JP6002610B2 - 送液デバイスおよびそれを用いた化学分析装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体を流動させるための送液デバイスおよびそれを用いた化学分析装置に関する。

従来の送液デバイスに係る技術として、特許文献１に記載がある。本文献には、微量液滴を、定められた体積に計量し、その後様々な生体アッセイ法に組み込むことが記載されている。本文献では、外部の空気を用いてナノリットル体積の液体試料を分裂させ移動させる、複数の疎水性領域を有する装置が示されている。すなわち、液体は流路入口から表面力によって引き込まれ、液体の前面は、流路と流体連絡している吸気通路を通り過ぎ、液体隣接疎水性領域まで移動する。次いで、気体源からの気体を通気流路から噴射して、通気流路と疎水性領域との間の所定の体積の微量液滴を分裂させる方式が記載されている。
また、同じ基板材料上に電子構成要素を製造し、それによってセンサおよび制御回路を同じ装置に組み込むことができることが開示されている。

特表２００４−５２１３１５号公報

しかしながら、特許文献１で開示される方式では、疎水性を利用して疎水性領域への液の侵入を防ぐことで液体の前面位置を規定しているが、液体試料の物性によっては、たとえば試料と疎水性領域表面間の表面張力が小さい場合は、上記領域直前で液を停止できない可能性がある。

そこで、本発明の目的は、このような事情に鑑みてなされたものであり、任意の液体を精度よく定量し送液することができる送液デバイスを提供することである。

上記課題を解決するために、本発明の送液デバイスは、以下の特徴を有する。

（１）上流側から下流側に流体を送液する主流路と該主流路から分岐する第１の分岐流路のそれぞれに該流体を分岐する分岐部と、第１の分岐流路の前記分岐部と異なるもう一方の末端部に設けられた第１の分岐流路の断面積より小さい断面積を有する狭小流路と、流体を主流路及び第１の分岐流路中を送液する送液機構とを有し、狭小流路は、分岐部において送液機構により主流路側から第１の流路内に送液された流体が、前記第１の分岐流路から漏えいするのを抑制し、第１の容積を有する第１の分岐流路内を流体で充満することにより流体を第１の容積に定量し、定量された流体を主流路に送液することを特徴とする。

（２）上流側から下流側に流体を送液する主流路と、該主流路から分岐する第１の分岐流路とのそれぞれに流体を分岐する第１分岐部と、第１分岐部より上流側で主流路に合流する合流流路と、合流流路と主流路との合流部と、合流部より上流側に設けられ主流路から第２の分岐流路に分岐する第２分岐部と、流体を主流路及び前記合流流路及び第１及び第２の分岐流路中を送液する送液機構とを有し、第１の容積を有する第１流体を、第２分岐部よりも上流側の主流路から第１分岐部に至るまでの主流路に第１流体を送液し、前記合流流路に第２の流体を送液することで前記合流部から前記主流路へと前記第２流体を流入させ、前記主流路への前記第２流体の流入により前記第２分岐部から前記合流部までの前記第１流体を、前記第２分岐部から前記第２の分岐流路に送液させ、
前記合流流路に前記第２流体を送液することで前記合流部から前記主流路へと前記第２流体を流入させ、前記主流路への前記第２流体の流入により前記合流部から前記第１分岐部までの前記第１流体を、前記第１分岐部下流の主流路に送液することを特徴とする。

また、本発明の化学分析装置は、上記（１）あるいは（２）の送液デバイスを用いて構成されることを特徴とする。

本発明によれば、任意の液体を精度よく定量し送液することができる送液デバイスを提供することができる。

送液デバイスの詳細図。 試料処理装置の構成図。 送液デバイスによる２液の混合動作の説明図。 送液デバイスによる２液の混合動作の説明図。 送液デバイスによる２液の混合動作の説明図。 送液デバイスの別の実施例の詳細図。 送液デバイスの別の実施例の詳細図。 送液デバイスの別の実施例の詳細図。 送液デバイスによる２液の混合動作の説明図。 送液デバイスによる２液の混合動作の説明図。 送液デバイスによる２液の混合動作の説明図。 送液デバイスによる２液の混合動作の説明図。 送液デバイスによる２液の混合動作の説明図。 送液デバイスによる２液の混合動作の説明図。 狭小流路による効果の説明図。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の送液デバイスを説明する詳細図であり、図２は、該送液デバイスを使用した試料処理装置の構成図を示す。

