JP5483616B2 - Flow cell and flow cell feeding method - Google Patents

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Description

本発明は、毛細管力により液体を送液するフローセルに関するものである。   The present invention relates to a flow cell for feeding a liquid by capillary force.

抗原抗体反応やDNA断片(DNAプローブ)とDNAとの結合などの高度な生体分子の識別機能を利用した測定は、臨床検査、生化学分野での測定および環境汚染物質の測定で重要な技術となっている。この測定としては、例えば、マイクロTAS(Total Analysis Systems)、マイクロコンビナトリアルケミストリ、化学IC、化学センサ、バイオセンサ、微量分析、電気化学分析、QCM測定、SPR測定、ATR測定などがある。このような測定の分野では、測定対象の試料溶液は微量な場合が多い。   Measurements using advanced biomolecule identification functions such as antigen-antibody reactions and DNA fragments (DNA probes) and DNA binding are important technologies for clinical tests, biochemical measurements, and environmental pollutant measurements. It has become. Examples of this measurement include micro TAS (Total Analysis Systems), micro combinatorial chemistry, chemical IC, chemical sensor, biosensor, trace analysis, electrochemical analysis, QCM measurement, SPR measurement, and ATR measurement. In such a measurement field, the sample solution to be measured is often in a very small amount.

このため、上述したような測定においては、試料溶液を保持可能な試料セルが用いられている(例えば、特許文献1参照。)。そして、この試料セルに微量の試料溶液を供給して、試料セルの測定を行う検出部まで流して移送する。これにより、試料溶液に溶解または分散しているDNAや抗体などの検体の濃度を低下させることなく、より高感度、高効率に測定を行う。このように試料溶液を検出部まで流す試料セルは、フローセルと呼ばれている。   For this reason, in the measurement as described above, a sample cell capable of holding a sample solution is used (for example, see Patent Document 1). Then, a very small amount of sample solution is supplied to the sample cell, and the sample solution is flowed and transferred to a detection unit for measuring the sample cell. Thereby, the measurement is performed with higher sensitivity and higher efficiency without lowering the concentration of the sample such as DNA or antibody dissolved or dispersed in the sample solution. The sample cell that allows the sample solution to flow to the detection unit in this way is called a flow cell.

フローセルで微量な試料溶液の移送を実現する技術としては、以下のような方法が提案されている。すなわち、フローセルの検出部に対面する流路を設けるとともに、シリンジポンプ等による外部からの圧力で試料溶液を移送させる方法、静電気力で移送させる方法、エレクトロウェッティング法、加熱による体積変化や気泡の生成により試料溶液を移送させる方法、および、電気浸透流を利用する方法などがある。   The following method has been proposed as a technique for realizing the transfer of a small amount of sample solution in the flow cell. That is, while providing a flow channel facing the detection part of the flow cell, a method of transferring a sample solution by an external pressure such as a syringe pump, a method of transferring by electrostatic force, an electrowetting method, a volume change due to heating, There are a method of transferring a sample solution by generation and a method of using electroosmotic flow.

また近年では、フローセルに、試料溶液に対して毛細管現象を発現可能な流路またはポンプとなる領域を形成する技術が提案されている(例えば、非特許文献1参照。)。この技術により作製されたフローセルは、試料溶液が導入される導入口を備えた供給部と、導入された試料溶液を吸引する毛細管ポンプを備えた移送部と、導入口と毛細管ポンプとの間に設けられた測定のための流路とを、板状のフローセルの平面方向に沿って直線上に並んで形成されている。そして、このフローセルに試料溶液を供給すると、試料溶液は導入口から流路を通って毛細管ポンプに到達し、この毛細管ポンプに吸引されて連続的に流路を流れることとなる。   In recent years, a technique has been proposed in which a flow channel or a region serving as a pump capable of exhibiting a capillary phenomenon with respect to a sample solution is formed in a flow cell (see, for example, Non-Patent Document 1). A flow cell manufactured by this technique includes a supply unit having an introduction port into which a sample solution is introduced, a transfer unit having a capillary pump for sucking the introduced sample solution, and an introduction port and a capillary pump. The provided flow channels for measurement are formed side by side along a plane direction of the plate-like flow cell. When the sample solution is supplied to the flow cell, the sample solution reaches the capillary pump from the introduction port through the flow path, and is sucked by the capillary pump and continuously flows through the flow path.

また一般に、免疫測定などの分野において試料溶液の検体の測定を行う場合、測定対象の試料溶液の測定結果と、試料溶液に近似した性質を有する参照溶液の測定結果とを比較して、その差分により試料溶液中の検体量を測定することが行われている。この測定を上述した毛細管ポンプを用いたフローセルで実現しようとすると、試料溶液用の系と参照溶液用の系とを同一セル上に設けることが容易ではない。そのため、1つのフローセルに参照溶液と試料溶液とを各々流すことが行われている。具体的には、まず参照溶液をフローセルに供給して参照溶液の1回目の測定を行った後、試料溶液をフローセルに供給して試料溶液の1回目の測定を行う。次いで、再度、参照溶液をフローセルに供給して参照溶液の2回目の測定を行った後、参照溶液の1回目と2回目の測定結果を用いて、試料溶液の測定結果が求められる。ここで、参照溶液の2回目の測定は、省略することも可能である。   In general, when measuring specimens of sample solutions in fields such as immunoassay, the measurement results of the sample solution to be measured are compared with the measurement results of a reference solution having properties similar to the sample solution, and the difference The amount of the specimen in the sample solution is measured by the above. If this measurement is to be realized by the flow cell using the above-described capillary pump, it is not easy to provide the sample solution system and the reference solution system on the same cell. Therefore, each of the reference solution and the sample solution is caused to flow through one flow cell. Specifically, first, the reference solution is supplied to the flow cell to perform the first measurement of the reference solution, and then the sample solution is supplied to the flow cell to perform the first measurement of the sample solution. Next, after supplying the reference solution to the flow cell again and performing the second measurement of the reference solution, the measurement result of the sample solution is obtained using the first and second measurement results of the reference solution. Here, the second measurement of the reference solution can be omitted.

なお、参照溶液を検出部に最初に導入することは、抗体が予め固定化されているフローセルでの免疫測定に効果的である。すなわち、フローセルの保管は乾燥状態であることが望ましいが、その乾燥状態からいきなり試料を導入するような測定では、抗体の活性を復活させるための時間を十分にとることができない。また、抗体の活性による変化と抗原抗体反応による変化が重畳されてしまうので、抗原の測定が困難になってしまう。このため、参照溶液を検出部に最初に導入して、抗原の存在しない参照溶液で抗体活性を復活させた後に試料溶液の測定を行うことにより、測定精度を大きく向上させることができる。   It should be noted that the introduction of the reference solution first into the detection unit is effective for immunoassay using a flow cell in which the antibody is immobilized in advance. That is, it is desirable that the flow cell be stored in a dry state. However, in a measurement in which a sample is suddenly introduced from the dry state, sufficient time for restoring the antibody activity cannot be taken. In addition, since the change due to the activity of the antibody and the change due to the antigen-antibody reaction are superimposed, measurement of the antigen becomes difficult. For this reason, the measurement accuracy can be greatly improved by first introducing the reference solution into the detection unit and measuring the sample solution after restoring the antibody activity with the reference solution without the antigen.

ところで、上述したような測定において、供給部への溶液の供給は、ピペット等を用いて行われていた。この場合、作業者は、参照溶液を導入口から供給部に供給した後、参照溶液が流路を通過して毛細管ポンプに吸引され、導入口から移送し終わる頃合いを見計らって続けて試料溶液を供給する必要がある。また同様に、供給した試料溶液が移送し終わる頃合いを見計らって、続けて2回目の参照溶液を供給する必要がある。すなわち、異なる溶液を順次供給部に供給するにあたり、互いの溶液が極力混ざり合わず、かつ、流路を流れる異なる溶液同士の間に空隙が形成されないように、溶液の供給のタイミングおよび溶液の供給量に留意して作業を行う必要がある。   By the way, in the measurement as described above, the solution is supplied to the supply unit using a pipette or the like. In this case, after supplying the reference solution from the introduction port to the supply unit, the operator continues to wait until the reference solution passes through the flow path and is sucked into the capillary pump and transferred from the introduction port. Need to supply. Similarly, it is necessary to supply a second reference solution in succession when the supplied sample solution is completely transferred. That is, when supplying different solutions sequentially to the supply unit, the solution supply timing and solution supply are performed so that the solutions do not mix as much as possible and no gap is formed between the different solutions flowing through the flow path. It is necessary to pay attention to the amount.

このとき、供給部に溶液が充分に貯留されたままの状態で次の溶液を供給してしまうと、互いの溶液が混ざり合うため、測定の精度を確保することが困難となる。また、供給部の溶液が全て移送された空の状態で次の溶液を供給部へ供給してしまうと、互いの溶液同士の間に空隙が形成され、いわゆるインジェクションショックと呼ばれる測定結果の大きな変化が生じてしまう。このため、参照溶液の測定結果と誠料溶液の測定結果との微量な変化量の比較が困難となり、測定の精度が確保できなくなってしまう。このため、溶液の供給作業には作業者の熟練を要していた。   At this time, if the next solution is supplied in a state where the solution is sufficiently stored in the supply unit, the solutions are mixed with each other, so that it is difficult to ensure measurement accuracy. In addition, if the next solution is supplied to the supply unit in an empty state where all of the solution in the supply unit has been transferred, a gap is formed between the solutions, and a large change in the measurement result called so-called injection shock occurs. Will occur. For this reason, it is difficult to compare a minute amount of change between the measurement result of the reference solution and the measurement result of the sincerity solution, and the measurement accuracy cannot be ensured. For this reason, an operator's skill was required for the solution supply operation.

