JP2022049382A - 流体取扱装置および流体取扱装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】導入部内に液体が残留しにくく、かつ流路の少なくとも一部が撥水処理されていない流体取扱装置を提供すること。【解決手段】流体取扱装置は、液体を導入するための導入部と、液体を排出するための排出部と、一端が導入部に接続され、他端が排出部に接続された流路と、流路に配置されたバルブと、を有し、導入部の内面は、撥水性であり、排出部の内面と、流路の内面の少なくとも一部とは、撥水性ではない。【選択図】図２

Description

本発明は、流体取扱装置および流体取扱装置の製造方法に関する。

近年、タンパク質や核酸などの微量な物質の分析を高精度かつ高速に行うために、流体取扱装置が使用されている。流体取扱装置は、分析に必要な試薬および試料の量が少なくてよいという利点を有しており、臨床検査や食物検査、環境検査などの様々な用途での使用が期待されている。流体取扱装置としては、複数のマイクロ流路を有し、微量な試料を解析できる流体取扱装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１には、流体の入り口となる流路入口と、流体の出口となる流路出口と、流路入口および流路出口を接続したマイクロ流路とを有するマイクロ流路デバイス（流体取扱装置）が記載されている。特許文献１に記載のマイクロ流路デバイスでは、流路入口から液体を導入して、流路出口から液体を排出する。

国際公開第２００２／０６８１０４号

しかしながら、特許文献１のマイクロ流路デバイスでは、流路入口の内面に液体が残留してしまうことにより、所定量の液体を送液できない場合や、送液する液体に気泡が混入してしまう場合がある。ここで、流路入口の内面に液体が残留することを防止するために、流路入口の内面を撥水処理することが考えられる。例えば、流路入口から液体の撥水化剤を送液し、撥水処理した後、流路出口から撥水化剤を排出することで、流路入口の内面を撥水処理することが考えられる。このとき、流路入口の内面だけでなく、マイクロ流路の内面もすべて撥水処理される。このようにマイクロ流路の内面がすべて撥水処理されると、マイクロ流路内に撥水化剤に含まれる有機溶剤が残りやすくなり、所期の分析を適切に行うことができなくなるおそれがある。また、撥水処理のコストが増大してしまう。

そこで、本発明の目的は、導入部内に液体が残留しにくく、かつ流路の少なくとも一部が撥水処理されていない流体取扱装置を提供することである。また、本発明の別の目的は、導入部内に液体が残留しにくく、かつ流路の少なくとも一部が撥水処理されていない流体取扱装置の製造方法を提供することである。

本発明の一実施の形態に係る流体取扱装置は、液体を導入するための導入部と、液体を排出するための排出部と、一端が前記導入部に接続され、他端が前記排出部に接続された流路と、前記流路に配置されたバルブと、を有し、前記導入部の内面は、撥水性であり、前記排出部の内面と、前記流路の内面の少なくとも一部とは、撥水性ではない。

本発明の一実施の形態に係る流体取扱装置の製造方法は、液体を導入するための導入部と、液体を排出するための排出部と、一端が前記導入部に接続され、他端が前記排出部に接続された流路と、前記流路に配置されたバルブとを有する、流体取扱装置を準備する工程と、前記バルブを閉じるとともに、前記導入部から撥水化剤を導入し、前記撥水化剤により、前記導入部の内面を撥水処理する工程と、を有する。

本発明の流体取扱装置は、導入部内に液体が残留しにくく、かつ流路の少なくとも一部が撥水処理されていないため、微量な物質の分析を高精度かつ高速に行うことができる。

図１Ａ～Ｃは、本発明の一実施の形態に係る流体取扱装置の構成を示す図である。 図２Ａ～Ｃは、本発明の一実施の形態に係る流体取扱装置の製造方法を説明するための図である。

以下、本発明の一実施の形態に係る流体取扱装置および流体取扱装置の製造方法について、図面を参照して詳細に説明する。

（流体取扱装置の構成）
図１Ａ～Ｃは、本発明の一実施の形態に係る流体取扱装置の構成を示す模式図である。図１Ａは、図１Ｂに示されるＡ－Ａ線の断面図であり、図１Ｂは、平面図であり、図１Ｃは、底面図である。

