JP2021162548A - Fluid handling device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、流体取扱装置に関する。 The present invention relates to a fluid handling device.
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。 In clinical tests, food tests, environmental tests, etc., high-precision analysis of cells and trace amounts of objects to be analyzed such as proteins and nucleic acids may be required. As one of the methods for analyzing a small amount of an object to be analyzed, a method of generating minute droplets having a diameter of 0.1 to 1000 μm from a liquid containing the object to be analyzed and observing or analyzing the droplets is used. be.
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。 The droplets can be generated by flowing a dispersion medium (for example, oil) so as to sandwich the flowing sample and dividing the flowing sample. For example, Patent Document 1 discloses a method of generating droplets by discharging a continuous phase flowing through a microchannel in a direction in which a dispersed phase intersects with each other.
図1は特許文献1に示されるような装置で液滴が生成される様子を示す。図1では、サンプル流路112を流れてきたサンプルを、分散媒流路114を流れてきた分散媒で分断して液滴が生成している。ここで液滴を生成する装置(流体取扱装置)では一般に液滴を安定的に生成することが求められる。
FIG. 1 shows how droplets are generated by an apparatus as shown in Patent Document 1. In FIG. 1, a sample flowing through the
しかし、特許文献1に示されるような装置では、例えば、図2に示されるように、サンプル流路112を流れるサンプルに対して、分散媒流路114を流れる分散媒を挟み混むように流してもサンプルが分断されず、サンプルが流路の壁面を層流となって流れて液滴を生成しないことがある。特に、サンプルの粘度が高いときにこのようにサンプルが壁面を層流となって流れてしまうことが多い。
However, in an apparatus as shown in Patent Document 1, for example, as shown in FIG. 2, the dispersion medium flowing through the dispersion
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。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a fluid handling device capable of generating droplets more stably.
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た分散液流路と、を有し、前記分散液生成部は突起を有する、流体取扱装置。
The present invention provides the following fluid handling devices.
A sample flow path for flowing a sample, a dispersion medium flow path for flowing a dispersion medium, and the sample flow path and the dispersion medium flow path are connected, and the sample is divided by the dispersion medium to divide the sample liquid. It has a dispersion liquid generation unit for generating a dispersion liquid in which droplets are dispersed in the dispersion medium, and a dispersion liquid flow path connected to the dispersion liquid generation unit, and the dispersion liquid generation unit has protrusions. , Liquid handling equipment.
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。 According to the present invention, it is possible to provide a fluid handling device capable of generating droplets more stably.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the dimensions or dimensional ratios shown in the drawings may differ from the actual dimensions or dimensional ratios for the sake of clarity.
(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3Aに示し、図3Aに示すB−B線の断面図を図3Bに示す。また、流体取扱装置100の基板101の底面図を図4に示し、分散液生成部115の拡大図を図5に示す。
(Fluid handling device)
A plan view of the
本発明の一実施の形態に係る流体取扱装置100は、図3Bに示すように、溝および貫通孔を形成された基板101と、溝および貫通孔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3A〜図5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117、分散液回収部118を有する。この後説明するように、分散液生成部115は突起116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118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。
As shown in FIG. 3B, the
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2つあり、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。
The
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2つあり、流体取扱装置100の長手方向および短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。また、本実施の形態では、2つのサンプル流路112が途中で合流し、合流したサンプル流路112が分散液生成部115に接続されている。
