JP4770382B2 - 液体移送装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体移送装置に係り、より詳細には、ウェルが表面側に形成され且つウェルに接続される流路を内部に有するチップに対し、ウェルから流路に液体を移送させる液体移送装置に関するものである。

バイオテクノロジー等の分野においては、微生物の検出等を行うためにマイクロチャネルチップが用いられている。マイクロチャネルチップは一般に、液体を収容する複数のウェルと、複数のウェルを接続する流路とを有する。特に最近では、液体を収容する複数のウェルを表面側に有し、ウェル同士を流路によって接続するマイクロチャネルチップも用いられるようになってきている。このようなマイクロチャネルチップにおいては、流路の断面積が極めて小さいため、ウェルに液体を収容しただけでは流路に液体を移送させることはできない。このため、液体をウェルから流路に移送させるためには、ウェル内に液体を収容した後、この液体を加圧する必要がある。

液体を加圧してチップ内の流路に移送する方法としては、従来、例えば下記特許文献１に開示される方法が知られている。同文献に記載の方法は、剛性部材をチップに押し当てながら液体を加圧し、剛性部材の貫通孔を通してチップ内の流路に液体を移送させるものである。
特開２００３−１２１３１１号公報

しかしながら、上記の剛性部材は以下に示す課題を有していた。

即ち、上記剛性部材は、チップに押し当てることによりチップを固定できるものの、チップが剛性部材と載置台とによって挟まれるため、チップに亀裂が生じたり、チップが破損したりするおそれがあった。またチップが、剛性部材と、チップを載置する載置台とによって挟まれることで流路が狭められる。この結果、次のような問題が生じていた。即ち、例えばチップの一部のみに剛性部材が押し当てられることでチップが撓み、チップと剛性部材との間に隙間が生じて液体が漏出する結果、液体を十分に加圧することができなくなり、液体を所望の流量で移送できなくなるという問題や、チップが剛性部材と載置台とによって挟まれるときの圧力が流路上の位置によって異なったり、その圧力が液体を移送するたびごとに変動するという問題があり、液体の移送量をコントロールすることが困難であった。更に、同様の理由により、流路の断面積が狭められるため、液体を流路に円滑に移送させることができないという問題も存在していた。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、チップの破損を防止しながら、液体を流路に円滑に移送でき且つ液体の移送量を容易にコントロールできる液体移送装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、ウェルが表面側に形成され且つウェルに接続される流路を内部に有するチップを基体に密着させながらウェルを加圧し、ウェル内に収容されている液体を流路に移送させる液体移送装置であって、基体が、ウェルに供給するガスを流通させる第１貫通孔と、第２貫通孔とを有し、第１貫通孔にガスを供給してウェルを加圧するガス供給手段と、第２貫通孔を減圧してチップを基体に吸着させる減圧手段と、を備えることを特徴とする。

この液体移送装置を使用する際には、まず、表面側にウェルが形成されウェルに接続される流路を内部に有するチップを用意する。具体的には、基体における第１貫通孔の数と同数のウェルを有し、基体とチップとを密着させる場合に、ウェルの位置と第１貫通孔の位置とが一致するようなチップを用意する。そして、例えばチップの複数のウェルのうちいずれか一つのウェルに、移送対象となる液体を収容する。次に、このチップと、基体とを、ウェルの位置と第１貫通孔の位置とが一致するように接触させる。この状態で、減圧手段により第２貫通孔を減圧すると、チップが基体に吸着される。次に、第１貫通孔にガス供給手段によりガスを供給する。すると、ガスにより液体が加圧され、この液体は、流路に移送されることになる。このとき、チップは基体に吸着されており、基体とともにチップを挟む物体が存在しないため、チップの破損も十分に防止される。また、流路が狭められるという事態が確実に防止されるため、チップが撓むことが十分に防止され、チップと基体との間の密着性が増大し、ガスの漏出が十分に防止される。その結果、ガスにより液体を十分に加圧することができるようになり、液体を所望の流量で移送することができる。また、基体とともにチップを挟む物体が存在しないため、チップにかかる圧力が極めて小さくなる。このため、流路上の位置によらず流路にかかる圧力が等しくなり、その圧力が液体を移送するたびごとに変動するという事態も防止される。即ち、液体の移送量を容易にコントロールすることができる。更に、流路の断面積が狭められないため、液体を流路に円滑に移送することも可能となる。

