JP2022090836A - 液体取扱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液体導入部に導入された液体が液体導入部に残ることを抑制することができる液体取扱装置を提供すること。【解決手段】本発明の液体取扱装置１００は、液体導入部１３０と、前記液体導入部と接続された流路１４０とを有する液体取扱装置であって、前記液体導入部の壁面は、前記流路側がより高く、前記流路と反対側がより低くなるように傾斜している段差部１３２を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、液体取扱装置に関する。

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、マイクロ流路チップが使用されている。マイクロ流路チップは、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。そこで、複雑な構造を持つ、様々な形状のマイクロ流路チップが開発されている（例えば、特許文献１参照）。

図１は、特許文献１のマイクロ流路チップ１０を示す部分断面図である。図１に示されるように、マイクロ流路チップ１０は、基板１１に形成された貫通孔４１、４２、溝４３と、これらを塞ぐように配置されたフィルム１２とを有する。これによって第１凹部１３、第２凹部１４、流路１５が形成される。

特開２０１４－０９７４８５号公報

マイクロ流路チップにおける凹部は液体導入部として用いられる。この液体導入部には例えば液体である試料などが導入され、導入された試料は流路中を流れる。ここで例えば試料が貴重である場合などは、試料が液体導入部にできるだけ残らないことが好ましい。

そこで、本発明の目的は、液体導入部に導入された液体が液体導入部に残ることを抑制することができる液体取扱装置を提供することである。

本発明の液体取扱装置は、液体導入部と、前記液体導入部と接続された流路とを有する液体取扱装置であって、前記液体導入部の壁面は、前記流路側がより高く、前記流路と反対側がより低くなるように傾斜している段差部を有する。

本発明によれば、液体導入部に導入された液体が液体導入部に残ることを抑制することができる液体取扱装置を提供することができる。

図１は、特許文献１のマイクロ流路チップの構成を示す断面図である。 図２Ａは実施の形態に係る液体取扱装置の平面図であり、図２Ｂは図２ＡのＡ－Ａ線の断面図である。 図３Ａ～Ｅは、液体導入部に導入された液体の液面の動きを表す図である。 図４Ａ、Ｂは、変形例のマイクロ流路チップを示す図である。 図５は、変形例のマイクロ流路チップを示す図である。

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。以下の説明においては、液体取扱装置の代表例として、マイクロ流路チップについて説明する。

［実施の形態］
（マイクロ流路チップの構成）
図２Ａ、Ｂは、実施の形態に係るマイクロ流路チップ１００の構成を示す図である。このうち、図２Ａは、マイクロ流路チップ１００の平面図であり、図２Ｂは、マイクロ流路チップ１００のＡ－Ａ線の断面図である。

図２Ｂに示されるように、本実施の形態に係るマイクロ流路チップ１００は、基板１１０と、フィルム１２０とを有する。

基板１１０は、第１貫通孔１１１、第２貫通孔１１２、第１溝１１３、第２溝１１４および第３溝１１５を有する（図２Ｂ参照）。第１溝１１３、第２溝１１４および第３溝１１５は、基板１１０の一方の面（底面）に形成されている。これらのうち、第１溝１１３および第２溝１１４は、第１貫通孔１１１および第２貫通孔１１２の底部の縁に沿ってそれぞれ形成されている。第３溝１１５は、第１溝１１３（第１貫通孔１１１）および第２溝１１４（第２貫通孔１１２）を連通している。

基板１１０の厚みｔは、特に限定されない（図２Ｂ参照）。例えば、基板１１０の厚みｔは、１～１０ｍｍである。基板１１０の、第１貫通孔１１１、第２貫通孔１１２が形成される部分の厚みは、他の部分よりも厚くてもよいし、他の部分と同じ厚みであってもよい。本実施の形態では、基板１１０の、第１貫通孔１１１、第２貫通孔１１２が形成される部分の厚みが、他の部分よりも厚くなっている。基板１１０の材料も、特に限定されない。例えば、基板１１０の材料は、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、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリエーテル、ポリエチレン、ポリスチレン、シリコーン樹脂およびエラストマーが含まれる。

フィルム１２０は、基板１１０に形成された貫通孔や溝の開口部を塞ぐように、基板１１０の一方の面（底面）に接合されている。フィルム１２０が基板１１０に接合されることでマイクロ流路チップ１００が形成される。

フィルム１２０の厚みは、特に限定されないが、例えば３０～３００μｍでありうる。また、フィルム１２０の材料も、特に限定されず、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、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリエーテル、ポリエチレン、ポリスチレン、およびシリコーン樹脂が含まれる。フィルム１２０は、例えば熱溶着やレーザ溶着、接着剤などにより基板１１０に接合される。