そこで、参照溶液と試料溶液とをフローセルに順次供給する方法として、例えば複数のシリンジボンプを用いる方法が提案されている。具体的には、これらシリンジボンプをリキッドスイッチの入液側にチューブ等で各々接続するとともに、リキッドスイッチの出液側をフローセルに接続して、溶液毎にリキッドスイッチを切り替えることにより、フローセルに順次参照溶液と試料溶液とを供給する方法である。ところが、この方法では、シリンジポンプ、リキッドスイッチおよびチューブ等の多数の部品を用いるとともに、これらを複雑に接続するので、装置の構成が複雑になり、設備費用が嵩むという問題が生じている。また測定精度を確保するため、試料溶液の測定毎にシリンジポンプ、リキッドスイッチおよびチューブ等を交換したり、洗浄や乾燥したりしなければならないので、手間がかかり、作業効率が悪かった。   Therefore, as a method for sequentially supplying the reference solution and the sample solution to the flow cell, for example, a method using a plurality of syringe bombs has been proposed. Specifically, these syringe pumps are each connected to the liquid switch inlet side with a tube, etc., and the liquid switch outlet side is connected to the flow cell, and the liquid switch is switched for each solution, thereby sequentially referring to the flow cell. In this method, a solution and a sample solution are supplied. However, in this method, a large number of parts such as a syringe pump, a liquid switch, and a tube are used, and these are connected in a complicated manner, resulting in a problem that the configuration of the apparatus becomes complicated and the equipment cost increases. Further, in order to ensure measurement accuracy, each time the sample solution is measured, the syringe pump, the liquid switch, the tube, and the like must be replaced, washed, and dried, which is troublesome and the work efficiency is poor.

また、参照溶液と試料溶液とをフローセルに順次供給する他の方法としては、予めフローセルの流路に参照溶液を貯留しておき、まず参照溶液の測定を行った後、フローセルに試料溶液を供給して試料溶液の測定を行う方法も提案されている。ところが、この方法では、例えば抗体塗布部分など流路内に構成された検出部が長期に亘って参照溶液に晒されることとなるので、その検出部が劣化して、測定精度に影響を及ぼすことがあった。   Another method for sequentially supplying the reference solution and the sample solution to the flow cell is to store the reference solution in the flow cell in advance, measure the reference solution first, and then supply the sample solution to the flow cell. A method for measuring a sample solution has also been proposed. However, in this method, for example, the detection part configured in the flow path such as the antibody application part is exposed to the reference solution for a long period of time, so that the detection part deteriorates and affects the measurement accuracy. was there.

そこで、このような問題を解決するために、複数の毛細管で吸引ポンプを構成し、毛細管の外気側を複数のシール部材で封止し、溶液毎にそのシールを開封することによって、任意のタイミングで任意の溶液を流すことのできるフローセルが提案されている(例えば、特許文献2参照。)。   Therefore, in order to solve such a problem, a plurality of capillaries constitute a suction pump, the capillaries are sealed on the outside air side with a plurality of sealing members, and the seal is opened for each solution at any timing. Has been proposed (see, for example, Patent Document 2).

特開2002−148187号公報JP 2002-148187 A 国際公開第2009/145172号International Publication No. 2009/145172

Martin Zimmermann, Heinz Schmid, Patrick Hunziker and Emmanuel Delamarche、“Capillary pumps for automous capilally systems”、The Royal Society of Chemistry 2007. Lab Chip. 2007. 7.p.119-125、First published as an Advance Article on the web 17th October 2006.Martin Zimmermann, Heinz Schmid, Patrick Hunziker and Emmanuel Delamarche, “Capillary pumps for automous capilally systems”, The Royal Society of Chemistry 2007. Lab Chip. 2007. 7.p.119-125, First published as an Advance Article on the web 17th October 2006.

しかしながら、上述したフローセルでは、溶液が各毛細管の入り口に達して毛細管力が発生する際に、流速が大きく変化するので、検出部での流速に瞬間的な変動、いわゆるパルス状の変動が重畳されてしまう。すると、多数の毛細管を集積したポンプにおいては、毛細管毎にパルス状の流速変動が発生するので、常時パルスが生じることとなってしまう。これが試料測定中においては流速ノイズとなるため、測定精度の向上に限界があった。   However, in the above-described flow cell, when the solution reaches the inlet of each capillary and a capillary force is generated, the flow velocity changes greatly, so that instantaneous fluctuations, so-called pulse fluctuations, are superimposed on the flow velocity at the detection unit. End up. Then, in a pump in which a large number of capillaries are integrated, a pulse-like flow velocity fluctuation occurs for each capillary, so that a pulse is always generated. Since this becomes flow velocity noise during sample measurement, there was a limit to improvement in measurement accuracy.

また、上述したような毛細管ポンプを備えたフローセルでは、試料溶液の流速が、毛細管ポンプによる吸引の初期が一番速く、その吸引が進むにつれて低下していく。例えば、断面が半径rの円形の断面を有する毛細管の中を毛細管力によって液体が進む線速度vは、下式(1)で求められる。この下式(1)において、γは表面張力、ηは粘性係数、θは接触角、tは時間である。   Moreover, in the flow cell provided with the capillary pump as described above, the flow rate of the sample solution is the fastest at the initial stage of suction by the capillary pump, and decreases as the suction proceeds. For example, the linear velocity v at which the liquid travels by capillary force in a capillary having a circular cross section with a radius r can be obtained by the following equation (1). In the following equation (1), γ is a surface tension, η is a viscosity coefficient, θ is a contact angle, and t is time.

このため、液体との接触面積が大きくなるように毛細管内面の形状を加工したり、複数の毛細管を次々分岐させたりなどすることにより、流速の低下を抑えることが提案されている。ところが、幾何学形状が変化する箇所があると、大きな流速変動が起きてしまうので、この場合にもやはり測定精度の向上に限界があった。さらに、そのような構造の毛細管ポンプでは、大面積に微細加工を施さなければならないので、製作コストが大きなものとなっていた。   For this reason, it has been proposed to suppress a decrease in the flow velocity by processing the shape of the inner surface of the capillary so that the contact area with the liquid is increased or by branching a plurality of capillaries one after another. However, if there is a part where the geometric shape changes, a large flow velocity fluctuation occurs, and in this case as well, there is a limit to improving the measurement accuracy. Furthermore, in the capillary pump having such a structure, since it is necessary to perform fine processing on a large area, the manufacturing cost is high.

そこで、本発明は、測定精度を向上させることができるフローセルおよびフローセルの送液方法を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a flow cell and a flow cell feeding method capable of improving measurement accuracy.

上述したような課題を解決するために、本発明に係るフローセルは、試料溶液が供給される供給部と、この供給部に一端が接続され、供給部に供給された試料溶液を毛細管力により移送する第1の流路と、この第1の流路の途中に設けられた検出部と、第1の流路の他端が接続され、第1の流路から移送されてきた試料溶液を毛細管力により移送する第2の流路と、この第2の流路に一端が接続され、第2の流路の試料溶液を毛細管力により移送する複数の管とを備えたフローセルであって、複数の管による毛細管力の絶対値は、第1の流路の毛細管力の絶対値および第2の流路の毛細管力の絶対値よりも小さいことを特徴とするものである。ここで、第1の流路の毛細管力の絶対値は、複数の管の毛細管力の絶対値のうち、最も小さい毛細管力よりも大きいものとなっている。   In order to solve the above-described problems, a flow cell according to the present invention includes a supply unit to which a sample solution is supplied, and one end connected to the supply unit, and transfers the sample solution supplied to the supply unit by capillary force. A first flow path, a detection unit provided in the middle of the first flow path, and the other end of the first flow path are connected, and the sample solution transferred from the first flow path is capillaryed A flow cell comprising: a second flow channel that is transferred by force; and a plurality of tubes that are connected at one end to the second flow channel and transfer a sample solution in the second flow channel by capillary force. The absolute value of the capillary force by the tube is smaller than the absolute value of the capillary force of the first channel and the absolute value of the capillary force of the second channel. Here, the absolute value of the capillary force of the first channel is larger than the smallest capillary force among the absolute values of the capillary forces of the plurality of tubes.

上記フローセルにおいて、基板をさらに備え、供給部は、基板上面に形成された凹部からなり、第1の流路は、基板内部に形成された管からなり、第2の流路は、基板内部に形成された空洞からなり、複数の管は、基板上面と空洞とを連通する孔からなるようにしてもよい。   The flow cell further includes a substrate, the supply unit includes a recess formed on the upper surface of the substrate, the first flow path includes a tube formed inside the substrate, and the second flow path extends to the inside of the substrate. The plurality of tubes may be formed of holes that communicate with the upper surface of the substrate and the cavities.

また、本発明に係るフローセルの送液方法は、試料溶液が供給される供給部と、この供給部に一端が接続され、供給部に供給された試料溶液を毛細管力により移送する第1の流路と、この第1の流路の途中に設けられた検出部と、第1の流路の他端が接続され、第1の流路から移送されてきた試料溶液を毛細管力により移送する第2の流路と、この第2の流路に一端が接続され、第2の流路の試料溶液を毛細管力により移送する複数の管とを備え、複数の管による毛細管力の絶対値は、第1の流路の毛細管力の絶対値および第2の流路の毛細管力の絶対値よりも小さいフローセルの送液方法であって、第1の液体と、第2の液体とを順に供給部に供給するステップを有し、第1の溶液の体積は、第1の流路および第2の流路の体積和以上第1の流路、第2の流路および複数の管の体積和未満であることを特徴とするものである。   In addition, the flow cell liquid feeding method according to the present invention includes a supply unit to which a sample solution is supplied, and a first flow in which one end is connected to the supply unit and the sample solution supplied to the supply unit is transferred by capillary force. A first portion that is connected to the other end of the first channel and the sample solution that has been transferred from the first channel by capillary force. 2 and one end connected to the second channel, and a plurality of tubes for transferring the sample solution in the second channel by capillary force, the absolute value of the capillary force by the plurality of tubes is: A flow cell feeding method that is smaller than the absolute value of the capillary force of the first flow path and the absolute value of the capillary force of the second flow path, and sequentially supplies the first liquid and the second liquid. The volume of the first solution is not less than the sum of the volumes of the first channel and the second channel. Flow path, and is characterized in that it is less than the volume sum of the second channel and a plurality of tubes.

