大きなものが必要となり、また回収された液滴はオイル中に比較的低密度で存在することになりやすい。このような問題は、たとえば、上記のようにオイル流量の比を大きくすると特に顕著となる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、より効率的に液滴を回収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。
サンプルを流すためのサンプル流路と、分散媒を流すための分散媒流路と、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と、前記分散液流路に接続され、前記分散液流路を流れる前記分散液から前記分散媒を回収するための分散媒回収流路と、を有する、流体取扱装置。

本発明によれば、より効率的に液滴を回収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、図２に示す基板の部分拡大斜視図である。 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に示し、基板１０１の部分拡大斜視図を図３に示す。

本発明の一実施の形態に係る流体取扱装置１００は、図１Ｂに示すように、溝および貫通穴を形成された基板１０１と、溝および貫通穴の開口部を塞ぐように基板１０１の一方の面に接合されたフィルム１０２とにより構成される。図１Ａ〜図３に示すように、流体取扱装置１００は、サンプル導入部１１１、サンプル流路１１２、分散媒導入部１１３、分散媒流路１１４、分散液生成部１１５、分散液流路１１６、分散液回収部１１７、分散媒回収流路１１８および分散媒回収部１１９を有する。なお、サンプル導入部１１１、分散媒導入部１１３、分散液回収部１１７、分散媒回収部１１９は任意の構成要素である。以下、各構成要素について、流体の流れに沿うように説明する。

サンプル導入部１１１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。本実施の形態では、サンプル導入部１１１は、基板１０１に形成された貫通孔とこの貫通孔の一方の開口部を塞ぐフィルム１０２とによって構成される。サンプル導入部１１１の構造は、サンプル流路１１２にサンプルを導入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、サンプル導入部１１１は、サンプルを受け入れることができる有底の凹部である。また、サンプル導入部１１１の形状も特に制限されない。本実施の形態では、サンプル導入部１１１の形状は、円柱形状である。

サンプル流路１１２は、サンプル導入部１１１に接続されており、サンプル導入部１１１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１１２は、基板１０１に形成された溝とこの溝の開口部を塞ぐフィルム１０２とによって構成される。サンプル流路１１２の構造は、サンプルを適切に流すことができれば特に制限されない。本実施の形態では、サンプル流路１１２は、流体取扱装置１００の長手方向に延在する流路である。サンプル流路１１２の上流端はサンプル導入部１１１に接続され、下流端は分散液生成部１１５に接続される。

サンプル流路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。

分散媒導入部１１３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。本実施の形態では、流体取扱装置１００には２つの分散媒導入部１１３が設けられており、各分散媒導入部１１３は、基板１０１に形成された貫通孔とこの貫通孔の一方の開口部を塞ぐフィルム１０２とによって構成される。分散媒導入部１１３の構造は、分散媒流路１１４に分散媒を導入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、分散媒導入部１１３は、分散媒を受け入れることができる有底の凹部である。また、分散媒導入部１１３の形状も特に制限されない。本実施の形態では、分散媒導入部１１３の形状は、円柱形状である。

分散媒流路１１４は、分散媒導入部１１３に接続されており、分散媒導入部１１３に導入された分散媒（例えばオイル）を流すための流路である。本実施の形態では、流体取扱装置１００には２つの分散媒流路１１４が設けられており、各分散媒流路１１４は、基板１０１に形成された溝とこの溝の開口部を塞ぐフィルム１０２とによって構成される。本実施の形態では、分散媒流路１１４は、流体取扱装置１００の短手方向に延在する流路である。一方の分散媒流路１１４の上流端は一方の分散媒導入部１１３に接続し、下流端は分散液生成部１１５に接続される。また、他方の分散媒流路１１４の上流端は他方の分散媒導入部１１３に接続し、下流端は分散液生成部１１５に接続される。

分散媒流路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が２つの分散媒導入部１１３および２つの分散媒流路１１４を有する場合を説明したが、分散媒導入部１１３および分散媒流路１１４の数は、特に制限されず、例えば１つであってもよい。

分散液生成部１１５は、サンプル流路１１２および分散媒流路１１４に接続され、サンプル流路１１２を流れるサンプルを分散媒流路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。分散液生成部１１５は、サンプル流路１１２に対して分散媒流路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１１２の左右両側から分散媒流路１１４が接続しており、サンプル流路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）。