先ず、図２に示す試料処理装置の構成について説明する。試料処理装置１は、送液デバイス２が装着されるデバイス装着部３と、送液デバイス２を保持して試料処理装置１を密閉する上蓋４で構成される。

送液デバイス２の上面には後述の空気出入口が設けてあり、その出入口から空気を流出入させるための空気用接続部１１、１２、１３、１４が上蓋４に設けてある。

送液デバイス２をデバイス装着部３に装着し、上蓋４をデバイス装着部３に密着させて試料処理装置１を密閉すると、空気用接続部１１、１２、１３、１４が送液デバイス２上面の空気出入口にそれぞれ密着し、高圧の空気を送液デバイス内に導くことができる。

ポンプ５で発生した高圧空気は空気室６に保持され、レギュレータ７でほぼ一定の圧力に調整される。空気室６で一定の圧力に調整された空気はバルブ９１、９２、９３、９４を介して空気用接続部１１、１２、１３、１４にそれぞれ配管で接続される。

バルブ９１、９２、９３、９４はコントローラ８で制御され、空気室６から空気用接続部１１、１２、１３、１４への空気の供給、あるいは空気用接続部１１、１２、１３、１４から大気への開放、あるいは全閉のいずれかが選択される。

また、必要に応じて、空気室６内の圧力を測定する圧力センサ９が設けてあり、圧力センサ９の信号に応じて、コントローラ８でバルブ９１、９２、９３、９４の制御を行う。

図１に送液デバイス２の詳細を示す。図１（a）は、送液デバイス２の側面図を示す。
本側面図が示すように、送液デバイス２は、流路や容器が形成されている流動部２２と、流動部２２の上側に接合された天板２１と、下面に接合された底板２３から構成される。
天板２１は複数の空気出入口（本図では、３１、３２、３３、３４）を有する。なお、図１（a）において、容器（４１、４２、４３、４４）や空気出入口、あるいは該容器を繋ぐ流路は、送液デバイス２の内部に形成されているため破線で示してある。

図１（b）は、天板２１を下面側から見た平面図（流動部２２の内部から矢印Ａ方向）を示す。図２に示した空気用接続部１１、１２、１３、１４が天板２１に密着する位置に、空気出入口３１、３２、３３、３４が設けてある。従って、空気はバルブ９１、９２、９３、９４を介して空気用接続部１１、１２、１３、１４から空気出入口３１、３２、３３、３４へ導入される。

図１（c）は、流動部２２を下面側から見た平面図（流動部２２の内部から矢印Ａ方向）を示す。本図は、底板２３を取り除いた状態で、矢印Ａ方向から流動部２２を見た図であるので、底板２３側に設けられた流路は実線で図示し、内部もしくは天板２１側に設けられた流路は破線で示している。容器４１、４２、４３、４４は、図１（a）に示すように流動部２２を貫通するように設けてある。また、空気出入口３１、３２、３３、３４は、それぞれ容器４１、４２、４３、４４に対応する位置に配列されている。

≪混合動作の説明≫
図３を用いて、送液デバイス２による２液の混合動作を図２を参照しながら説明する。
図３は、図１（ｃ）に相当する図であり、流動部２２を下面側から見た平面図である。
図３Ａは、初期状態を示しており、容器５１に液体６１が、容器５２に液体６２が予め注入されており、その他の容器（４１、４２、４３、４４）や流路内は空気が満たされている。バルブ９１、９２、９３、９４（図２参照）は全閉の状態になっている。