本発明によれば、複数の管による毛細管力の絶対値が、第1の流路の毛細管力の絶対値および第2の流路の毛細管力の絶対値よりも小さいので、第1の流路および第2の流路が試料溶液によって満たされるまでは管による試料溶液の移送が行われないため、試料溶液が各管の入り口に達する度にその管による移送が生じることを防ぐことができる。これにより、管毎に流速変動が発生して試料溶液の流速が大きく変化するのを防ぐことができるので、結果として、測定精度を向上させることができる。   According to the present invention, since the absolute value of the capillary force by the plurality of tubes is smaller than the absolute value of the capillary force of the first channel and the absolute value of the capillary force of the second channel, the first channel Since the sample solution is not transferred by the tube until the second flow path is filled with the sample solution, it is possible to prevent the transfer by the tube from occurring every time the sample solution reaches the inlet of each tube. As a result, it is possible to prevent a flow rate fluctuation from occurring for each tube and to greatly change the flow rate of the sample solution, and as a result, the measurement accuracy can be improved.

図1は、本発明の実施の形態に係るフローセルの構成を模式的に示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view schematically showing the configuration of a flow cell according to an embodiment of the present invention. 図2Aは、本発明の実施の形態に係るフローセルにおける液体の動作を説明するための図である。FIG. 2A is a diagram for explaining the operation of the liquid in the flow cell according to the embodiment of the present invention. 図2Bは、本発明の実施の形態に係るフローセルにおける液体の動作を説明するための図である。FIG. 2B is a diagram for explaining the operation of the liquid in the flow cell according to the embodiment of the present invention. 図2Cは、本発明の実施の形態に係るフローセルにおける液体の動作を説明するための図である。FIG. 2C is a diagram for explaining the operation of the liquid in the flow cell according to the embodiment of the present invention. 図2Dは、本発明の実施の形態に係るフローセルにおける液体の動作を説明するための図である。FIG. 2D is a diagram for explaining the operation of the liquid in the flow cell according to the embodiment of the present invention. 図2Eは、本発明の実施の形態に係るフローセルにおける液体の動作を説明するための図である。FIG. 2E is a diagram for explaining the operation of the liquid in the flow cell according to the embodiment of the present invention. 図2Fは、本発明の実施の形態に係るフローセルにおける液体の動作を説明するための図である。FIG. 2F is a diagram for explaining the operation of the liquid in the flow cell according to the embodiment of the present invention. 図3Aは、本発明の実施の形態に係るフローセルの第1の実施例におけるシミュレーション結果を示す斜視図である。FIG. 3A is a perspective view showing a simulation result in the first example of the flow cell according to the exemplary embodiment of the present invention. 図3Bは、本発明の実施の形態に係るフローセルの第1の実施例におけるシミュレーション結果を示す斜視図である。FIG. 3B is a perspective view showing a simulation result in the first example of the flow cell according to the exemplary embodiment of the present invention. 図3Cは、本発明の実施の形態に係るフローセルの第1の実施例におけるシミュレーション結果を示す斜視図である。FIG. 3C is a perspective view showing a simulation result in the first example of the flow cell according to the exemplary embodiment of the present invention. 図3Dは、本発明の実施の形態に係るフローセルの第1の実施例におけるシミュレーション結果を示す斜視図である。FIG. 3D is a perspective view showing a simulation result in the first example of the flow cell according to the embodiment of the present invention. 図3Eは、本発明の実施の形態に係るフローセルの第1の実施例におけるシミュレーション結果を示す斜視図である。FIG. 3E is a perspective view showing a simulation result in the first example of the flow cell according to the embodiment of the present invention. 図3Fは、本発明の実施の形態に係るフローセルの第1の実施例におけるシミュレーション結果を示す斜視図である。FIG. 3F is a perspective view showing a simulation result in the first example of the flow cell according to the embodiment of the present invention. 図4Aは、本発明の実施の形態に係るフローセルの第1の実施例におけるシミュレーション結果を示す平面図である。FIG. 4A is a plan view showing a simulation result in the first example of the flow cell according to the exemplary embodiment of the present invention. 図4Bは、本発明の実施の形態に係るフローセルの第1の実施例におけるシミュレーション結果を示す平面図である。FIG. 4B is a plan view showing a simulation result in the first example of the flow cell according to the exemplary embodiment of the present invention. 図4Cは、本発明の実施の形態に係るフローセルの第1の実施例におけるシミュレーション結果を示す平面図である。FIG. 4C is a plan view showing a simulation result in the first example of the flow cell according to the exemplary embodiment of the present invention. 図5は、本発明の実施の形態に係るフローセルの第1の実施例における流速の変化を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing changes in flow velocity in the first example of the flow cell according to the embodiment of the present invention. 図6Aは、比較例におけるシミュレーション結果を示す図である。FIG. 6A is a diagram illustrating a simulation result in a comparative example. 図6Bは、比較例におけるシミュレーション結果を示す図である。FIG. 6B is a diagram illustrating a simulation result in the comparative example. 図6Cは、比較例におけるシミュレーション結果を示す図である。FIG. 6C is a diagram illustrating a simulation result in the comparative example. 図7は、第1の実施例と比較例の流速の変化を示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing changes in flow velocity in the first example and the comparative example. 図8Aは、本発明の実施の形態に係るフローセルの第2の実施例におけるシミュレーション結果を示す斜視図である。FIG. 8A is a perspective view showing a simulation result in the second example of the flow cell according to the exemplary embodiment of the present invention. 図8Bは、本発明の実施の形態に係るフローセルの第2の実施例におけるシミュレーション結果を示す斜視図である。FIG. 8B is a perspective view showing a simulation result in the second example of the flow cell according to the exemplary embodiment of the present invention. 図8Cは、本発明の実施の形態に係るフローセルの第2の実施例におけるシミュレーション結果を示す斜視図である。FIG. 8C is a perspective view showing a simulation result in the second example of the flow cell according to the exemplary embodiment of the present invention. 図8Dは、本発明の実施の形態に係るフローセルの第2の実施例におけるシミュレーション結果を示す斜視図である。FIG. 8D is a perspective view showing a simulation result in the second example of the flow cell according to the exemplary embodiment of the present invention. 図8Eは、本発明の実施の形態に係るフローセルの第2の実施例におけるシミュレーション結果を示す斜視図である。FIG. 8E is a perspective view showing a simulation result in the second example of the flow cell according to the exemplary embodiment of the present invention. 図8Fは、本発明の実施の形態に係るフローセルの第2の実施例におけるシミュレーション結果を示す斜視図である。FIG. 8F is a perspective view showing a simulation result in the second example of the flow cell according to the exemplary embodiment of the present invention. 図8Gは、本発明の実施の形態に係るフローセルの第2の実施例におけるシミュレーション結果を示す斜視図である。FIG. 8G is a perspective view showing a simulation result in the second example of the flow cell according to the exemplary embodiment of the present invention. 図8Hは、本発明の実施の形態に係るフローセルの第2の実施例におけるシミュレーション結果を示す斜視図である。FIG. 8H is a perspective view showing a simulation result in the second example of the flow cell according to the exemplary embodiment of the present invention. 図9は、本発明の実施の形態に係るフローセルの第2の実施例における流速の変化を示すグラフである。FIG. 9 is a graph showing changes in flow velocity in the second example of the flow cell according to the embodiment of the present invention.

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

<フローセルの構成>
本実施の形態に係るフローセルは、図1に示すように、下部基板101と、下部基板101の上に配置される上部基板102とから構成される。この下部基板101および上部基板102には、上部基板102に形成された試料溶液が供給される供給部103と、下部基板101および上部基板102の対向する面の間に配置され、供給部103に一端が接続された流路104と、流路104の途中に設けられた検出部105と、下部基板101および上部基板102の対向する面の間に配置され、流路104の他端が接続された接続領域106と、上部基板102を貫通して接続領域106に到達する複数の貫通孔107を備える移送部108とが形成されている。また、貫通孔107が形成されている領域(接続領域106の領域)に対応する上部基板102の外部側表面には、凹部が形成されて排出部109を構成している。なお、排出部109は、形成されている必要はない。また、流路104の検出部105においては、SPR測定に適用する場合には、下部基板101の流路に露出する面に金(Au)などからなる金属薄膜が形成されている。なお、金属薄膜は、例えば、下部基板101の全域に形成されいてもよい。この場合、流路104の全域および接続領域106においても、一部に金属薄膜が露出していることになる。
<Configuration of flow cell>
As shown in FIG. 1, the flow cell according to the present embodiment includes a lower substrate 101 and an upper substrate 102 disposed on the lower substrate 101. The lower substrate 101 and the upper substrate 102 are disposed between a supply unit 103 to which the sample solution formed on the upper substrate 102 is supplied and the opposing surfaces of the lower substrate 101 and the upper substrate 102. Disposed between the flow path 104 to which one end is connected, the detection unit 105 provided in the middle of the flow path 104, and the opposing surfaces of the lower substrate 101 and the upper substrate 102, and the other end of the flow path 104 is connected. The connection region 106 and a transfer unit 108 including a plurality of through holes 107 that penetrate the upper substrate 102 and reach the connection region 106 are formed. Further, a concave portion is formed on the outer surface of the upper substrate 102 corresponding to the region where the through hole 107 is formed (the region of the connection region 106), thereby forming the discharge unit 109. In addition, the discharge part 109 does not need to be formed. In addition, in the detection unit 105 of the channel 104, when applied to SPR measurement, a metal thin film made of gold (Au) or the like is formed on the surface exposed to the channel of the lower substrate 101. Note that the metal thin film may be formed over the entire area of the lower substrate 101, for example. In this case, the metal thin film is partially exposed in the entire region of the flow path 104 and the connection region 106.

ここで、下部基板101および上部基板102は、ガラスやアクリル樹脂などの光を透過する材料から構成される。これにより、SPR測定等を実現することができる。   Here, the lower substrate 101 and the upper substrate 102 are made of a material that transmits light, such as glass or acrylic resin. Thereby, SPR measurement etc. are realizable.

供給部103は、上部が上部基板102から開口する凹部からなり、具体的には底部が封鎖された円筒形状(円管)を有している。
流路104は、第1の流路として機能し、断面矩形の管であり、その断面寸法は液体に対して毛細管現象が発現する範囲とされている。
The supply unit 103 has a cylindrical shape (circular tube) whose upper part is formed of a recess opening from the upper substrate 102, and specifically, whose bottom part is sealed.
The flow path 104 functions as a first flow path and is a tube having a rectangular cross section, and the cross-sectional dimension thereof is set in a range in which a capillary phenomenon appears with respect to the liquid.