分散液生成部１１５におけるサンプル流路１１２の開口部（サンプル流路１１２の下流端）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１１２のサンプル流路１１２の開口部と略同じとなる。このため、サンプル流路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。

分散液生成部１１５における分散媒流路１１４の開口部（分散媒流路１１４の下流端）の大きさは、液滴の大きさ、数、生成歩留まり等に影響を及ぼす。このため、分散媒流路１１４の開口部の大きさ（深さおよび幅）は、サンプルの種類等に応じて適宜選択される。

分散液流路１１６は、分散液生成部１１５に接続されており、分散液生成部１１５で生成された液滴を含む分散液を流すための流路である。本実施の形態では、分散液流路１１６は、基板１０１に形成された溝とこの溝の開口部を塞ぐフィルム１０２とによって構成される。分散液流路１１６の構造は、液滴を適切に流すことができれば特に制限されない。本実施の形態では、分散液流路１１６は、サンプル流路１１２と連続して流体取扱装置１００の長手方向に延在する流路である。分散液流路１１６の上流端は分散液生成部１１５に接続し、下流端は分散液回収部１１７に接続される。

分散液流路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１１６の断面の大きさ（深さおよび幅）は、液滴の移動を妨げないようにサンプル流路１１２の断面の大きさ（深さおよび幅）以上であることが好ましい。

分散液回収部１１７は、分散液流路１１６に接続されており、液滴を含む分散液を回収するための取出口である。本実施の形態では、分散液回収部１１７は、基板１０１に形成された貫通孔とこの貫通孔の一方の開口部を塞ぐフィルム１０２とによって構成される。分散液回収部１１７の構造は、液滴を含む分散液を回収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、分散液回収部１１７は、分散液を収容することができる有底の凹部である。また、分散液回収部１１７の形状も特に制限されない。本実施の形態では、分散液回収部１１７の形状は、円柱形状である。分散液回収部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が、本実施の形態に係る流体取扱装置１００によれば分散液中の分散媒の量を少なくすることができる。そのため、分散液回収部１１７の大きさを比較的小さくすることができる。

分散媒回収流路１１８は、分散液流路１１６に接続されており、分散液流路１１６を流れる分散液から分散媒を回収するための流路である。本実施の形態では、流体取扱装置１００には６つの分散媒回収流路１１８（途中で合流した後は２つの分散媒回収流路１１８）が設けられており、各分散媒回収流路１１８は、基板１０１に形成された溝とこの溝の開口部を塞ぐフィルム１０２とによって構成される。分散媒回収流路１１８の上流端は分散液流路１１６に接続し、下流端は分散媒回収部１１９に接続される。分散媒回収流路１１８の数は、回収するオイルの量に応じて適宜選択されればよく、１つでも複数でもよい。

分散媒回収流路１１８は、液滴の通過を妨げるための、分散液流路１１６より狭い部分、より具体的には液滴の直径より狭い部分を含むことが好ましい。このような部分を設けることにより、分散液流路１１６から分散液のみを回収して、分散液流路１１６内を流れる分散液中の液滴の密度を高めることができる。液滴が分散媒回収流路１１８内に入り込むのを防ぐ観点からは、分散媒回収流路１１８の分散液流路１１６より狭い部分は、分散媒回収流路１１８の分散液流路１１６との接続部（分散媒回収流路１１８の上流端）に配置されていることが好ましい。

図３は、基板１０１の部分拡大斜視図である。図３は、分散媒回収流路１１８が分散液流路１１６より狭い部分を有する場合の一態様を示す。図３において、当該部分は、分散媒回収流路１１８の分散液流路１１６との接続部（分散媒回収流路１１８の上流端）にある。また、分散媒回収流路１１８の深さが分散液流路１１６の深さより浅いことによって、分散媒回収流路１１８が分散液流路１１６より狭い部分を有するようになっている。また、図３においては、分散媒回収流路１１８は、その全長に渡って分散液流路１１６より深さが浅い。