図３Ｂは、液６１および液６２を、流路７１および７２に流入させた状態を示す。
先ず、バルブ９１を開き、空気室６から空気用接続部１１へ空気を供給する状態とし、一方、バルブ９２を開き、空気用接続部１２から空気を大気へ開放する状態にすることで、液６１および液６２を、流路７１および７２に流入させる。すなわち、空気室６内の高圧空気が空気用接続部１１から容器４１に流入し、容器５１および５２内の液６１および６２を高圧空気により押出し、流路１０１および１０２を経て流路７１および７２に流入する。なお、容器５１と５２とは、流路で繋がっていている（図中、点線で図示）ので、それぞれの容器に空気圧が印加される。液６１あるいは６２が流路７１あるいは７２を満たすと、狭小流路８１あるいは８２のそれぞれに液６１あるいは６２が僅かながら流入開始する。なお、狭小流路８１と８２とは、流路で繋がっていている（図中、点線で図示）。

液６１および６２が狭小流路８１および８２に流入開始した時点で、バルブ９１および９２を全閉の状態に切り替えて、液６１および６２の流動を停止する。

バルブ９１および９２を全閉に切り替えるタイミングは、予め決めておいてもよく、空気室６に取り付けた圧力センサ９の信号に基づいてもよい。

たとえば、切り替えタイミングを予め決めておく場合は、事前の実験や計算で、液６１および６２として想定される液体のうち、最も粘度の大きい液体で、容器５１および５２から狭小流路８１および８２に到達する時間を求めておけばよい。

特に、本実施例では断面積の小さい狭小流路８１および８２を使用することで、液６１あるいは６２が狭小流路８１あるいは８２に到達する前に、バルブ９１あるいは９２を全閉状態に切り替えてしまうのを防ぐことができる。以下に、その理由を説明する。

狭小流路８１および８２は、流路７１および７２や流路１０１および１０２などのその他の流路に比べて断面積が小さく設計されており、流動抵抗が大きくなるようにしている。そのため、空気室６の圧力がレギュレータ７でほぼ一定に制御されている状態では、液６１あるいは６２の流量は、狭小流路８１あるいは８２に流入する前に比べて流入後が小さくなる。したがって、狭小流路８１および８２の断面積を流路７１および７２などの他の流路の断面積より極端に（例えば、１０分の１に）しておけば、予め設定した切り換えタイミングよりも十分余裕を持って切り換えても、狭小流路８１および８２を流れる流量はわずかであり、狭小流路８１および８２への流入液量は流路７１および７２に保持された液量に比べて無視することができる。なお、狭小流路８１および８２の断面積は、本実施例では１０分の１にしたが、本送液デバイスで行う定量の精度に応じて決定すれば良い。

また、２つの液６１および６２は、共通の駆動源である、容器４１に流入した高圧空気により加圧されて流動するものであり、通常、液６１が流れる容器５１から狭小流路８１までの流路抵抗と、液６２が流れる容器５２から狭小流路８２までの流動抵抗は同一になるよう設計する。しかし、加工誤差等の問題で流動抵抗が異なる場合、例えば、液６１が流れる流路の流動抵抗が大きい場合、液６２の方が先に狭小流路に流入することになる。このような場合でも、液６２が狭小流路８２に流入を開始した時点で液６２の流動抵抗が急激に大きくなるため液６２の流量が低減し、狭小流路８１に到達していない液６１の流量が増加するため、狭小流路８１および８２それぞれへの流入液量の差は、定量流路７１および７２に保持された液量に比べて無視することができる。

狭小流路８１および８２それぞれへの流入液量の差が無視することができることの理由を以下に図６の管路網流動解析結果を用いて説明する。

図６（ａ）は、流体が流入口４０２から流路４０１に流入し、８本の流路４１１に分割して流入する流路構造を示している。８本の流路の下流側は断面積の小さい狭小流路４２１で構成されている。各流路４１１への流体の送液量（流路４１１に流入した流体の積算体積）を流入口４０２に近い側からＶ１、Ｖ２、・・・、Ｖ８とすると、各送液量の時間変化は図６（b）のようになる。