接続領域106は、第2の流路として機能し、直方体の空洞から構成され、その高さ、すなわち下部基板101および上部基板102の対向する方向(上下方向)の間隔は、流路104より液体が浸入したときに、上下方向に隙間が形成されない範囲とされている。言い換えると、浸入した液体が、接続領域106の上下の両面に同時に接触可能な状態とされていればよい。また、本実施の形態では、下部基板101と上部基板102の対向する方向に垂直な方向の接続領域106の幅が、流路104より広く形成され、この幅方向に、複数の貫通孔107からなる列が配置され、この列が、幅方向に垂直な流路方向に配列されている。   The connection region 106 functions as a second flow path and is formed of a rectangular parallelepiped cavity, and the height thereof, that is, the distance between the lower substrate 101 and the upper substrate 102 in the facing direction (vertical direction) is higher than that of the flow path 104. It is set as a range in which no gap is formed in the up-down direction when the liquid enters. In other words, it is only necessary for the liquid that has entered to be in contact with the upper and lower surfaces of the connection region 106 at the same time. In the present embodiment, the width of the connection region 106 in the direction perpendicular to the direction in which the lower substrate 101 and the upper substrate 102 face each other is formed wider than the flow path 104, and the plurality of through holes 107 extend in this width direction. Are arranged, and this row is arranged in the flow channel direction perpendicular to the width direction.

移送部108を構成する貫通孔107は、例えば円筒形状(円管)であり、接続領域106とフローセル外部とを連通している。貫通孔107の孔径は、液体に対して毛細管現象が発現する範囲とされている。ここで、移送部108は、貫通孔107に働く毛細管力の合計が、流路104に働く毛細管力および接続領域106に働く毛細管力よりも小さくなるように設定されている。   The through-hole 107 which comprises the transfer part 108 is cylindrical shape (circular pipe), for example, and connects the connection area | region 106 and the exterior of a flow cell. The hole diameter of the through-hole 107 is set to a range in which capillary action occurs with respect to the liquid. Here, the transfer unit 108 is set so that the total capillary force acting on the through-hole 107 is smaller than the capillary force acting on the flow path 104 and the capillary force acting on the connection region 106.

<フローセルの動作原理>
次に、本実施の形態に係るフローセルの動作原理について、毛細管力および流路抵抗の観点から図2A〜図2Fを参照して説明する。
なお、以下においては、図2Aに示すように、円管からなる供給部103の半径をri、矩形断面を有する流路104の幅をw、高さをh、長さをl、貫通孔107の半径をrcとして説明を行う。ここで、供給部103の半径riは貫通孔107の半径rcよりも大きいものとする。
<Operation principle of flow cell>
Next, the operation principle of the flow cell according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 2A to 2F from the viewpoint of capillary force and flow path resistance.
In the following, as shown in FIG. 2A, the radius of the supply portion 103 made of a circular pipe is r i , the width of the flow path 104 having a rectangular cross section is w, the height is h, the length is l, and the through hole 107 radius of a description as r c. Here, it is assumed that the radius r i of the supply unit 103 is larger than the radius r c of the through hole 107.

はじめに、一般的な毛細管に働く毛細管力および流路抵抗について説明する。
曲率半径r1,r2の楕円体が有する圧力差Pは、ヤング・ラプラスの方程式より下式(2)で表される。この下式(2)において、γは表面張力である。
First, the capillary force and the channel resistance acting on a general capillary will be described.
The pressure difference P possessed by the ellipsoids having the curvature radii r 1 and r 2 is expressed by the following equation (2) from the Young-Laplace equation. In the following formula (2), γ is a surface tension.

P=γ(1/r1+1/r2) ・・・(2) P = γ (1 / r 1 + 1 / r 2 ) (2)

半径rの円形断面を有する毛細管による毛細管力Pcは、下式(3)で表される。 A capillary force P c by a capillary having a circular cross section with a radius r is expressed by the following formula (3).

c=−(2γcosθ/r) ・・・(3) P c = − (2γ cos θ / r) (3)

幅w、高さhの矩形断面を有する毛細管による毛細管力Pcは、下式(4)で表される。 A capillary force P c by a capillary having a rectangular cross section having a width w and a height h is expressed by the following equation (4).

c=−γ{(cosθr+cosθl)/w+(cosθt+cosθb)/h}
・・・(4)
P c = −γ {(cos θ r + cos θ l ) / w + (cos θ t + cos θ b ) / h}
... (4)

上式(4)において、θr、θl、θt、θbは、順番に矩形毛細管の右面、左面、天面、底面との接触角である。矩形毛細管の各面が同じ接触角θの場合、毛細管力Pcは、下式(5)で表される。 In the above equation (4), θ r , θ l , θ t , θ b are contact angles with the right surface, left surface, top surface, and bottom surface of the rectangular capillary tube in order. When each surface of the rectangular capillary has the same contact angle θ, the capillary force P c is expressed by the following equation (5).

c=−2γcosθ(1/w+1/h) ・・・(5) P c = −2γ cos θ (1 / w + 1 / h) (5)

半径r、長さlの円形断面を有する毛細管の流路抵抗Rは、下式(6)で表される。   A flow path resistance R of a capillary having a circular cross section with a radius r and a length l is expressed by the following equation (6).

R=8l/πr4 ・・・(6) R = 81 / πr 4 (6)

幅w、高さh、長さlの矩形断面を有する毛細管の流路抵抗Rは、下式(7)で表される。   A flow path resistance R of a capillary having a rectangular cross section having a width w, a height h, and a length l is expressed by the following expression (7).

R=4l/{h22F(h/w)} ・・・(7) R = 4 l / {h 2 w 2 F (h / w)} (7)

ここで、関数F(x)は、下式(8)で表される。   Here, the function F (x) is expressed by the following equation (8).

次に、これらを踏まえて、本実施の形態に係るフローセルにおける液体の移送について説明する。なお、説明の簡単にするため、本実施の形態に係るフローセルが同一の材料からなり、液体との接触角がすべて同一でθとする。
フローセルの供給部103に液体を供給すると、円形断面を有する供給部103の半径riが、矩形断面を有する流路104の短辺hよりも充分長いものと仮定しているので、上式(3)、(5)の比較から、その液体を供給部103内部に留めておく力よりも流路104側に引き込む力の方が強くなるので、液体は供給部103から流路104に流れ込む。すなわち、下式(9)の関係が満たされていれば、流路104に液体が流れ込むこととなる。
Next, based on these, the liquid transfer in the flow cell according to the present embodiment will be described. For simplicity of explanation, the flow cells according to the present embodiment are made of the same material, and the contact angles with the liquid are all the same and θ.
When the liquid is supplied to the supply unit 103 of the flow cell, it is assumed that the radius r i of the supply unit 103 having a circular cross section is sufficiently longer than the short side h of the flow path 104 having a rectangular cross section. 3) From the comparison of (5), since the force to draw the liquid toward the flow path 104 is stronger than the force to keep the liquid inside the supply section 103, the liquid flows into the flow path 104 from the supply section 103. That is, if the relationship of the following formula (9) is satisfied, the liquid flows into the flow path 104.

1/ri<1/w+1/h ・・・(9) 1 / r i <1 / w + 1 / h (9)

このとき、検体の測定において少量の参照溶液を供給する場合のように、供給部103に少量の液滴を流路104の入り口に配置した場合においても、上式(2)は正圧、上式(5)は負圧を意味するので、やはり流路104側に液体が流れ込むこととなる。以下、毛細管力は負圧であるが、大きさの比較は絶対値で行うものとする。   At this time, even when a small amount of liquid droplet is placed in the inlet of the flow channel 104 in the supply unit 103 as in the case of supplying a small amount of reference solution in the measurement of the specimen, the above equation (2) is positive pressure, Since the expression (5) means a negative pressure, the liquid also flows into the flow path 104 side. In the following, the capillary force is a negative pressure, but the magnitude comparison is performed with absolute values.

流路104に流入した液体は、矩形断面を有する接続領域106に到達すると、同じく矩形断面を有する流路104よりも幅が広くなるために受ける毛細管力が小さくなるが、依然として供給部103の毛細管力よりも大きな毛細管力を受けるので、接続領域106内を進行していく。このまま接続領域106を進行していくと貫通孔107の下部に到達するが、貫通孔107の半径rcが下式(10)の関係を満たしていれば、図2Bに示すように、液体αは、貫通孔107に吸引されず、貫通孔107直下の部分を除いて接続領域106内に満たされることとなる。 When the liquid that has flowed into the flow path 104 reaches the connection region 106 having a rectangular cross section, the capillary force that is received is reduced because the width is wider than that of the flow path 104 that also has a rectangular cross section, but the capillary tube of the supply unit 103 still remains. Since it receives a capillary force larger than the force, it proceeds in the connection region 106. And reaches the bottom of the through hole 107 in this state progresses the connection region 106, if the radius r c of the through hole 107 satisfies a relation of the following equation (10), as shown in Figure 2B, a liquid α Is not sucked into the through-hole 107 and is filled in the connection region 106 except for the portion immediately below the through-hole 107.

1/rc<1/w2+1/h ・・・(10) 1 / r c <1 / w 2 + 1 / h (10)

ここで、w2は、接続領域104内における液体の幅を示し、接続領域106内を進行するにつれ、その液面形状に応じて変化する。貫通孔107同士が十分離れている場合には、w2が大きくなるので、上式(10)の右辺の第一項の寄与は小さくなる。すなわち、少なくとも下式(11)を満たしていれば、液体は、貫通孔107に吸引されず、貫通孔107直下の部分を除いて接続領域106内を満たすこととなる。 Here, w 2 indicates the width of the liquid in the connection region 104, and changes in accordance with the liquid surface shape as it advances in the connection region 106. When the through-holes 107 are sufficiently separated from each other, w 2 increases, so the contribution of the first term on the right side of the above equation (10) decreases. That is, as long as at least the following expression (11) is satisfied, the liquid is not sucked into the through-hole 107 and fills the connection region 106 except for the portion immediately below the through-hole 107.