上記液体移送装置において、基体が、基体の表面側で且つ第１貫通孔の周囲に凹部を有し、第２貫通孔が凹部と連通し、第２貫通孔の凹部側の開口の面積よりも凹部の開口のうち基体の表面側の開口の面積が大きくなっていることが好ましい。

凹部を覆うようにチップが配置される場合、第２貫通孔が減圧手段により減圧されると、凹部が減圧される。これにより、チップが基体によって吸着されることになる。このとき、第２貫通孔の凹部側の開口の面積よりも凹部の開口面積が大きくなっているため、基体に対するチップの吸着力をより増大させることが可能となる。従って、液体の移送中に、基体からチップが外れたりする事態が十分に防止される。

上記基体は、凹部を囲む環状領域の周囲に環状領域より突出する突出部を更に有し、環状領域と突出部とにより、チップを位置決めするチップ位置決め部が形成されていること
が好ましい。

この場合、チップ位置決め部にチップを収容すると、チップの位置決めが容易となるので、液体の移送に要する時間を大幅に短縮できる。

上記液体移送装置は、チップを位置決めするチップ位置決め部が一面側に形成されているチップ収容体と、チップ収容体と前記基体とを、基体の表面とチップの表面とが密着するように接続させることが可能な接続手段とを更に備えることが好ましい。

この場合、チップ位置決め部にチップを収容すると、チップの位置決めが容易となるので、液体の移送に要する時間を大幅に短縮できる。

上記液体移送装置において、基体の表面側の少なくとも一部が弾性体となっており、第１貫通孔および第２貫通孔が弾性体を貫通していることが好ましい。

この場合、弾性体とチップとの密着性が向上するため、シール性が向上する。即ち、ガス供給手段により第１貫通孔を経てウェルにガスを供給する場合に、ガス漏れが十分に防止されるため、液体を効率よく流路に移送させることができる。

本発明の液体移送装置によれば、チップの破損を防止しながら、液体を流路に円滑に移送でき且つ液体の移送量を容易にコントロールできる。

以下、本発明の液体移送装置の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

（第１実施形態）
まず液体移送装置の説明をする前に、液体移送装置の適用対象となるチップの構成について説明する。図１は、本実施形態に係る液体移送装置の適用対象となるチップを示す斜視図である。

図１に示すように、チップ１０は、表面１０ａ側に複数のウェルＷ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４と、ウェルＷ１，Ｗ２同士、ウェルＷ２，Ｗ３同士、ウェルＷ３，Ｗ４同士を接続する流路１１，１２，１３を内部に有する。ここで、ウェルＷ１〜Ｗ４はそれぞれ、１つの開口によって大気開放されている。以下、表面１０ａを「ウェル形成面１０ａ」と称することとする）。なお、ウェルＷ１〜Ｗ４は、複数の開口を有する部材、例えばフィルタ部材等によって覆われていてもよい。

また本実施形態において、例えばウェルＷ１は検体液を収容する検体ウェル、ウェルＷ２は、抽出試薬の凍結乾燥体を収容する抽出ウェル、ウェルＷ３は、増幅試薬の凍結乾燥体を収容する増幅ウェル、ウェルＷ４は、発光試薬の凍結乾燥体を収容する発光ウェルである。

次に、チップ１０内の流路１１〜１３に液体を移送する液体移送装置１００について説明する。図２は、本実施形態に係る液体移送装置１００の外観を示す斜視図、図３は、液体移送装置１００の全体を示す概略図、図４は、本実施形態の液体移送装置１００の平面断面図、図５は、図４のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。