図６（b）は、流入口４０２に水を１．４μＬ／ｓで供給したときの送液量の時間変化の管路網流動解析結果で、流路４０１の内径０．５ｍｍ、長さ７０ｍｍ、各流路４１１は流路４０１から等間隔で分岐し、内径０．５ｍｍ、長さ約１６ｍｍ（流路の容積を３μＬとした）、狭小流路４２１は内径０．１ｍｍ、長さ１２ｍｍである。従って、流路４１１と狭小流路４２１との断面積の比率は、１／２５とした場合のデータである。

なお、図６（ｂ）では、送液量Ｖ１からＶ８まで図の左から右に順番に図示され、Ｖ２〜Ｖ７の表記は省略している。
図６（ｂ）に示すように、流入口４０２に最も近い流路の送液量Ｖ１が最も早く大きくなり、流入口４０２から最も遠い流路の送液量Ｖ８の増加が最も遅い。これは、流入口４０２から各流路４１１の分岐部までの流路４０１の流路抵抗が、流入口から遠いほど大きく、流れにくくしているためである。しかし、送液量が３μＬに達すると、狭小流路４２１に水が流れ込み、流動抵抗が急激に増加するため、その流路での送液量の増加が小さくなる。その結果、最後の送液量Ｖ８が３μＬに達するまで、他の流路では３μＬからあまり変化せず、図６（ｂ）の結果では、Ｖ１＝３．２９４μＬで、Ｖ８（＝３μＬ）に対して１０％程度の増加に抑えることができている。この解析は、送液量のばらつきが１０％以内となる流路の内径と長さを求めたものであり、狭小流路を用いると、所定の送液量ばらつきになるように、流路構造を決定することが可能となる。

バルブの切り替えるタイミングを予め決めておく場合について上述したが、図２に示す圧力センサ９の信号でバルブ９１および９２を全閉に切り換えてもよい。すなわち、図３Ａ−３Ｂにおいて、液６１および６２が狭小流路８１および８２に到達した時点で急激に流動抵抗が大きくなるため、図２に示す空気室６の圧力が一時的に急上昇する。このタイミングで、バルブ９１および９２を切り替えればよい。液６１と６２の狭小流路８１と８２への到達時間が異なれば、その都度、空気室６の圧力が一時的に急上昇するので、その都度バルブ９１および９２を切り替えればよい。

次に、図３Ｃは、バルブ９２を空気室６から空気用接続部１２へ空気を供給する状態にし、バルブ９３を空気用接続部１３から大気へ開放する状態にすることで、液６１および液６２を、容器４３に流動させた状態である。すなわち、空気室６内の高圧空気が空気用接続部１２から容器４２に流入し、狭小流路８１および流路７１および流路１０１および分岐部１１１内の液６１が容器４３へ流入し、狭小流路８２および流路７２および流路１０２および分岐部１１２内の液６２が同様に容器４３へ流入する。液６１および６２の容器４３への流入が完了した時点で、バルブ９２および９３を全閉に切り替える。切り替えのタイミングは、予め決めておいてもよく、空気室６に取り付けた圧力センサ９の信号に基づいてもよい。

なお、切り替えのタイミングを予め決めておく方式では、液６１および６２の全量を容器４３に流入させればよいので、十分長く流動に時間をかけてもよい。切り替えのタイミングに圧力センサ９の信号を用いる方式では、液６１および６２の全量が容器４３内に流入すると、流動抵抗が小さくなり、空気室６の圧力が一時的に急低下するので、そのタイミングでバルブを切り替えればよい。

流路７１および流路１０１および分岐部１１１の合計体積が、液６１と６２の混合に必要な液６１の液量と同じになるよう形成し、流路７２および流路１０２および分岐部１１２の合計体積が、液６１と６２の混合に必要な液６２の液量と同じになるよう形成しておけば、容器４３に流入する液６１および６２の量は、混合に必要な量より、狭小流路８１および８２に流入した量だけ多目になる。しかし、上述のように断面積の小さい狭小流路８１および８２を使用することで、狭小流路８１および８２に流入する液量は流路７１および７２に保持された液量に対して無視することができる。