1/rc<1/h ・・・(11) 1 / r c <1 / h (11)

さらに供給部103に液体が供給されると、貫通孔107と競合する液体の吸引部分がなくなるので、接続領域106における貫通孔107直下の部分や貫通孔107下部まで液体で満たされる。このように、流路104および接続領域106の体積和と略同一の体積の液体、または、流路104および接続領域106の体積和以上で流路104、接続領域106および複数の貫通孔107の体積和未満の液体が供給された後、供給部103からの液体の供給が止まると、下式(12) が成立していれば、複数の貫通孔107から構成される移送部108による毛細管力よりも流路104による毛細管力の方が大きいので、流路104の入り口にメニスカスが形成され、このメニスカスが移動しない。このため、図2Cに示すように、接続領域106内とともに流路104内も液体αで満たされた状態が形成される。   Further, when the liquid is supplied to the supply unit 103, there is no liquid suction portion competing with the through hole 107, so that the portion immediately below the through hole 107 in the connection region 106 and the lower portion of the through hole 107 are filled with the liquid. In this way, the liquid having a volume substantially the same as the volume sum of the flow path 104 and the connection area 106, or the flow volume 104, the connection area 106, and the plurality of through holes 107 are equal to or larger than the volume sum of the flow path 104 and the connection area 106. When the supply of the liquid from the supply unit 103 stops after the liquid having a volume less than the sum is supplied, if the following equation (12) is satisfied, the capillary force by the transfer unit 108 including the plurality of through holes 107 is satisfied. Since the capillary force by the flow path 104 is larger than that, a meniscus is formed at the entrance of the flow path 104, and the meniscus does not move. For this reason, as shown in FIG. 2C, a state is formed in which the flow path 104 is filled with the liquid α as well as the connection region 106.

1/rc<1/w+1/h ・・・(12) 1 / r c <1 / w + 1 / h (12)

この状態は安定しており、液体の移動が生じない。そこで、例えば、検体を測定する場合において、上述したような液体αとして、抗体活性を復活させることができ検体液と同等の屈折率を有する参照液を供給すれば、蒸発が生じないと仮定すると、検体液の測定の前に参照液を任意の時間フローセル内部に安定して貯留することができる。これは、流路104に設けられた検出部105の抗体の活性が復活するまでの時間を任意に取ることができることも意味している。   This state is stable and the liquid does not move. Therefore, for example, in the case of measuring a specimen, it is assumed that if a reference liquid having a refractive index equivalent to that of the specimen liquid is supplied as the liquid α as described above, the antibody activity can be restored, and evaporation does not occur. The reference liquid can be stably stored in the flow cell for an arbitrary time before the measurement of the sample liquid. This also means that it is possible to arbitrarily take the time until the activity of the antibody of the detection unit 105 provided in the flow path 104 is restored.

そして、参照液からなる液体αに続いて検体液からなる液体βを供給部103に供給すると、流路104の入り口でのメニスカスに代わって供給部103内側面にメニスカスが形成されるので、下式(13)の関係から、複数の貫通孔107による毛細管力の方が、供給部103に形成されたメニスカスによる毛細管力よりも大きくなる。すると、図2Dに示すように、複数の貫通孔107により液体が吸引され、流路104を液体βが流れるようになる。   Then, when the liquid β made of the sample liquid is supplied to the supply unit 103 following the liquid α made of the reference liquid, a meniscus is formed on the inner surface of the supply unit 103 instead of the meniscus at the entrance of the flow path 104. From the relationship of Expression (13), the capillary force due to the plurality of through-holes 107 becomes larger than the capillary force due to the meniscus formed in the supply unit 103. Then, as shown in FIG. 2D, the liquid is sucked through the plurality of through holes 107, and the liquid β flows through the flow path 104.

1/ri<1/rc ・・・(13) 1 / r i <1 / r c (13)

上述したような検体液からなる液体βの流れは、供給部103から検体液がなくなるか、移送部108の貫通孔107すべてが吸引を終了するまで続くことになる。これにより、参照液によって抗体活性が充分復活した後に検体液を供給すると、接続領域106を充填する際の液面の融合や貫通孔107への新たなメニスカスの形成が行われないので、検出部105における検体液の流れの流速ノイズが小さくなる。
また、抗体活性の復活のための前処理を必要としない測定においても、流路104および接続領域106の体積和以上で流路104、接続領域106および複数の貫通孔107の体積和未満の所定の量の検体液を流して、接続領域106および移送部108の貫通孔107下部などが満たされた段階から測定を開始すれば、流速低下が小さく、かつ、流速ノイズが小さい時間領域での測定ができるので、精度の高い測定結果を得ることができる。
The flow of the liquid β made of the sample liquid as described above continues until the sample liquid is exhausted from the supply unit 103 or until all the through holes 107 of the transfer unit 108 finish the suction. Thus, if the sample liquid is supplied after the antibody activity is sufficiently restored by the reference liquid, the liquid surface is not fused when the connection region 106 is filled, and a new meniscus is not formed in the through-hole 107. The flow velocity noise of the flow of the sample liquid at 105 is reduced.
Further, even in a measurement that does not require pretreatment for restoring antibody activity, a predetermined value that is greater than or equal to the volume sum of the channel 104 and the connection region 106 and less than the volume sum of the channel 104, the connection region 106, and the plurality of through holes 107 If the measurement is started from the stage where the connecting region 106 and the lower part of the through-hole 107 of the transfer unit 108 are filled, the measurement in the time region where the flow velocity decrease is small and the flow velocity noise is small. Therefore, a highly accurate measurement result can be obtained.

一方、上式(10)または上式(11) を満たさないようなフローセルでは、図2Eに示すように、接続領域106を満たす前に一部の貫通孔107による液体αの吸引が発生するため、流速ノイズの大きな流れとなる。この場合には、図2Fに示すように、検体液βを供給した時点においても、流速ノイズが発生することになる。   On the other hand, in the flow cell that does not satisfy the above formula (10) or the above formula (11), as shown in FIG. 2E, the liquid α is sucked by some of the through holes 107 before the connection region 106 is filled. , It will be a large flow of flow velocity noise. In this case, as shown in FIG. 2F, flow velocity noise is generated even when the sample liquid β is supplied.

参照液の次に供給される検体液の流れは、上述したメカニズムより流速変動(流速低下)が小さく、また流速ノイズも小さい。この時の流速は、下式(14)で概算することができる。   The flow of the sample liquid supplied next to the reference liquid has a smaller flow rate fluctuation (lower flow rate) and smaller flow velocity noise than the above-described mechanism. The flow rate at this time can be estimated by the following formula (14).

v=(ΔP)/(ηSR) ・・・(14) v = (ΔP) / (ηSR) (14)

ここで、ηは粘性係数、Sは流路104の断面積(wh)、Rは流路抵抗(上式(7))、ΔPは移送部108における貫通孔107と供給部103との圧力差であり下式(15)で表される。   Here, η is a viscosity coefficient, S is a cross-sectional area (wh) of the flow path 104, R is a flow path resistance (the above formula (7)), and ΔP is a pressure difference between the through hole 107 and the supply section 103 in the transfer section 108. And is represented by the following formula (15).

ΔP=2γcosθ(1/rc−1/ri) ・・・(15) ΔP = 2γ cos θ (1 / r c −1 / r i ) (15)

また、検体液が流れる時間Tは、下式(16)で表される。   Further, the time T during which the sample liquid flows is expressed by the following formula (16).

T=(ncπrc 2c)/(vS) ・・・(16) T = (n c πr c 2 h c ) / (vS) (16)

<実施例および比較例>
次に、本実施の形態に係るフローセルの実施例と、比較例とついて説明する。これらは、具体的数値を用いたシミュレーション結果であり、フローセルに供給する液体を水(粘性係数η=1.002×10-3[Pa・s]、表面張力γを72.75×10-3[N/m]、接触角を60度として計算している。また、各実施例および比較例において、共通の幾何学的パラメータとしては、供給部103の半径ri=1.5[mm]、供給部103の高さhi=4[mm]、流路104の幅w=0.6[mm]、流路104の長さl=2.5[mm]、移送部108における貫通孔107の高さhc= 4[mm]、貫通孔107の数nc=15、貫通孔107の半径rc=0.1[mm]とし、移送部108における貫通孔107を3列×5列に配置した。
<Examples and Comparative Examples>
Next, examples of the flow cell according to the present embodiment and comparative examples will be described. These are simulation results using specific numerical values. The liquid supplied to the flow cell is water (viscosity coefficient η = 1.002 × 10 −3 [Pa · s], and the surface tension γ is 72.75 × 10 −3. [N / m], the contact angle is calculated as 60 degrees, and in each of the examples and the comparative example, as a common geometric parameter, the radius r i of the supply unit 103 is 1.5 [mm]. , Height h i of the supply unit 103 = 4 [mm], width w of the channel 104 = 0.6 [mm], length l of the channel 104 = 2.5 [mm], through hole in the transfer unit 108 The height h c of 107 is 4 [mm], the number of through holes 107 is n c = 15, the radius r c of the through holes 107 is 0.1 [mm], and the through holes 107 in the transfer unit 108 are arranged in 3 rows × 5. Arranged in a row.

[第1の実施例]
第1の実施例は、流路104の高さh=0.075[mm]としたものであり、このときのシミュレーション結果を図3A〜図3Fおよび図4A〜図4Cに示す。ここで、図3A〜図3Fは、各時刻における液体の動きを示す斜視図、図4A〜図4Cは、各時刻における接続領域106の液体の動きを示す平面図である。
[First embodiment]
In the first embodiment, the height h of the flow path 104 is 0.075 [mm], and the simulation results at this time are shown in FIGS. 3A to 3F and 4A to 4C. 3A to 3F are perspective views showing the movement of the liquid at each time, and FIGS. 4A to 4C are plan views showing the movement of the liquid in the connection region 106 at each time.

本実施例は、図3Aに示すように、供給部103に液体が充填された時点を時刻0.0秒として計算を開始した。   In this example, as shown in FIG. 3A, the calculation was started with time 0.0 seconds when the supply unit 103 was filled with liquid.