図２及び図４に示すように、液体移送装置１００は平板状の基体２１を備えている。基体２１は、例えばアクリル樹脂、ポリカーボネートなどの樹脂、又はアルミニウムやＳＵＳなどの金属材料で構成されている。また基体２１は、変形が少ないものであることが好ましい。基体２１の一面２１ａ側には、５本のガス流通管２２ａ〜２２ｅが接続されている。図３に示すように、５本のガス流通管２２ａ〜２２ｅのうち一面２１ａの中央に接続されるガス流通管２２ａは減圧装置２４に接続され、その周囲に設けられるガス流通管２２ｂ〜２２ｅは加圧装置２３に接続されている。

ここで、加圧装置２３は、好ましくは検体液と反応しないガス、例えば窒素ガス等の不活性ガスを供給するものであり、例えば窒素ガスを充填したガスボンベ又はシリンジ等で構成される。なお、加圧装置２３は、検体液と反応するガス、例えば空気、を供給するものであってもよく、その場合、加圧装置２３としては、例えばコンプレッサを用いることができる。また減圧装置２４としては、例えば真空ポンプなどが用いられる。

またガス流通管２２ｂ〜２２ｅには、バルブ（図示せず）が設置されている。この場合、ガス流通管２２ｂ〜２２ｅに設置されたバルブの開閉を調整することで、ガスを供給するガス流通管を適宜選択することができ、ひいては加圧すべきウェルも選択することができる。

なお、バルブ、ガス流通管２２ｂ〜２２ｅ及び加圧装置２３によりガス供給手段が構成され、ガス流通管２２ａ及び減圧装置により減圧手段が構成されている。

図５に示すように、基体２１は、ガス流通管２２ｂ〜２２ｄにそれぞれ接続される第１貫通孔２５ｂ〜２５ｅと、ガス流通管２２ａに接続される第２貫通孔２５ａとを有している。４つの第１貫通孔２５ｂ〜２５ｅの周囲には共通の１つの凹部２６が形成されている。ここで、第１貫通孔２５ｂ〜２５ｅは、第２貫通孔２５ａの周囲に設けられているため、凹部２６の開口のうち基体２１の表面２１ａ側の開口２６ａの面積は、第２貫通孔２５ａの凹部２６側の開口の面積よりも大きいことになる。また第２貫通孔２５ａは凹部２６に連通している。従って、第２貫通孔２５ａを減圧装置２４により減圧すると、凹部２６が減圧されることになる。
また、各第１貫通孔２５ｂ〜２５ｅと第２貫通孔２５ａとの間の距離はすべて等しいことが好ましい。第２貫通孔２５ａを減圧して基体２１を吸着させながら複数の第１貫通孔を通してウェルを加圧する場合、各第１貫通孔２５ｂ〜２５ｅと第２貫通孔２５ａとの間の距離のすべてが等しくない場合と比較して、液体の移送作業中にチップ１０が基体２１から外れる可能性を十分に低くすることができる。

なお、凹部２６の開口は、チップ１０のウェル形成面１０ａよりも小さくなっており、チップ１０によって凹部２６を覆うことが可能である。

次に、液体移送装置１００を用いた液体移送方法について説明する。

まずチップ１０を用意する。ここで、チップ１０におけるウェルの数は４つであり、基体２１における第１貫通孔の数も４つである。またウェルＷ１〜Ｗ４の位置は、基体２１における第１貫通孔２５ｂ〜２５ｅの位置と対応している。即ち、基体２１とチップ１０とを密着させる場合に、ウェルＷ１〜Ｗ４の位置と第１貫通孔２５ｂ〜２５ｅの位置とが一致している。そして、例えばチップ１０の複数のウェルＷ１〜Ｗ４のうち検体ウェルであるウェルＷ１に、移送対象となる検体液を収容する。