図１Ａ～Ｃに示されるように、流体取扱装置１００は、基板１１０およびフィルム１２０から構成されており、基板１１０の一方の面にフィルム１２０が接合されている。フィルム１２０および基板１１０で囲まれた領域は、流体を流すための流路１３３となる。流体取扱装置１００は、導入部１３１と、排出部１３２と、流路１３３と、バルブ１３５とを有する。流体の例には、試薬や液体試料、気体、紛体などが含まれる。

基板１１０は、透明な略矩形の樹脂基板である。基板１１０の厚さは、特に限定されない。導入部１３１を含む基板１１０の厚さは、例えば１ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。基板１１０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１１０の材料の例には、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリエーテル、ポリエチレン、シクロオレフィンポリマーおよびシクロオレフィンコポリマーが含まれる。

基板１１０には、流路溝と、複数の貫通孔とが形成されている。基板１１０には、第１貫通孔１１１と、第２貫通孔１１２と、流路溝１１３とが形成されている。流路溝１１３が形成されている面には、フィルム１２０が接合されている。基板１１０にフィルム１２０が接合されることにより、第１貫通孔１１１は導入部１３１となり、第２貫通孔１１２は排出部１３２となり、流路溝１１３は流路１３３となる。なお、流路溝１１３の数と、貫通孔の数とは、特に限定されず、分析内容に応じて適宜設定される。

フィルム１２０は、透明な略矩形の樹脂製のフィルムである。フィルム１２０は、基板１１０に接合されたときに、基板１１０と反対側に凸のダイヤフラム部１２１を有する。フィルム１２０の厚みは、例えば３０μｍ以上３００μｍ以下である。また、フィルム１２０の材料も、特に限定されない。フィルム１２０の材料は、公知の樹脂から適宜選択されうる。フィルム１２０の材料の例には、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリエーテル、ポリエチレン及び、シクロオレフィンポリマー、シクロオレフィンコポリマーなどが含まれる。フィルム１２０は、例えば熱圧着やレーザ溶着、接着剤などにより基板１１０に接合される。

導入部１３１は、流路１３３の一端に接続されており、かつ外部に開放された有底の凹部である。凹部の底面には、流路１３３の一端が開口している。導入部１３１は、基板１１０に形成されている第１貫通孔１１１と、第１貫通孔１１１の一方の開口部を閉塞しているフィルム１２０とから構成されている。導入部１３１の大きさは、特に限定されず、必要に応じて適宜設計されうる。本実施の形態では、導入部１３１の形状は、略円柱形状である。導入部１３１の底面（第１流路１３３側端部）は、テーパー形状である。すなわち、導入部１３１の底面は、流路１３３に向かうにつれて断面積が小さくなるように形成されていることが好ましい。また、本実施の形態では、導入部１３１の内径は、２ｍｍ程度である。

導入部１３１の内面は、撥水性を有する。ここで、撥水性とは、例えば接触角により規定される。撥水性は、例えばＲｅｖｅｒｓｅ Ｏｓｍｏｓｉｓ（ＲＯ）水、イオン交換水、蒸留水、および精製水などの純水に対する接触角が９０°以上であることを意味する。本実施の形態では、接触角は、例えば９０°以上であり、１１０°以上がより好ましく、１５０°以上がさらに好ましい。また、撥水性でない条件は、当該接触角が９０°未満であることを意味する。

撥水性を備えるために、導入部１３１の内面には、例えば、疎水性の物質が被膜として設けられてもよい。被膜の例には、フッ素被膜が含まれる。当該被膜を形成するための撥水化剤の例には、フロロサーフ（登録商標）（株式会社フロロテクノロジー）、ＨＩＲＥＣ（登録商標）（エヌ・ティ・ティ・アドバンステクノロジ株式会社）が含まれる。コーティング方法の例には、ディッピング処理、プラズマ処理が含まれる。