まず、図3Bに示す時刻0.085秒において、液体は、流路104を通過して接続領域106の中央にまで到達している。さらに、時刻0.150秒では、図3Cに示すように、液体が接続領域106内を満たしていない部分が残り僅かの状態となっている。ここで、図3Bと同時刻である図4Aからわかるように、接続領域106内部の流体は、貫通孔107直下の部分を避けて流れていることがわかる。また、図3Cと同時刻である図4Bには、接続領域106内部の流体が貫通孔107直下の部分を避けて流れていることがより鮮明に示されている。さらに、図4Cに示す時刻0.175秒では、接続領域106すべてに亘って液体が充填され、何本かの貫通孔107が液体の吸引を開始している。   First, at time 0.085 seconds shown in FIG. 3B, the liquid passes through the flow path 104 and reaches the center of the connection region 106. Further, at the time of 0.150 seconds, as shown in FIG. 3C, the portion where the liquid does not fill the connection region 106 remains in a slight state. Here, as can be seen from FIG. 4A, which is the same time as FIG. 3B, it can be seen that the fluid inside the connection region 106 flows avoiding the portion directly below the through hole 107. 4B, which is the same time as FIG. 3C, clearly shows that the fluid inside the connection region 106 flows avoiding the portion directly below the through hole 107. Further, at the time of 0.175 seconds shown in FIG. 4C, the liquid is filled over the entire connection region 106, and some through holes 107 start sucking the liquid.

そして、時刻0.258秒(図3D)、0.490秒(図3E)と各貫通孔107による吸引が継続され、時刻0.630秒では、図3Fに示すように、すべての貫通孔107の吸引が終了している。   Then, suction through each through hole 107 is continued at time 0.258 seconds (FIG. 3D) and 0.490 seconds (FIG. 3E), and at time 0.630 seconds, as shown in FIG. The suction is finished.

ここで、図3D、図3Fに示す時刻0.258秒、0.490秒において、中央部に位置する貫通孔107aに注目すると、液体を吸い上げる高さが、時刻0.258秒よりも時刻0.490秒の方が低くなっている。すなわち、時間が進むにつれて液面が下降している。これは他の貫通孔107が液体を吸い上げる際、流路104からの液体の供給量が不足しているので、自らが他の貫通孔107への液体の供給源になったためである。このように、各貫通孔107は、流路104からの流入を一定にするよう協調して動作すことにより、全体として一定の流速での液体の吸引を実現している。   Here, at the time of 0.258 seconds and 0.490 seconds shown in FIG. 3D and FIG. 3F, paying attention to the through-hole 107a located in the center, the height of sucking up the liquid is higher than the time of 0.258 seconds. .490 seconds is lower. That is, the liquid level is lowered as time advances. This is because when the other through-hole 107 sucks up the liquid, the supply amount of the liquid from the flow path 104 is insufficient, so that the other through-hole 107 itself becomes a supply source of the liquid to the other through-hole 107. Thus, each through-hole 107 realizes the suction of the liquid at a constant flow rate as a whole by operating in a coordinated manner so as to make the inflow from the flow path 104 constant.

図5は、流路104の中央で検出部105から0.0375[mm]上方(流路104断面における中央,0.5h)における流速(中心速度v00)の変化を示すグラフである。ここで、0.17秒程度までは、接続領域106を満たすために液面が複雑な動きをするので、流速が大きく変動しており、接続領域106を進行するにつれてベースラインも大きく低下している。ところが、0.17秒を過ぎた頃から、貫通孔107の協調的な吸引が開始されているので、流速のノイズが極めて小さく、ベースラインもほぼフラットである、すなわち流速変動が小さく流速ノイズが小さい送液が行われていることがわかる。また、送液の最後の期間においては、急激な速度低下が起きているので、送液の終了を容易に検出することができる。 FIG. 5 is a graph showing changes in the flow velocity (center speed v 00 ) at 0.0375 [mm] above the center of the flow path 104 (center in the cross section of the flow path 104, 0.5 h). Here, up to about 0.17 seconds, the liquid surface moves in a complicated manner to fill the connection region 106, so the flow velocity greatly fluctuates, and the baseline decreases greatly as the connection region 106 is advanced. Yes. However, since the cooperative suction of the through-hole 107 has started since about 0.17 seconds, the flow velocity noise is extremely small and the baseline is almost flat, that is, the flow velocity fluctuation is small and the flow velocity noise is small. It turns out that small liquid feeding is performed. Further, in the last period of liquid feeding, since a rapid speed reduction occurs, the end of liquid feeding can be easily detected.

ここで、上式(16) 式における分子ncπrc 2cは毛細管の内容積の和であり、具体的には、1.9×10-9[m3]である。分母Svは体積流速を表しており、平均流速に断面積を乗じたものである。平均流速vと中心流速v00の関係は下式(17)で表される。 Here, the molecule n c πr c 2 h c in the above formula (16) is the sum of the capillaries' inner volume, specifically, 1.9 × 10 −9 [m 3 ]. The denominator Sv represents the volume flow velocity, which is the average flow velocity multiplied by the cross-sectional area. The relationship between the average flow velocity v and the central flow velocity v 00 is expressed by the following equation (17).

上式(17)において、F(x)は上式(8)で与えられ、xは矩形断面のアスペクト比h/wである。本実施例の場合、右辺の具体的値は0.61程度である。図5のグラフより、貫通孔107が液体を吸引している状態におけるその液体の中心流速がおよそ0.14[m/s]程度であり、体積流速は3.8×10-9[m3/s]となるため、貫通孔107の吸引時間Tは0.5秒程度となる。これは図5のグラフから読み取った貫通孔107による吸引時間とほぼ一致している。このように、初期の流速変動の大きな時期を過ぎた後の安定した流速の期間に測定を行えば、精度の良い測定を行えることがわかる。 In the above equation (17), F (x) is given by the above equation (8), and x is the aspect ratio h / w of the rectangular cross section. In this embodiment, the specific value on the right side is about 0.61. From the graph of FIG. 5, the central flow velocity of the liquid in the state in which the through-hole 107 sucks the liquid is about 0.14 [m / s], and the volume flow velocity is 3.8 × 10 −9 [m 3. / S], the suction time T of the through-hole 107 is about 0.5 seconds. This substantially coincides with the suction time by the through hole 107 read from the graph of FIG. In this way, it can be seen that accurate measurement can be performed if measurement is performed during a period of stable flow velocity after a period when the initial flow velocity fluctuation is large.

[比較例]
本比較例は、流路104の高さh=0.1[mm]としたものであり、フローセルの他の構成は第1の実施例と同等である。この場合のシミュレーション結果を図6A〜図6Cに示す。この図6A〜図6Cにおいて、左図は各時刻における液体の動きを示す斜視図、右図は同時刻における接続領域106の液体の動きを示す平面図である。
本比較例においても、上述した第1の実施例と同様、供給部103に液体が充填された時点を時刻0.0秒として計算を開始した。
[Comparative example]
In this comparative example, the height h of the flow path 104 is set to 0.1 mm, and the other configuration of the flow cell is the same as that of the first embodiment. Simulation results in this case are shown in FIGS. 6A to 6C. 6A to 6C, the left figure is a perspective view showing the movement of the liquid at each time, and the right figure is a plan view showing the movement of the liquid in the connection region 106 at the same time.
Also in this comparative example, as in the first example described above, the calculation was started with time 0.0 seconds when the supply unit 103 was filled with liquid.

図6Aに示す時刻0.050秒では、接続領域106における貫通孔107直下の部分は液体で満たされていないが、図6Bに示す時刻0.100秒では流路104に近い貫通孔107において液体の吸い上げが始まっている。さらに、図6Cに示す時刻0.200秒では、接続領域106の一部が満たされていないにも関わらず、多くの貫通孔107で吸い上げが行われている。   At the time 0.050 seconds shown in FIG. 6A, the portion immediately below the through hole 107 in the connection region 106 is not filled with liquid, but at the time 0.100 seconds shown in FIG. Sucking is starting. Furthermore, at the time of 0.200 seconds shown in FIG. 6C, suction is performed in many through-holes 107 even though part of the connection region 106 is not filled.

図7は、流路104の中央で検出部105から0.05[mm]上方(流路断面における中央,0.5h)における流速の時間変化であり、参考のため、第1の実施例のフローセル(h=0.075[mm])の結果も記載する。比較例であるh=0.1[mm]のフローセルでは、複数の貫通孔107による協調的な吸い上げと、接続領域106でのメニスカスの複雑な動きが同時に行われているため、流速ノイズが大きくなっている。また、流路104および接続領域106の高さhが第1の実施例よりも大きくなっているため、流路抵抗が小さくなっており、この結果、流速が大きくなっている。   FIG. 7 is a time change of the flow velocity 0.05 [mm] above the detection unit 105 at the center of the channel 104 (center in the channel cross section, 0.5 h). The result of the flow cell (h = 0.075 [mm]) is also described. In the flow cell of h = 0.1 [mm] which is a comparative example, since the cooperative suction by the plurality of through holes 107 and the complicated movement of the meniscus in the connection region 106 are performed simultaneously, the flow velocity noise is large. It has become. Further, since the height h of the flow path 104 and the connection region 106 is larger than that in the first embodiment, the flow path resistance is decreased, and as a result, the flow velocity is increased.

[第2の実施例]
第2の実施例は、第1の実施例と同様、流路104の高さh=0.075[mm]としたフローセルに、参照液で抗体活性の復活を行った後、参照液と同じ物性と仮定した検体液を供給したときのシミュレーション結果である。これを図8A〜図8Hおよび図9に示す。ここで、図8Aは、フローセル全体の構成を示す斜視図、図8B〜図8Hは、各時刻における液体の動きを示す斜視図であり、液面のみを示している。また、図9は、流路104の中央で検出部105から0.0375[mm]上方(流路104断面における中央,0.5h)における流速(中心速度v00)の変化を示すグラフである。
[Second embodiment]
Similar to the first example, the second example is the same as the reference solution after restoring the antibody activity with the reference solution in the flow cell having the height h of the flow path 104 of 0.075 [mm]. It is a simulation result when the sample liquid assumed to be a physical property is supplied. This is illustrated in FIGS. 8A-8H and FIG. Here, FIG. 8A is a perspective view showing the configuration of the entire flow cell, and FIGS. 8B to 8H are perspective views showing the movement of the liquid at each time, showing only the liquid level. FIG. 9 is a graph showing changes in the flow velocity (center speed v 00 ) at 0.0375 [mm] above the center of the flow path 104 (center in the cross section of the flow path 104, 0.5 h). .