次に、チップ１０と基体２１とを、ウェルＷ１〜Ｗ４の位置と第１貫通孔２５ｂ〜２５ｅの位置とが一致するように接触させる。このとき、チップ１０のうちウェル形成面１０ａが、基体２１の凹部２６を覆うように接触させる。これにより、凹部２６がチップ１０により密閉されることとなる。この状態で、減圧装置２４により第２貫通孔２５ａを減圧すると、凹部２６とチップ１０とによって形成される密閉空間が減圧され、チップ１０が基体２１に吸着される。次に、第１貫通孔２５ｂ〜２５ｅに、加圧装置２３よりガス流通管２２ｂ〜２２ｅを経てガスを供給する。

すると、ガスにより検体液が加圧され、この液体はウェルＷ１から流路１１に移送されることになる。このとき、チップ１０は基体２１に吸着されており、基体２１とともにチップ１０を挟む物体が存在しないため、チップ１０の破損が十分に防止される。また、基体２１とともにチップ１０を挟む物体が存在しないことで、流路１１が狭められるという事態が確実に防止されるため、チップ１０が撓むことが十分に防止され、チップ１０と基体２１との間の密着性が増大し、ガスの漏出が十分に防止される。その結果、ガスにより液体を十分に加圧することができるようになり、液体を所望の流量で移送することができる。また、基体２１とともにチップ１０を挟む物体が存在しないため、チップ１０にかかる圧力が極めて小さくなる。このため、流路１１上の位置によらず流路１１にかかる圧力が等しくなり、その圧力が液体を移送するたびごとに変動するという事態も防止される。従って、液体の移送量を容易にコントロールすることができる。更に、流路１１の断面積の狭小化が防止されるため、液体を流路１１に円滑に移送することが可能となる。

更に、本実施形態では、複数の第１貫通孔２５ｂ〜２５ｅの周囲に、共通する１つの凹部２６が形成されている。また、第２貫通孔２５ａの凹部２６側の開口の面積よりも凹部２６の開口のうち基体２１の表面２１ａ側の開口の面積が大きくなっているため、凹部２６が形成されていない場合と比べて、基体２１に対するチップ１０の吸着力をより増大させることが可能となる。従って、検体液の流路１１への移送中に、基体２１からチップ１０が外れたりする事態が十分に防止される。

なお、こうして検体液が流路１１に移送されると、検体液はウェルＷ２に移送され、凍結乾燥体である抽出試薬を溶解する。こうして、抽出試薬と検体液との抽出試薬混合液が得られる。この抽出試薬混合液を流路１２に移送する場合は、加圧装置２３により、ガス流通管２２ｂ、２２ｃにガスを供給する。ここで、ガス流通管２２ｂにもガスを供給するのは、これによりウェルＷ１を加圧することにより、抽出試薬混合液が流路１１側に逆流することを防止するためである。またこのとき、ガス流通管２２ａは、減圧装置２４により減圧状態を保持しておく。これにより、ガス流通管２２ｃを流通するガスによって、ウェルＷ２内に収容されている抽出試薬混合液が流路１２に移送される。そして、この抽出試薬混合液は流路１２２を経てウェルＷ３に移送され、ウェルＷ３に収容されている凍結乾燥体である増幅試薬を溶解する。こうして増幅試薬混合液が得られる。

増幅試薬混合液を流路１３に移送する場合には、上記と同様に、ウェルＷ３内に収容されている増幅試薬混合液を加圧すればよい。こうして増幅試薬混合液が凍結乾燥体である発光試薬を溶解し、発光が観測されることとなる。

（第２実施形態）
次に、本発明の液体移送装置の第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図６は、本発明の液体移送装置の第２実施形態を示す側面図である。図６に示すように、本実施形態の液体移送装置２００は、チップ１０を位置決めするチップ位置決め部３１が一面３１ａ側に形成されているチップ収容体３２を更に備えており、チップ収容体３２と基体２１とが蝶番３３によって接続されている点で第１実施形態の液体移送装置１００と相違する。