The
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。
The shape of the cross section of the
なお、上記では、流体取扱装置100が2つのサンプル導入部111および2つのサンプル流路112を有する場合を説明したが、サンプル導入部111およびサンプル流路112の数は、サンプルを流すことができれば特に制限されず、例えばそれぞれ1つであってもよい。
In the above description, the case where the
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。
The dispersion
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。
The dispersion
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。
The shape of the cross section of the dispersion
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、サンプルを分断できれば特に制限されず、例えばそれぞれ1つであってもよい。
In the above description, the case where the
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5参照)。
The dispersion
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。
The size of the opening (downstream end of the sample flow path 112) of the
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。
The size of the opening (downstream end of the dispersion medium flow path 114) of the dispersion
分散液生成部115は、突起116を有する。突起116は、サンプル流路112を流れてきたサンプルを突起116の表面に纏わり付かせながら流す。これにより突起116はサンプルの流れを方向付け、サンプルが分散液流路117の壁に付着するように流れることを抑制し、液滴を安定的に生成するようにする。
The dispersion
突起116の一部は、分散液生成部115外(例えばサンプル流路112内)に配置されていてもよいが、突起116の少なくとも一部は、分散液生成部115に配置されている。また、突起116の上流側(サンプル流路112側)の部分は、少なくとも、サンプル流路112を流れてきたサンプルが接触する位置にあることが好ましい。突起116の上流側の部分にサンプルが接触することで、その後、サンプルが突起116の側面を纏わり付くように流れてサンプルの流れが方向付けられる。一方、突起116の下流側(分散液流路117側)の端部は分散液流路117の流路幅(または流路幅の延長線)の内側に収まる位置にあることが好ましい。突起116の下流側の端部が分散液流路117の流路幅の内側に収まる位置にあることでサンプルが分散液流路117の壁に付着するように流れることを抑制することができる。
A part of the
突起116の形状は、その表面にサンプルが纏わり付くように流れてサンプルの流れを方向付けることができれば特に制限されない。突起116は例えば図4、5に示されるように平面視したときに左右対称であることが好ましい。より具体的には、突起116は、サンプル流路112と分散液生成部115との接続部(分散液生成部115におけるサンプル流路112の開口部)におけるサンプル流路112の幅方向の中心と、分散液流路117と分散液生成部115との接続部(分散液生成部115における分散液流路117の開口部)における分散液流路117の幅方向の中心とを結ぶ線に対して線対称であることが好ましい。また、突起116はその左右を流れてきたサンプルが下流側において合流することを容易にするためのテーバー部を含むことが好ましい。「テーパー部」とは、上流側(サンプル流路112側)から下流側(分散液流路117側)に向かうにつれて幅が狭くなる部分を意味する。このテーパー部は、分散液流路117の流路幅の中心に向かって細くなるテーパー状になっていることが好ましい。このようにすることで、サンプルが流路の中心を流れ、サンプルが分散液流路117の壁に付着するように流れることが抑制される。
The shape of the
また、突起116の上流側(サンプル流路112側)の部分は、突起116の表面に纏わり付くサンプルの量を多くしてサンプルの流れを方向付けるためにある程度大きな表面積を有することが好ましい。一方、突起116の下流側(分散液流路117側)の部分は、突起116の周囲を流れてきたサンプルを合流させるためにテーパー部を有することが好ましい。結果として、突起116の下流側は上流側よりも比較的小さな表面積を有することが好ましい。また、結果として、突起116の全体としては、平面視したときに上流から下流へ先細るテーパー状になっていることが好ましい。具体的には、突起116は例えば図4、図5に示されるように平面視で水滴状である。なお、これ以外の平面視したときの突起116の形状の例を図6A〜Iに示す。
Further, the portion on the upstream side (
また、突起116の上流側の部分と下流側の部分との間は、その表面に沿ってサンプルを流れ易くするために急激な角度変化がないことが好ましい。突起116の上流側の部分と下流側の部分との間は、例えば、滑らかな曲面、または平面であることが好ましい。また、突起116はサンプルの流れを方向づけるという観点から細長いことが好ましい。具体的には、流路幅の方向の長さ(サンプル流路幅または分散液流路幅の方向の長さ)よりも流体の流れる方向の長さ(流路幅に垂直な方向の長さ)の方が長いことが好ましい。
Further, it is preferable that there is no sudden change in angle between the upstream portion and the downstream portion of the
また、流体取扱装置100を平面視したとき、突起116の少なくとも一部は、サンプル流路112と分散液生成部115との接続部(分散液生成部115におけるサンプル流路112の開口部)におけるサンプル流路112の幅方向の中心と、分散液流路117と分散液生成部115との接続部(分散液生成部115における分散液流路117の開口部)における分散液流路117の幅方向の中心とを結ぶ線上に位置することが好ましい。具体的には、平面視したときに線対称である突起116の対称軸が、上記の線上に位置することが好ましい。このようにすることでサンプルを流路の真ん中に流すことができ、分散液流路117の壁にサンプルが付着するように流れることを抑制することができる。
Further, when the
突起116の立体形状は特に制限されず、突起116の立体形状の例には、柱体、錐体等が含まれる。すなわち、突起116の水平断面は、突起の底部から頂部まで同じであってもよいし、異なっていてもよい。
The three-dimensional shape of the
突起116の高さは特に制限されない。突起116の高さは、例えば、分散液流路117を断面視したときに、流路の高さと同じか、流路の高さの8割程度〜5割程度であればよい。
The height of the
突起116は製造のしやすさという観点から基板101(溝の底面)から突出している構造物であることが好ましい。また、突起116はフィルム102側から突出した構造物であってもよい。
The