本実施例では、フローセルの流路104、接続領域106および貫通孔107の下部が参照液で充填されている状態を初期状態(時刻0.0秒)としており、時刻0.199秒に検体液を供給部103に導入して場合について計算を行っている。   In this embodiment, the state in which the flow channel 104, the connection region 106, and the lower portion of the through-hole 107 are filled with the reference liquid is an initial state (time 0.0 seconds), and the sample liquid is detected at time 0.199 seconds. Is introduced into the supply unit 103 and the calculation is performed.

図8A〜図8Cに示す時刻0.001秒、0.198秒においては、流路104および接続領域106の体積和と略同一の体積の参照液が供給され、流路104、接続領域106および貫通孔107の下部に充填されている。このとき、流路104と供給部103との接続部付近にメニスカスが形成されており、参照液には、そのメニスカスによる毛細管力が働いている。また、移送部108の各貫通孔107下部にもメニスカスが形成されており、参照液には、そのメニスカスによる毛細管力が働いている。これらの毛細管力のうち、流路104と供給部103との接続部付近に形成されるメニスカスによる毛細管力の方が大きいため、参照液が移送されないので、フローセルの流路104、接続領域106および貫通孔107の下部が参照液で充填された状態が継続され、液面がほとんど変化しない。   At times 0.001 seconds and 0.198 seconds shown in FIGS. 8A to 8C, a reference liquid having a volume substantially the same as the volume sum of the flow path 104 and the connection area 106 is supplied, and the flow path 104, the connection area 106, and The lower portion of the through hole 107 is filled. At this time, a meniscus is formed in the vicinity of the connection portion between the flow path 104 and the supply unit 103, and a capillary force due to the meniscus acts on the reference liquid. A meniscus is also formed below each through-hole 107 of the transfer unit 108, and a capillary force due to the meniscus acts on the reference liquid. Among these capillary forces, the capillary force due to the meniscus formed in the vicinity of the connection portion between the flow channel 104 and the supply portion 103 is larger, and therefore the reference liquid is not transferred, so the flow channel 104, the connection region 106 and the flow cell of the flow cell The state where the lower part of the through hole 107 is filled with the reference liquid is continued, and the liquid level hardly changes.

図9に示すように、約0.02秒の時点では、貫通孔107下部、流路104の入り口でメニスカスが形成されるので、パルス的な流速が生じている。このように一度メニスカスが形成されると、上式(12)の条件を満足するので、安定した状態となる。すなわち、検出部105では流速0の状態が継続する。上述したように、時刻0.199秒の時点で検体液を供給部103に導入しているので、その直前の時刻0.198秒まではその安定した状態が継続している。
なお、検体液の導入時刻は任意に設定できる。また、この間、参照液は、検出部105上に滞留するので、検体液の導入時間を任意に設定することにより、抗体活性復活の時間も任意に設定することができる。
As shown in FIG. 9, at about 0.02 seconds, a meniscus is formed at the bottom of the through hole 107 and at the entrance of the flow path 104, so that a pulsed flow velocity is generated. Once the meniscus is formed in this way, the condition of the above equation (12) is satisfied, and a stable state is obtained. That is, the detection unit 105 continues to have a flow velocity of 0. As described above, since the sample liquid is introduced into the supply unit 103 at time 0.199 seconds, the stable state continues until time 0.198 seconds immediately before that.
The introduction time of the sample liquid can be arbitrarily set. Further, during this time, the reference solution stays on the detection unit 105. Therefore, the time for restoring the antibody activity can be arbitrarily set by arbitrarily setting the introduction time of the sample solution.

このような状態を実現したのち、次に試料溶液を供給部103に供給すると、流路104と供給部103の接続部に形成されていたメニスカスが消失し、供給部103内側面にメニスカスが形成される。しかしながら、このメニスカスによる毛細管力は小さいので、各貫通孔107下部に形成されたメニスカスによる毛細管力により、各貫通孔107において参照液および検体液の吸い上げが行われる。これにより、供給部103に供給された検体液は、図8D〜図8Hに示すように、流路104および接続領域106を通過して、貫通孔107へと移送されていく。   After realizing such a state, when the sample solution is supplied to the supply unit 103 next, the meniscus formed at the connection portion between the flow path 104 and the supply unit 103 disappears, and a meniscus is formed on the inner surface of the supply unit 103. Is done. However, since the capillary force due to the meniscus is small, the reference liquid and the sample liquid are sucked up in each through-hole 107 by the capillary force due to the meniscus formed in the lower part of each through-hole 107. As a result, the sample liquid supplied to the supply unit 103 passes through the flow path 104 and the connection region 106 and is transferred to the through hole 107 as shown in FIGS. 8D to 8H.

時刻0.199秒(図8D)に供給部103に供給される検体液は、計算の都合上、円柱形を初期形状としている。この結果、上述したように供給部103壁面でメニスカスが形成されるため、検体液の上表面は、ごく初期段階において振動する。この影響により、図9に示すように、時刻0.2秒から0.23秒までは流速変動が生じている。その後、検体液の上液面の振動が止むと、定常的に流速ノイズが小さく、流速変動の小さい流れとなる。実際の検体液の供給はピペットによる供給を想定しているが、これによる検体液の初期流速変動時間は、本実施例と大きく変わることはないと考えられる。この検体液の初期流速変動時間を避けて、抗原抗体反応の測定を行うことにより、精度の高い結果を得ることができる。また、移送部108の各貫通孔107の下部には既にメニスカスが形成されているので、このメニスカス形成による流速ノイズが生じない。したがって、試料溶液の流速が大きく変化するのを防ぐことができるため、測定精度を向上させることができる。   The sample liquid supplied to the supply unit 103 at time 0.199 seconds (FIG. 8D) has a cylindrical shape as an initial shape for convenience of calculation. As a result, since a meniscus is formed on the wall surface of the supply unit 103 as described above, the upper surface of the sample liquid vibrates at a very initial stage. Due to this influence, as shown in FIG. 9, the flow velocity fluctuates from time 0.2 seconds to 0.23 seconds. Thereafter, when the vibration of the upper liquid surface of the sample liquid stops, the flow velocity noise is constantly small and the flow rate is small. The actual supply of the sample liquid is assumed to be supplied by a pipette, but the initial flow rate fluctuation time of the sample liquid due to this is considered not to be significantly different from the present embodiment. A highly accurate result can be obtained by measuring the antigen-antibody reaction while avoiding the initial flow rate fluctuation time of the sample liquid. Further, since a meniscus has already been formed in the lower part of each through-hole 107 of the transfer part 108, flow velocity noise due to this meniscus formation does not occur. Therefore, since the flow rate of the sample solution can be prevented from changing greatly, the measurement accuracy can be improved.

なお、第1,第2の実施例では、計算機の演算処理能力の関係上、貫通孔107の本数を15本として計算を行っているが、より多数の貫通孔107を設けた場合においても第1,第2の実施例と同等の結果を得ることができる。
例えば、第1の実施例において、貫通孔107の本数を660本とした場合、貫通孔107による吸引時間は22秒となる。このとき、流路104の長さを10[mm]にすると、流路抵抗が増加するので、吸引時間が88秒となり、より長時間の測定を行うことができる。このように、測定時間やタイミングに合わせて、流速ノイズが小さく流速低下も小さい期間を設定することができる。
In the first and second embodiments, the calculation is performed with the number of through-holes 107 being 15 because of the calculation processing capability of the computer. However, even when a larger number of through-holes 107 are provided, 1, the same result as in the second embodiment can be obtained.
For example, in the first embodiment, when the number of through holes 107 is 660, the suction time through the through holes 107 is 22 seconds. At this time, if the length of the flow path 104 is set to 10 [mm], the flow path resistance increases, so that the suction time is 88 seconds, and a longer measurement can be performed. In this way, a period in which the flow velocity noise is small and the flow velocity decrease is small can be set in accordance with the measurement time and timing.

以上説明したように、本実施の形態によれば、複数の貫通孔107による毛細管力の絶対値が、流路104の毛細管力の絶対値および接続領域106の毛細管力の絶対値よりも小さいので、流路104および接続領域106が試料溶液によって満たされるまでは複数の貫通孔107による試料溶液の移送が行われないため、試料溶液が各貫通孔107の入口に達する度にその貫通孔107による移送が生じることを防ぐことができる。これにより、貫通孔107毎に流速変動が発生して試料溶液の流速が大きく変化するのを防ぐことができるので、結果として、測定精度を向上させることができる。   As described above, according to the present embodiment, the absolute value of the capillary force by the plurality of through-holes 107 is smaller than the absolute value of the capillary force of the flow path 104 and the absolute value of the capillary force of the connection region 106. Since the sample solution is not transferred through the plurality of through holes 107 until the channel 104 and the connection region 106 are filled with the sample solution, each time the sample solution reaches the inlet of each through hole 107, the through hole 107 The transfer can be prevented from occurring. As a result, it is possible to prevent the flow rate fluctuation from occurring in each through-hole 107 and greatly change the flow rate of the sample solution, and as a result, the measurement accuracy can be improved.