フィルム１２０により塞がれることで、基板１１０の第１貫通孔１１１および第２貫通孔１１２は、それぞれ液体導入部１３０および液体取出部１５０となる（図２Ｂ参照）。また、第１溝１１３および第２溝１１４は、それぞれ外周溝１３１（液体導入部１３０の壁面の底部に配置された溝）および１５１となり、第３溝１１５は、液体試料を流すための流路１４０（送液流路）となる（図２Ｂ参照）。

すなわち、図２Ａ、Ｂに示されるように、マイクロ流路チップ１００は、基板１１０にフィルム１２０が接着されることで形成される。そして、形成されたマイクロ流路チップ１００は、液体導入部１３０、流路１４０および液体取出部１５０を有する。また、液体導入部１３０は、液体導入部１３０の底部の周囲に配置された外周溝１３１を有し、液体取出部１５０は、液体取出部１５０の底部の周囲に配置された外周溝１５１を有している。液体導入部１３０および液体取出部１５０は、流路１４０を介して連通している。なお、外周溝１３１および外周溝１５１は、任意の構成であり、なくてもよい。

液体導入部１３０は、液体を流路１４０に導入するための導入口であり、具体的には、流路１４０に導入するための液体を収容する凹部である（図２Ｂ参照）。液体導入部１３０の形状および大きさは、外部から液体導入部１３０に液体を導入することができれば、特に限定されない。

また、図２Ａ、Ｂに示されるように、液体導入部１３０の壁面は、液体導入部１３０の中心側に突き出た段差部１３２を有する。段差部１３２が液体導入部１３０に配置されることで、液体導入部１３０は底部に向かうにつれて狭くなる。また、この段差部１３２は流路１４０側がより高く、流路１４０と反対側がより低くなるように傾斜している。

より具体的には、本実施の形態において、段差部１３２は図２Ａに示されるように平面視したときに液体導入部１３０の内周に渡って突出しており、図２Ｂに示されるように側方から断面視したときは流路１４０側がより高く、流路１４０と反対側がより低くなるように傾斜している。液体取扱装置の底部に対する段差部１３２の傾斜角度θは、特に制限されないが、例えば、５°以上３５°以下である（図２Ｂ参照）。

液体導入部１３０が上記のような段差部１３２を有することで、液体導入部１３０に導入された液体の表面（気液界面）が段差部１３２に沿うように移動し、液体導入部１３０に液体が残りにくくなる。この点について詳細は後述する。

外周溝１３１は、液体導入部１３０の底部の壁面に、液体導入部１３０の底面を取り囲むように配置されている。具体的には、外周溝１３１は、上記の通り、基板１１０に配置された第１溝１１３の開口部の一部がフィルム１２０で塞がれることで形成される溝であり、液体導入部１３０の壁面の下端において、壁面に対して凹むように配置されている（図２Ｂ参照）。このような外周溝１３１は、基板１１０を金型成形で成形する際に用いられる金型部材であるランディングパッドに起因して形成されることがある。

外周溝１３１の幅（基板１１０の厚み方向の高さ）は、特に制限されないが、例えば１０～１５０μｍ程度でありうる（図２Ｂ参照）。

本実施の形態において、流路１４０の一端は、液体導入部１３０の底部にある外周溝１３１の壁面に開口している（図２ＡおよびＢ参照）。また、流路１４０の他端は、液体導入部１３０の底部の、液体取出部１５０の底部の外周溝１５１に開口している（図２Ｂ参照）。それにより、流路１４０は、液体導入部１３０と液体取出部１５０とを連通させる。

流路１４０の断面形状および断面積は、液体を液体導入部１３０から液体取出部１５０に移動させることができれば特に限定されない。例えば、流路１４０の断面形状は、略矩形でありうる。例えば、流路１４０の幅は、１０～５００μｍであることが好ましく、深さは１０～５００μｍであることが好ましい。なお、本明細書において、「流路の断面」とは、液体の流れ方向に直交する流路の断面を意味する。

液体取出部１５０は、流路１４０から導入された液体を取り出すための取出口であり、具体的には、流路１４０から導入された液体を収容する凹部である。液体取出部１５０の形状および大きさは、特に制限されず、液体導入部１３０の形状および大きさとそれぞれ同じであってもよいし、異なってもよい。本実施の形態では、液体取出部１５０の形状および大きさは、液体導入部１３０の形状および大きさと同じである。