ここで、図３Ｂを参照しながら、上記合計体積を詳細に説明する。
実際には、流路７１と流路１０１と分岐部１１１は途中に仕切りがあるわけではなく、連続して繋がっている。しかし、説明の都合上、図３Ｂの流路７１は、本流路の体積が分かるように矩形で示している。また、流路１０１も同様に矩形で示している。また、分岐部１１１も同様である。従って、流路７１および流路１０１および分岐部１１１の合計体積は、それぞれ図示される矩形領域の体積を合計したものである。ただし、分岐部１１１の体積は、流路１０１を延伸した領域と主流路とが交わる共通領域の体積である。

また、多目に流入した量を無視できる範囲、すなわち送液量のばらつきは、適宜設定することが可能であり、本実施例では、上述したように狭小流路８１および８２の断面積を流路７１および７２などの断面積より１０分の１程度に設定し、その際の送液量のばらつきが１０％以内となる流路の内径と長さに設定している。
従って、送液量のばらつきをもっと小さい値にする場合は、狭小流路の断面と流路の断面積との比率を所定の送液量ばらつきになるように、流路構造を決定すれば良い。

液６１および６２が容器４３に流入した後は、バルブ９３を空気室６から空気用接続部１３へ空気を供給する状態に、バルブ９４を空気用接続部１４から大気へ開放する状態にすることで、容器４３内の液を、容器４４に流動させる。さらに、バルブ９４を空気室６から空気用接続部１４へ空気を供給する状態に、バルブ９３を空気用接続部１３から大気へ開放する状態にすることで、容器４４内の液を、容器４３に流動させる。このような動作を繰り返すことで、液を容器４３と４４の間で繰り返し流動させ、液６１と６２を混合させる。

上記繰り返し流動でのバルブの切り替えるタイミングは、これまで同様全液量が流動を完了してからでもよいが、一部の液を流動させるだけでも混合は可能なので、流動が完了する前の短時間でバルブを切り替えてもよい。
最後に容器４４に混合液を保持して全てのバルブを全閉にして、動作を終了する。

本実施例では、流路７１および流路１０１および分岐部１１１の合計体積が、液６１と６２の混合に必要な液６１の液量と同じになるよう形成し、流路７２および流路１０２および分岐部１１２の合計体積が、液６１と６２の混合に必要な液６２の液量と同じになるよう形成しており、狭小流路８１および８２を設けることで、所定量の２液を容器４３に導き混合することが可能となる。

以上より、本願発明によれば、本実施例１で示す通り、狭小流路を設けることにより、混合する各液の定量を精度よく行うことができる。さらに、定量の精度は、狭小流路と流路との断面積の比率の設定により設定できる特徴を有する。

図４Ａ−Ｃに本発明の別の実施例を示す。本実施例は、実施例１で示した流体の定量及び送液方法に関しては同様であるが、二液を混合する際に送液される流路中の二液の前後、あるいは両流体の間に空気が混入しないように定量及び送液する構成とした点が、実施例１と異なる点である。
図４Ａは、送液デバイス２００の側面図で、図１の送液デバイス２と同様、流路や容器が形成されている流動部３０２の上面に複数の通気口を有する天板３０１が接合され、流動部３０２の下面に底板３０３が接合されている。

図４Ｂは、天板３０１を下面側から見た平面図（流動部３０２の内部から矢印Ａ方向）であり、図４Ｃは、流動部３０２を下面側から見た平面図（流動部３０２の内部から矢印Ａ方向）であり、流路の多くは下面側に形成されており、破線の流路のみが上面側に形成されている。本図は、底板３０３を取り除いた状態で、矢印Ａ方向から流動部３０２を見た図であるので、底板３０３側に設けられた流路は実線で図示し、内部もしくは天板３０１側に設けられた流路は破線で示している。