分散液流路117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117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117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117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117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118に接続される。
The dispersion
分散液流路117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117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。
The shape of the cross section of the dispersion
分散液回収部118は、分散液流路117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118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118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118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118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118の形状は、円柱形状である。分散液回収部118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。
The dispersion
(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。
(Fluid handling method)
Next, a method of generating and collecting droplets of a sample using the
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。
First, a sample is introduced into the
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。 The sample is, for example, a liquid to be sorted as a droplet, or a liquid containing an object to be sorted by encapsulating the sample in the droplet. Examples of samples include liquids containing cells, proteins, nucleic acids, etc. In addition, the sample may contain a dispersion solvent for dispersing the subject to be sorted such as the above-mentioned cells, proteins, nucleic acids and the like.
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。
The dispersion medium is not particularly limited as long as it has low compatibility with the sample and can divide the sample flowing through the
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118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。
The sample flows through the
図5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、突起116に纏わり付くように流れる。そして、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。
As shown in FIG. 5, in the dispersion
サンプルは上記のように突起116に纏わり付くように流れる。これにより、サンプルが図2に示されるように分散液流路117の壁に付着して流れることが抑制され、液滴が生成しないことが抑制される。
The sample flows so as to cling to the
(効果)
本発明に係る流体取扱装置によれば、液滴をより安定的に生成することができる。特に、サンプルは粘度高いときに分散液流路117の壁に付着するように流れ易い。そのため本発明に係る流体取扱装置は、サンプルの粘度が高いときに特に有用である。
(effect)
According to the fluid handling apparatus according to the present invention, droplets can be generated more stably. In particular, when the viscosity is high, the sample tends to flow so as to adhere to the wall of the dispersion
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。 The fluid handling device and the fluid handling method of the present invention can be applied to, for example, clinical tests, food tests, environmental tests, and the like.
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 突起
117 分散液流路
118 分散液回収部
100
Claims (5)
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た分散液流路と、
を有し、
前記分散液生成部は突起を有する、
流体取扱装置。 A sample flow path for flowing the sample and
A dispersion medium flow path for flowing the dispersion medium and
A dispersion liquid generation unit connected to the sample flow path and the dispersion medium flow path and for dividing the sample with the dispersion medium to generate a dispersion liquid in which droplets of the sample are dispersed in the dispersion medium.
The dispersion liquid flow path connected to the dispersion liquid generation unit and
Have,
The dispersion liquid generating portion has protrusions.
Fluid handling device.
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JP2020067317A JP2021162548A (en) | 2020-04-03 | 2020-04-03 | Fluid handling device |
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2020
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