外周溝１５１は、液体取出部１５０の底部の壁面に、液体導入部１３０の底面を取り囲むように配置されている。液体取出部１５０における外周溝１５１の形状や大きさは、液体導入部１３０における外周溝１３１の形状および大きさと同じであってもよいし、異なってもよい。本実施の形態では、液体取出部１５０における外周溝１５１の形状および大きさは、液体導入部１３０における外周溝１３１の形状および大きさと同じである。

上記の構成により、液体導入部１３０に導入された液体は、流路１４０を通り、液体取出部１５０で取り出される。

本実施の形態に係るマイクロ流路チップ１００は、液体導入部１３０の壁面に形成され、外周溝１３１と連通する連通溝１６０を有する。ここで外周溝１３１は細いため毛細管現象によって液体が残りやすい。これに対して連通溝１６０が外周溝１３１に連通することで、その連通部分において、外周溝１３１における毛細管現象が働きにくくすることができる。それにより、その連通部分に外周溝１３１に気体（空気）が供給されつつ、外周溝１３１に残った液体は毛細管現象により流路１４０内に移動するため、外周溝１３１に液体が残りにくくなると考えられる。

連通溝１６０の位置は、外周溝１３１に連通していれば特に制限されず、液体導入部１３０の壁面の任意の位置に配置されうるが、液体が残りやすい位置に配置されることが好ましい。外周溝１３１のうち、流路１４０の開口部から離れた位置で液残りが生じやすいことから、連通溝１６０は流路１４０の開口部から離れた位置に配置されることが好ましい。具体的には、マイクロ流路チップ１００を平面視したときに、連通溝１６０は、液体導入部１３０の底面の重心を挟んで流路と対向するように配置されることが好ましい。なお、本実施の形態では、液体導入部１３０の底面は円形であるので、連通溝１６０は液体導入部１３０の重心は円形である底面の中心を挟んで流路１４０と反対側に配置される。

連通溝１６０の断面形状および断面積は、外周溝１３１に連通し、毛細管現象を解消できれば特に限定されない。たとえば、本実施の形態において、連通溝１６０の断面形状は矩形（台形）である（図２Ａ参照）。

連通溝１６０の断面積は、液残りを抑制するという観点から、外周溝１３１の断面積よりも大きいことが好ましい。具体的には、連通溝１６０の断面積は、外周溝１３１の断面積の１５０～２００％程度としうる。連通溝１６０の断面積を外周溝１３１の断面積より大きくすることで、毛細管現象が働きにくくなり液残りを抑制しやすくなると考えられる。また、本実施の形態では、連通溝１６０の幅は、例えば２００～１０００μｍである。

連通溝１６０の数は、特に制限されず、１つだけであってもよいし、複数あってもよい。本実施の形態では、連通溝１６０の数は、１つである（図２Ａ、Ｂ参照）。

（液体導入部に導入された液体の動き）
本実施の形態に係るマイクロ流路チップ１００の液体導入部１３０に導入された液体の液面２０の動きについて、図面を参照しながら説明する。

図３Ａ～Ｅは、液体導入部に導入された液体の液面２０の動きを模式的に示す。図３Ａ～Ｅのそれぞれにおいて、左図は断面視したときの液面２０の動きを示し、右図は平面視したときの液面２０の動きを示す。

なお、液体導入部１３０に導入される液体の種類は、特に限定されない。液体の種類の例には、試薬や液体試料などが含まれる。また、液体の粘度は、流路１４０の中を液体が移動可能であれば特に限定されない。

図３Ａに示されるように液面２０が段差部１３２の上にあるとき、液面２０は液体導入部１３０の壁面に沿って徐々に下がる。

次に、図３Ｂに示されるように液面が段差部１３２に到達し、乗り越える。すると段差の形状に合わせて液面２０が斜めになる。すなわち、段差部１３２は流路１４０側がより高く、流路１４０と反対側がより低いため、これに合わせて図３Ｂに示されるように断面視したときに液面２０は流路１４０側がより高く、流路１４０と反対側がより低くなる。

図３Ｃは、図３Ｂからさらに液面２０が下がった状態を示す。ここでも液面２０は流路１４０側がより高く、流路１４０と反対側がより低い状態が保たれる。これにより、図３Ｃの右図に示されるように液体が残りやすい流路１４０と反対側に液体が残っていない状態にしやすい。また、ここで、液体が残りやすい外周溝１３１は連通溝１６０と連通しているので、毛細管現象が抑制されて、この外周溝１３１において液体が残っていない状態にしやすい。