流路１３３は、導入部１３１および排出部１３２を繋ぐ流路である。流路１３３の一端は導入部１３１に接続されており、第１流路１３３の他端には排出部１３２が配置されている。流路１３３は、基板１１０に形成されている流路溝１１３と、流路溝１１３を閉塞しているフィルム１２０とから構成されている。流路１３３の構造は、液体を適切に流すことができれば特に制限されない。流路１３３の断面の形状は、特に制限されず、半円状や矩形状、円形状など、いずれの形状でもよい。流路１３３の断面の大きさも、特に制限されない。流路１３３の断面形状は、例えば、一辺の長さ（幅および深さ）が数十μｍ程度の略矩形状である。流路１３３の断面積は、流体の流れ方向において、一定でもよいし、一定でなくてもよい。本実施の形態では、流路１３３の断面積は、流路１３３の上流端から下流端まで一定である。流路１３３の内面の少なくとも一部は、撥水性でない。

バルブ１３５は、流路１３３に配置されている。バルブ１３５は、流路１３３の中央部分に配置されていてもよいし、流路１３３の導入部１３１側の端部に配置されていてもよい。本実施の形態では、バルブ１３５は、流路１３３の中央部分に配置されていている。バルブ１３５の構成は、流路１３３を接続および遮断できれば特に限定されない。本実施の形態では、バルブ１３５は、隔壁１１５と、ダイヤフラム部１２１とを有する。隔壁１１５は、流路１３３内部に配置されている。隔壁１５は、流路溝１１３を隔てる壁である。ダイヤフラム部１２１は、フィルム１２０の一部であり、隔壁１１５に対向して配置されている。ダイヤフラム部１２１の平面視形状は特に限定されないが、例えば円形である。また、ダイヤフラム部１２１は、基板１１０と反対側に凸の形状である。バルブ１３５が閉じた状態では、隔壁１１５およびダイヤフラム部１２１が離間しており、流路１３３が連通している。バルブ１３５が開いた状態では、隔壁１１５およびダイヤフラム部１２１が密着しており、流路１３３が遮断されている。

排出部１３２は、流路１３３の他端に接続されており、かつ外部に開放された有底の凹部である。凹部の底面には、流路１３３の他端が開口している。排出部１３２は、基板１１０に形成されている第２貫通孔１１２と、第２貫通孔１１２の一方の開口部を閉塞しているフィルム１２０とから構成されている。排出部１３２の大きさは、特に限定されず、必要に応じて適宜設計されうる。本実施の形態では、排出部１３２の形状は、略円柱形状である。排出部１３２の底面の形状は特に限定されないが、本実施の形態では、テーパー形状である。また、本実施の形態では、排出部１３２の内径は、２ｍｍ程度である。排出部１３２の内面は、撥水性ではない。

（流体取扱装置の製造方法）
ここで、流体取扱装置１００の製造方法について説明する。図２Ａ～Ｃは、流体取扱装置１００の製造方法を説明するための図である。流体取扱装置１００の製造方法は、流体取扱装置１００を準備する工程と、撥水処理する工程と、撥水化剤を除去する工程とを有する。なお、ここでは、コーティング剤を塗布により撥水処理する工程を含む流体取扱装置１００の製造方法について説明する。

流体取扱装置１００を準備する工程では、上述した導入部１３１と、液体を排出するための排出部１３２と、一端が導入部１３１に接続され、他端が排出部１３２に接続された流路１３３と、流路１３３に配置されたバルブ１３５とを有する流体取扱装置１００を準備する。流体取扱装置１００は、市販品を準備してもよいし、製造して準備してもよい。

図２ＡおよびＢに示されるように、撥水処理する工程では、導入部１３１の内面を撥水処理する。本実施の形態では、バルブ１３５が流路１３３の中央部分に配置されているため、導入部１３１の内面と、流路１３３の内面の一部とを撥水処理する。より具体的には、バルブ１３５を「閉」とするとともに、導入部１３１から撥水化剤を導入して、撥水処理する。ここで、撥水処理する方法の例には、プラズマ処理と、コーティング剤を塗布する方法とが含まれる。