分散媒回収流路１１８が分散液流路１１６より狭い部分を有する態様は、液滴の通過を妨げることができれば特に制限されない。具体的には、例えば分散媒回収流路１１８の幅が分散液流路１１６の幅より狭いようにしてもよく、分散媒回収流路１１８の深さを分散液流路１１６より浅くしてもよく、また、分散媒回収流路１１８の一部に凸部を設けてもよい。

分散媒回収部１１９は、分散媒回収流路１１８に接続されており、分散媒を回収するための取出口である。本実施の形態では、分散媒回収部１１９は基板１０１に形成された貫通孔とこの貫通孔の一方の開口部を塞ぐフィルム１０２とによって構成される。分散媒回収部１１９の構造は、分散媒を回収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、分散媒回収部１１９は、分散媒を収容することができる有底の凹部である。また、分散媒回収部１１９の形状も特に制限されない。本実施の形態では、分散媒回収部１１９の形状は、円柱形状である。分散媒回収部１１９の大きさは、回収する分散媒の量に応じて適宜設定されればよい。

（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１１１にサンプルを導入し、２つの分散媒導入部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、上記の細胞、タンパク質、または核酸等などの被選別物を分散させるための分散溶媒を含んでいてもよい。

上記分散媒は、サンプルとの相溶性が低く、分散液生成部１１５においてサンプル流路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１１１において加圧されることでサンプル流路１１２を流れ、分散媒は分散媒導入部１１３で加圧されることで分散媒流路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１１７および分散媒回収部１１９において減圧されることでサンプル流路１１２および分散媒流路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１１５において、サンプル流路１１２から流れてきたサンプルは、２つの分散媒流路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１１６を流れ、分散液回収部１１７に到達する。このとき、分散液中の液滴は、分散液流路１１６に接続された分散媒回収流路１１８内に入り込むことができないが、分散液中の分散媒は分散媒回収流路１１８内に入り込むことができる。分散媒回収流路１１８は、液滴の通過を妨げるための、分散液流路１１６より狭い部分（液滴の直径より狭い部分）を含むからである。これにより、分散媒の一部は、分散媒回収流路１１８を通って分散媒回収部１１９に到達し、回収される。一方、液滴の密度が高まった分散液は、分散液回収部１１７に到達し、回収される。

（効果）
本発明に係る流体取扱装置１００によれば、分散液中の液滴の密度を高めて液滴を効率的に回収することができる。そのため、必要とされる分散液回収部１１７のサイズを小さくすることができる。また、サンプル流量に対するオイル流量の比（オイル流量／サンプル流量）を大きくしても効率的に液滴を回収することができる。

本発明の流体取扱装置は、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 サンプル導入部
１１２ サンプル流路
１１３ 分散媒導入部
１１４ 分散媒流路
１１５ 分散液生成部
１１６ 分散液流路
１１７ 分散液回収部
１１８ 分散媒回収流路
１１９ 分散媒回収部

Claims (7)

1. サンプルを流すためのサンプル流路と、
   分散媒を流すための分散媒流路と、
   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と、
   前記分散液流路に接続され、前記分散液流路を流れる前記分散液から前記分散媒を回収するための分散媒回収流路と、
   を有する、流体取扱装置。
2. 前記分散媒回収流路は、前記液滴の通過を妨げるための、前記分散液流路より狭い部分を含む、請求項１に記載の流体取扱装置。
3. 前記分散媒回収流路の前記分散液流路より狭い部分は、前記分散媒回収流路の前記分散液流路との接続部に配置されている、請求項２に記載の流体取扱装置。
4. 前記分散媒回収流路の前記分散液流路より狭い部分の深さは、前記分散液流路の深さより浅い、請求項２または３に記載の流体取扱装置。
5. 前記分散媒回収流路の前記分散液流路より狭い部分は、前記液滴の直径より狭い、請求項１〜４のいずれか一項に記載の流体取扱装置。
6. 複数の前記分散媒回収流路を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の流体取扱装置。
7. 前記サンプル流路に接続されたサンプル導入部と、
   前記分散媒流路に接続された分散媒導入部と、
   前記分散液流路に接続された分散液回収部と、
   前記分散媒回収流路に接続された分散媒回収部と、
   をさらに有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の流体取扱装置。

Images