図３Ｄは、図３Ｃからさらに液面２０が下がった状態を示す。ここでも液面２０は流路１４０側がより高く、流路１４０と反対側がより低い状態が保たれる。これにより液体が残りやすい流路１４０と反対側に液体が少ない状態となる。

図３Ｅは、図３Ｄからさらに液面２０が下がった状態を示す。ここでも液面２０は流路１４０側がより高く、流路１４０と反対側がより低い状態が保たれる。同様に、これにより液体が残りやすい流路１４０と反対側に液体が少ない状態となる。

（効果）
本実施の形態に係る液体取扱装置によれば、液体導入部１３０において、液体が残りやすい流路１４０と反対側に液体が残ることを抑制することができる。これにより液体導入部１３０に導入された液体が全体として残りにくくなる。

［変形例］
上記では段差部が１つの場合を説明したが、段差部は複数であってもよい。図４Ａ、Ｂは段差部が複数である変形例を示す。

以下、図面を参照しつつ変形例について説明する。

図４Ａ、Ｂに示されるように変形例のマイクロ流路チップ１００の液体導入部１３０の壁面は複数の段差部１３２を有する。段差部１３２の数は液体導入部１３０の長さ、導入される液体の粘性などに応じて適宜選択されればよい。なお、本変形例において、段差部１３２の数は３つである。

また、複数の段差部１３２において、各段差部１３２の、マイクロ流路チップ（液体取扱装置）１００の底面に対する角度は同じであってもよいし異なってもよい。各段差の角度が異なる場合は、図４Ｂに示されるように、複数の段差部１３２のうち、より下に位置する段差部１２の液体取扱装置１００の底部に対する角度は、複数の段差部１３２のうち、より上に位置する段差部１３２の液体取扱装置１００の底部に対する角度よりも大きいことが好ましい。図４に示される変形例では、最上段に位置する段差部１３２の傾斜角度θ１が一番小さく、中段に位置する段差部１３２の傾斜角度θ２はθ１より大きく、最下段に位置する段差部１３２の傾斜角度θ３が最も大きい。これにより液面を斜めに保つ作用が強くなる。

より具体的には、例えばθ１の角度は５°以上１５°未満であり、θ２の角度波１５°以上２５°未満であり、θ３の角度は２５°以上３５°以下であることが好ましい。なお、図４に示される変形例ではθ１は１０°、θ２は２０°、θ３は３０°である。

また、図５に示されるように、液体導入部１３０の縦断面において、段差部１３２は、液体導入部１３０の中心に向かうにつれて液体導入部１３０の底部に向かうように傾斜していてもよい。このようにすることで、段差部１３２上に液体が残りにくくなる。

（効果）
変形例では段差部１３２が複数ある。そのため液面の傾きをより高精度に制御でき、より液体残りを抑制することができる。

本発明に係る液体取扱装置は、例えば科学分野や医学分野などにおいて使用されるマイクロ流路チップとして有用である。

１０、１００ マイクロ流路チップ（液体取扱装置）
１１、１１０ 基板
１２、１２０ フィルム
１３ 第１凹部
１４ 第２凹部
１５、１４０ 流路
２０ 液面
４１、４２ 貫通孔
４３ 溝
１１１ 第１貫通孔
１１２ 第２貫通孔
１１３ 第１溝
１１４ 第２溝
１１５ 第３溝
１３０ 液体導入部
１３１、１５１ 外周溝
１３２ 段差部
１３３ 傾斜面
１５０ 液体取出部
１６０ 連通溝

Claims (5)

1. 液体導入部と、前記液体導入部と接続された流路とを有する液体取扱装置であって、
   前記液体導入部の壁面は、前記流路側がより高く、前記流路と反対側がより低くなるように傾斜している段差部を有する、
   液体取扱装置。
2. 前記液体導入部は、
   前記液体導入部の底部の周囲に配置された外周溝と、
   前記液体導入部の壁面に配置され、前記外周溝と連通する連通溝と、
   をさらに有する、請求項１に記載の液体取扱装置。
3. 複数の前記段差部を有する、請求項１または２に記載の液体取扱装置。
4. 前記複数の段差部のうち、より下に位置する前記段差部の前記液体取扱装置の底部に対する角度は、前記複数の段差部のうち、より上に位置する前記段差部の前記液体取扱装置の底部に対する角度よりも大きい、請求項３に記載の液体取扱装置。
5. 前記液体導入部の縦断面において、前記段差部は、前記液体導入部の中心に向かうにつれて前記液体導入部の底部に向かうように傾斜している、請求項１～４のいずれか一項に記載の液体取扱装置。

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