ここで、蝶番３３を中心として、チップ１０に対して基体２１を相対的に開閉することが可能となっており、チップ位置決め部３１は、チップ収容体３２に対して基体２１を閉じたときに、チップ１０におけるウェルＷ１〜Ｗ４と、基体２１における第１貫通孔２５ｂ〜２５ｅとが一致する位置に形成されている。またチップ位置決め部３１は、チップ１０をチップ位置決め部３１に収容した場合にチップ位置決め部３１内でチップ１０を回転させないように形成されている。

このため、液体移送装置２００によれば、チップ位置決め部３１にチップ１０を収容した場合に、チップ１０がチップ収容体３２に対して回転しないように位置決めされる。しかも、チップ位置決め部３１にチップ１０を収容すると、蝶番３３を中心として、チップ収容体３２に対して基体２１を閉じる場合に、基体２１における第１貫通孔２５ｂ〜２５ｅの位置と、チップ１０におけるウェルＷ１〜Ｗ４の位置とを一致させることができると共に、基体２１の表面２１ａとチップ１０の表面１０ａとを密着させることができる。このため、チップ位置決め部３１にチップ１０を収容すると、チップ１０の位置決めが容易となるので、検体液の移送に要する時間を大幅に短縮できる。

なお、本実施形態では、蝶番３３により接続手段が構成されているが、接続手段は、蝶番３３に限定されない。例えば基体２１において第１貫通孔２５ｂ〜２５ｅの開口が形成されている面に設けられる複数の凹部と、チップ収容体３２のチップ位置決め部３１が形成されている側の面のうちチップ位置決め部の外側の面に設けられる複数の凸部とで構成されてもよい。ここで、上記凸部は、チップ１０の位置決め精度を向上させる点からは、上記凹部に嵌合可能であることが好ましい。なお、凹部の開口の形状が多角形（例えば四角形、三角形など）である場合には、凹部及び凸部はそれぞれ１つであっても構わない。更に、基体２１が凸部を有し、チップ収容体３２が凹部を有していてもよい。

（第３実施形態）
次に、本発明の液体移送装置の第３実施形態について図７を用いて説明する。なお、第１又は第２実施形態と同一又は同等の構成要素については同一符号を付し、重複する説明を省略する。
図７は、本発明の液体移送装置の第３実施形態を示す断面図である。図７に示すように、本実施形態の液体移送装置３００は、基体１０が、凹部２６の周囲に環状領域２７を有し、環状領域２７の周囲に環状領域２７よりも突出する環状の突出部２８を更に有している点で第１実施形態の液体移送装置１００と相違する。

ここで、環状領域２７と突出部２８とにより、チップ１０を位置決めするチップ位置決め部２９が形成されている。チップ位置決め部２９は、チップ１０が収容されてもチップ１０を回転させない。またチップ位置決め部２９は、チップ１０を収容した場合に、基体２１における第１貫通孔２５ｂ〜２５ｅの位置と、チップ１０におけるウェルＷ１〜Ｗ４の位置とを一致させるものである。

従って、基体２１にチップ位置決め部２９が形成されていると、チップ１０の位置決めを容易に行うことができ、検体液の移送に要する時間を大幅に短縮できる。

本発明は、上記第１〜第３実施形態に限定されない。例えば上記第１〜第３実施形態では、基体１０において、４つの第１貫通孔２５ｂ〜２５ｅの周囲に、共通の１つの凹部２６が形成されているが、凹部２６は形成されていなくてもよい。また基体２１が複数の第２貫通孔２５ａを有する場合、第２貫通孔２５ａの数に応じて凹部２６を有しても構わない。