また、供給部103に、流路104および接続領域106の体積和以上で流路104、接続領域106および複数の貫通孔107の体積和未満の参照液を供給すると、流路104、接続領域106および移送部108の各貫通孔107下部などが参照液で満たされる。このとき、流路104と供給部103との接続部付近にメニスカスが形成されており、参照液には、そのメニスカスによる毛細管力が働いている。また、移送部108の各貫通孔107下部にもメニスカスが形成されており、参照液には、そのメニスカスによる毛細管力が働いている。これらの毛細管力のうち、流路104と供給部103との接続部付近に形成されるメニスカスによる毛細管力の方が大きいため、参照液が移送されないので、フローセルの流路104、接続領域106および貫通孔107の下部が参照液で充填された状態が継続され、液面がほとんど変化しない。このような状態を実現したのち、次に試料溶液を供給部103に供給すると、流路104と供給部103の接続部に形成されていたメニスカスが消失し、供給部103内側面にメニスカスが形成される。しかしながら、このメニスカスによる毛細管力は小さいので、各貫通孔107下部に形成されたメニスカスによる毛細管力により、各貫通孔107において参照液および検体液の吸い上げが行われる。これにより、供給部103に供給された検体液は、流路104および接続領域106を通過して、貫通孔107へと移送されていく。このとき、移送部108の各貫通孔107の下部には、既にメニスカスが形成されているため、メニスカス形成による流速ノイズが生じないので、試料溶液の流速が大きく変化するのを防ぐことができ、結果として、測定精度を向上させることができる。   Further, when a reference liquid that is equal to or larger than the volume sum of the flow channel 104 and the connection region 106 and less than the sum of volumes of the flow channel 104, the connection region 106, and the plurality of through holes 107 is supplied to the supply unit 103, the flow channel 104, the connection region 106. And the lower part of each through-hole 107 of the transfer part 108 is filled with the reference liquid. At this time, a meniscus is formed in the vicinity of the connection portion between the flow path 104 and the supply unit 103, and a capillary force due to the meniscus acts on the reference liquid. A meniscus is also formed below each through-hole 107 of the transfer unit 108, and a capillary force due to the meniscus acts on the reference liquid. Among these capillary forces, the capillary force due to the meniscus formed in the vicinity of the connection portion between the flow channel 104 and the supply portion 103 is larger, and therefore the reference liquid is not transferred, so the flow channel 104, the connection region 106 and the flow cell of the flow cell The state where the lower part of the through hole 107 is filled with the reference liquid is continued, and the liquid level hardly changes. After realizing such a state, when the sample solution is supplied to the supply unit 103 next, the meniscus formed at the connection portion between the flow path 104 and the supply unit 103 disappears, and a meniscus is formed on the inner surface of the supply unit 103. Is done. However, since the capillary force due to the meniscus is small, the reference liquid and the sample liquid are sucked up in each through-hole 107 by the capillary force due to the meniscus formed in the lower part of each through-hole 107. Thereby, the sample liquid supplied to the supply unit 103 passes through the flow path 104 and the connection region 106 and is transferred to the through hole 107. At this time, since a meniscus has already been formed in the lower part of each through-hole 107 of the transfer unit 108, flow rate noise due to meniscus formation does not occur, so it is possible to prevent the flow rate of the sample solution from changing greatly, As a result, measurement accuracy can be improved.

また、各貫通孔107は、流路104からの幾何学的位置関係がすべて同一ではないので、液体を吸い上げる開始時刻が同時ではない。このため、各毛細管で異なる液面高さで吸い上げる状況が形成される。一般に、毛細管力による液面上昇速度(吸い上げ速度)は高く吸い上げているものほど小さい。高い液面の貫通孔107と低い液面の貫通孔107とが隣接していると、高い液面の方が下降する状況が起こり得る。このため、各貫通孔107が液体を協調的に吸い上げるので、移送部108としてほぼ一定の速度で送液する状況を実現することができる。   Moreover, since the geometric positional relationship from the flow path 104 is not the same for each through-hole 107, the start time to suck up the liquid is not simultaneous. For this reason, a situation is formed in which each capillary tube sucks up at a different liquid level. In general, the liquid level rising speed (sucking speed) due to the capillary force is higher and the higher the suctioned speed is, the smaller it is. When the through hole 107 having a high liquid level and the through hole 107 having a low liquid level are adjacent to each other, a situation in which the high liquid level is lowered may occur. For this reason, since each through-hole 107 sucks up the liquid cooperatively, it is possible to realize a state in which the liquid is fed at a substantially constant speed as the transfer unit 108.

また、各貫通孔107で協調的に液体が吸い上げられるので、各貫通孔107において吸い上げ終わる時刻もまとまることとなる。これにより、吸い上げ終了時の流速ノイズ発生期間を短縮することができるので、測定時に流速ノイズの小さい期間を長く提供することができる。   In addition, since the liquid is sucked up cooperatively in each through hole 107, the time at which the suction is finished in each through hole 107 is also gathered. Thereby, since the flow velocity noise generation period at the end of siphoning can be shortened, it is possible to provide a long period during which the flow velocity noise is small during measurement.

また、フローセルにおいて、その流速変動を小さく抑えることができ、一定流速でかつ流速ノイズの小さい期間が長い、毛細管駆動の送液機構および送液方法を提供することができるので、フロー分析において操作の簡便化、低コスト化、測定精度の向上、高感度化を実現できる。特に、イムノアッセイにおいては、検体液の測定の前に参照液を一定時間貯留することができるため、抗体活性復活の時間を充分長く取ることができる。さらにSPR表面プラズモン共鳴(SPR:surface plasmon resonance)装置を用いたイムノアッセイでは検体液に近い屈折率を有する参照液を用いることで、抗原抗体反応を精度よく検出することが可能になる。   Further, in the flow cell, it is possible to provide a capillary-driven liquid feeding mechanism and a liquid feeding method that can suppress fluctuations in the flow speed to a small level, have a constant flow speed, and have a long period of low flow velocity noise. Simplification, cost reduction, improved measurement accuracy, and higher sensitivity can be realized. In particular, in the immunoassay, since the reference solution can be stored for a certain period of time before the measurement of the sample solution, the time for restoring the antibody activity can be sufficiently long. Furthermore, in an immunoassay using an SPR surface plasmon resonance (SPR) device, an antigen-antibody reaction can be accurately detected by using a reference solution having a refractive index close to that of a sample solution.

本発明は、例えば、フロー分析、ケミカルセンサ、バイオセンサなどに用いられる、外部駆動力を必要とせずに一定流速で流速ノイズが小さいフローを実現する送液機構に適用することができる。   The present invention can be applied to, for example, a liquid feeding mechanism that is used in a flow analysis, a chemical sensor, a biosensor, and the like and that realizes a flow with a constant flow velocity and small flow velocity noise without requiring an external driving force.

101…下部基板、102…上部基板、103…供給部、104…流路、105…検出部、106…接続領域、107,107a…貫通孔、108…移送部、109…排出部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Lower board | substrate, 102 ... Upper board | substrate, 103 ... Supply part, 104 ... Flow path, 105 ... Detection part, 106 ... Connection area | region, 107, 107a ... Through-hole, 108 ... Transfer part, 109 ... Discharge part.

Claims (3)

試料溶液が供給される供給部と、
この供給部に一端が接続され、前記供給部に供給された前記試料溶液を毛細管力により移送する第1の流路と、
この第1の流路の途中に設けられた検出部と、
前記第1の流路の他端が接続され、前記第1の流路から移送されてきた前記試料溶液を毛細管力により移送する第2の流路と、
この第2の流路に一端が接続され、前記第2の流路の前記試料溶液を毛細管力により移送する複数の管と
を備えたフローセルであって、
前記複数の管による毛細管力の絶対値は、前記第1の流路の毛細管力の絶対値および前記第2の流路の毛細管力の絶対値よりも小さい
ことを特徴とするフローセル。
A supply unit to which a sample solution is supplied;
A first flow path having one end connected to the supply unit and transferring the sample solution supplied to the supply unit by capillary force;
A detector provided in the middle of the first flow path;
A second channel connected to the other end of the first channel and transferring the sample solution transferred from the first channel by capillary force;
A flow cell having one end connected to the second flow path, and a plurality of tubes for transferring the sample solution in the second flow path by capillary force,
The absolute value of the capillary force by the plurality of tubes is smaller than the absolute value of the capillary force of the first channel and the absolute value of the capillary force of the second channel.
基板をさらに備え、
前記供給部は、前記基板上面に形成された凹部からなり、
前記第1の流路は、前記基板内部に形成された管からなり、
前記第2の流路は、前記基板内部に形成された空洞からなり、
前記複数の管は、前記基板上面と前記空洞とを連通する孔からなる
ことを特徴とする請求項1記載のフローセル。
Further comprising a substrate,
The supply unit includes a recess formed on the upper surface of the substrate,
The first flow path comprises a tube formed inside the substrate,
The second flow path consists of a cavity formed inside the substrate,
2. The flow cell according to claim 1, wherein the plurality of tubes include holes that communicate the upper surface of the substrate and the cavity.
試料溶液が供給される供給部と、この供給部に一端が接続され、前記供給部に供給された前記試料溶液を毛細管力により移送する第1の流路と、この第1の流路の途中に設けられた検出部と、前記第1の流路の他端が接続され、前記第1の流路から移送されてきた前記試料溶液を毛細管力により移送する第2の流路と、この第2の流路に一端が接続され、前記第2の流路の前記試料溶液を毛細管力により移送する複数の管とを備え、複数の前記管による毛細管力の絶対値は、前記第1の流路の毛細管力の絶対値および前記第2の流路の毛細管力の絶対値よりも小さいフローセルの送液方法であって、
第1の液体と、第2の液体とを順に前記供給部に供給するステップ
を有し、
第1の溶液の体積は、前記第1の流路および前記第2の流路の体積和以上前記第1の流路、前記第2の流路および前記複数の管の体積和未満である
ことを特徴とするフローセルの送液方法。
A supply section to which a sample solution is supplied, a first flow path having one end connected to the supply section, for transferring the sample solution supplied to the supply section by capillary force, and a middle of the first flow path A second flow path for transferring the sample solution transferred from the first flow path by capillary force, and a second flow path connected to the other end of the first flow path. One end of which is connected to the second flow path, and a plurality of tubes for transferring the sample solution in the second flow path by a capillary force. The absolute value of the capillary force by the plurality of tubes is the first flow rate. A flow cell feeding method that is smaller than the absolute value of the capillary force of the path and the absolute value of the capillary force of the second flow path,
Supplying the first liquid and the second liquid to the supply unit in order,
The volume of the first solution is equal to or greater than the volume sum of the first flow path and the second flow path and less than the volume sum of the first flow path, the second flow path, and the plurality of tubes. A flow cell feeding method characterized by the above.
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