コーティング剤を塗布する方法では、導入部１３１から撥水化剤を導入する。導入部１３１から導入された撥水化剤は、流路１３３の上流から下流に向かって進行する。撥水化剤がバルブ１３５に到達したら、バルブ１３５を閉じる。このとき、バルブ１３５が閉じているため、撥水化剤は、導入部１３１から、導入部１３１および流路１３３の上流側に導入される。この状態で、所定の温度、所定の時間載置する。これにより、導入部１３１の内面と、流路１３３の内面の上流側が撥水処理される。このとき、導入部１３１の内面と、流路１３３の内面下流側とには、撥水化剤が接触しないため、撥水処理されない。

図２Ｃに示されるように、撥水化剤を除去する工程では、導入部１３１内および流路１３３の上流側の撥水化剤を除去する。撥水化剤を除去する方法は、バルブ１３５を開き、流路１３３を連通させた状態で、導入部１３１の内部を負圧にするか、排出部１３２の内部を正圧にすることにより、導入部１３１側から撥水化剤を除去する。本実施の形態では、バルブ１３５を開いて、流路１３３を連通させた状態で、排出部１３２の内部を正圧にすることにより、導入部１３１側から撥水化剤を除去している。

なお、プラズマ処理により撥水処理を行う場合には、排出部１３２の開口部をシールなどで封止し、バルブ１３５を閉じた状態で、流体取扱装置１００をプラズマ処理チャンバー内に配置する。そして、プラズマ処理チャンバー内をフッ素系のプラズマが生じる撥水化剤で充満させる。このとき、排出部１３２の開口部が封止され、かつバルブ１３５が閉じているため、撥水化剤は、導入部１３１から、導入部１３１および流路１３３の上流側に導入される。この状態でフッ素系のプラズマを発生させることにより、導入部１３１の内面と、流路１３３の内面の上流側とが撥水処理される。このとき、導入部１３１の内面と、流路１３３の内面の下流側とには、撥水化剤が接触しないため、撥水処理されない。最後に、排出部１３２およびバルブ１３５を大気開放して終了する。

なお、バルブ１３５が流路１３３の上流端に配置されている場合には、流路１３３は、撥水処理されない。

このように、本実施の形態では、導入部１３１の内面に液体が残留することがなく、かつ適切に分析を行うことができる。

（効果）
以上のように本発明によれば、導入部の内面が撥水性であるため、導入部の内面に液体が残留することがなく、試料を適切に分析できる。また、排出部１３２の内面および流路１３３の内面の下流側は、撥水性ではないため、有機溶剤が残留した場合であっても、初期の分析を適切に行うことができる。

本発明の流体取扱装置は、例えば、臨床検査や食物検査、環境検査などに適用できる。

１００ 流体取扱装置
１１０ 基板
１１１ 第１貫通孔
１１２ 第２貫通孔
１１３ 第１流路溝
１１４ 第２流路溝
１１５ 隔壁
１２０ フィルム
１２１ ダイヤフラム部
１３１ 導入部
１３２ 排出部
１３３ 流路
１３５ バルブ

Claims (4)

1. 液体を導入するための導入部と、
   液体を排出するための排出部と、
   一端が前記導入部に接続され、他端が前記排出部に接続された流路と、
   前記流路に配置されたバルブと、
   を有し、
   前記導入部の内面は、撥水性であり、
   前記排出部の内面と、前記流路の内面の少なくとも一部とは、撥水性ではない、
   流体取扱装置。
2. 前記導入部の底面は、テーパー形状である、請求項１に記載の流体取扱装置。
3. 液体を導入するための導入部と、液体を排出するための排出部と、一端が前記導入部に接続され、他端が前記排出部に接続された流路と、前記流路に配置されたバルブとを有する、流体取扱装置を準備する工程と、
   前記バルブを閉じるとともに、前記導入部から撥水化剤を導入し、前記撥水化剤により、前記導入部の内面を撥水処理する工程と、を有する、
   流体取扱装置の製造方法。
4. 前記バルブを開くとともに、前記導入部の内部を負圧にするか、前記排出部の内部を正圧にして、前記導入部から前記撥水化剤を除去する工程をさらに有する、請求項３に記載の流体取扱装置の製造方法。

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