更に、第１〜第３実施形態に係る液体移送装置１００、２００，３００において、基体２１のうち表面２１ａ側の部分であってウェル形成面１０ａに接触する部分が弾性体となっており、第１貫通孔２２ｂ〜２２ｅ及び第２貫通孔２２ａが弾性体（図示せず）を貫通していることが好ましい。この場合、弾性体とチップ１０との密着性が向上するため、シール性が向上する。即ち、加圧装置２３によりガス流通管２２ｂ〜２２ｅ及び第１貫通孔２５ｂ〜２５ｅを経てウェルＷ１〜Ｗ４にガスを供給する場合に、ガス漏れがより十分に防止されるため、検体液を効率よく流路１１〜１３に移送することができる。上記のような弾性体は、上記基体２１を構成する材料よりも大きい弾性率を有するものであればよく、上記弾性体としては、例えばシリコーンゴムなどを用いることができる。なお、基体２１の一部が弾性体であってもよいが、全体が弾性体であっても構わない。

また、本発明の液体移送装置の適用対象となるチップも上記第１〜第３実施形態のチップ１０に限定されるものではない。必要に応じて、ウェルの数を増減したチップ、ウェルの位置及び大きさを変更したチップを用いることももちろん可能である。但し、その場合には、基体における第１貫通孔及び第２貫通孔の位置及び大きさを、そのチップに対応した位置及び大きさ、即ち、第２貫通孔を減圧しながら第１貫通孔を通してウェルを加圧できる位置及び大きさに設定する必要がある。

本発明の液体移送装置の実施形態で使用するチップの一例を示す斜視図である。 本発明の液体移送装置の一実施形態の概観を示す斜視図である。 図２の液体移送装置の全体を示す概略図である。 図２の液体移送装置を示す平面断面図である。 図４のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。 本発明の液体移送装置の他の実施形態を示す断面図である。 本発明の液体移送装置の更に他の実施形態を示す断面図である。

符号の説明

１０…チップ、１０ａ…ウェル形成面（表面）、１１〜１３…流路、２１…基体、２１ａ…一面、２２ａ〜２２ｅ…ガス流通管、２３…加圧装置、２４…減圧装置、２５ａ…第２貫通孔、２５ｂ〜２５ｅ…第１貫通孔、２６…凹部、２６ａ…凹部の開口のうち基体の表面側の開口、２７…環状領域、２８…突出部、２９…チップ位置決め部、３１…チップ位置決め部、３１ａ…一面、３２…チップ収容体、３３…蝶番、１００，２００，３００…液体移送装置、Ｗ１〜Ｗ４…ウェル。

Claims (5)

1. ウェルが表面側に形成され且つ前記ウェルに接続される流路を内部に有するチップを基体に密着させながら前記ウェルを加圧し、前記ウェル内に収容されている液体を前記流路に移送させる液体移送装置であって、
   前記基体が、前記ウェルに供給するガスを流通させる複数の第１貫通孔と、第２貫通孔とを有し、
   前記第１貫通孔にガスを供給して前記ウェルを加圧するガス供給手段と、
   前記第２貫通孔を減圧して前記チップを前記基体に吸着させる減圧手段と、
   を備え、
   前記複数の第１貫通孔と、前記第２貫通孔との間の距離がすべて等しいことを特徴とする液体移送装置。
2. 前記基体が、前記基体の表面側で且つ前記第１貫通孔の周囲に凹部を有し、前記第２貫通孔が前記凹部と連通し、前記第２貫通孔の前記凹部側の開口の面積よりも前記凹部の開口のうち前記基体の表面側の開口の面積が大きくなっていることを特徴とする請求項１に記載の液体移送装置。
3. 前記基体が、前記凹部を囲む環状領域の周囲に前記環状領域より突出する突出部を更に有し、前記環状領域と前記突出部とにより、前記チップを位置決めするチップ位置決め部が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の液体移送装置。
4. 前記チップを位置決めするチップ位置決め部が一面側に形成されているチップ収容体と、
   前記チップ収容体と前記基体とを、前記基体の表面と前記チップの表面とが密着するように接続させることが可能な接続手段と、
   を更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体移送装置。
5. 前記基体の表面側の少なくとも一部が弾性体となっており、前記第１貫通孔および前記第２貫通孔が前記弾性体を貫通していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の液体移送装置。
   

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