また、図１の送液デバイス２と同様、図４Ｂに示す空気出入口２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０６、２０７、２０８には、図２に示したものと同様の空気用接続部（図示せず）が密着するよう構成され、対応するバルブを切り替えることで、空気室から空気用接続部への空気の供給、あるいは空気用接続部から大気への開放、あるいは全閉のいずれかが選択される。

また、流動部３０２において、天板３０１の空気出入口２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０６、２０７、２０８の対応する位置には、容器２１１、２１２、２１３、２１４、２１５、２１６、２１７、２１８が流動部３０２を貫通するように設けてある。

≪二液の混合動作の説明≫
図２、図４Ａ−Ｃ、図５Ａ−Ｆを用いて、送液デバイス２００による２液の分割および混合動作を説明する。
図５Ａは、初期状態を示しており、容器２１１に液体２３１が、容器２２２に液体２３２が、容器２２３に液体２３３が予め注入されており、その他の容器や流路内は空気が満たされている。空気室から各空気出入口２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０６、２０７、２０８につながる配管の途中に設けたバルブは全て全閉の状態になっている。

図５Ｂは、４つのバルブを切り替えて、空気室から空気用接続部２０１および２０３へ空気を供給する状態に、空気用接続部２０２および２０４から大気へ開放する状態にすることで、液２３１および２３２および２３３を、流路２４１、２４３、および流路２４５、２４７に流動させた状態である。すなわち、空気室内の高圧空気が空気用接続部２０１および２０３からそれぞれ容器２１１および２１３に流入する。

容器２１３に流入した空気は、容器２２２および２２３内の液２３２および２３３を押出し、流路２４５および２４７に流入させる。液２３２および２３３が流路２４５および２４７を満たすと、狭小流路２４６および２４８に液２３２および２３３が僅かながら流入開始する。

一方、容器２１１に流入した空気は、容器２１１内の液２３１を押出し、２つの流路に分かれて、流路２４１および２４３へと流入させる。液２３１が流路２４１および２４３を満たすと、狭小流路２４２および２４４に液２３１が僅かながら流入開始する。

液２３１が狭小流路２４２および２４４に、液２３２および２３３がそれぞれ狭小流路２４６および２４８に流入した時点で、各バルブを全閉の状態に切り替えて、液２３１、２３２、２３３の流動を停止する。

次に、図５Ｃは、２つのバルブを切り替えて、空気室から空気用接続部２０３へ空気を供給する状態に、空気用接続部２０５から大気へ開放する状態にすることで、液２３２および２３３を、流路２６１および２６３側へと流動させ、図５Ｂの流路２４９および２５０内の空気および液２３１の一部を流路２６１および２６３へと追い出した状態である。すなわち、空気室内の高圧空気が空気用接続部２０３から容器２１３に流入し、流路２６１へは液２３１、空気、液２３２の順番で、流路２６３へは液２３１、空気、液２３３の順番で流れ込む。液２３１が狭小流路２６２および２６４に流入した時点で、各バルブを全閉の状態に切り替えて、液２３１、２３２、２３３の流動を停止する。

ここで、図５Ｂに示す流路２４９は、空気で満たされている。その空気が、図５Ｃで示すように、流路２６１へ送り出され、液体２３１には空気の領域がなくなっていることが分かる。流路２５０にある空気も、同様に処理される。

次に、図５Ｄは、２つのバルブを切り替えて、空気室から空気用接続部２０３へ空気を供給する状態に、空気用接続部２０６から大気へ開放する状態にすることで、液２３１および２３２を流路２７１側へ、液２３１および２３３を流路２８１側へと流動させた状態である。すなわち、空気室内の高圧空気が空気用接続部２０３から容器２１３に流入し、図５Ｃにおける合流部２６５から分岐部２６６までの流路内の液２３１とその上流側の流路内の液２３２を流路２７１側に、図５Ｃにおける合流部２６７から分岐部２６８までの流路内の液２３１とその上流側の流路内の液２３３を流路２８１側に流動させる。液２３１が狭小流路２７２および２８２に流入した時点で、各バルブを全閉の状態に切り替えて、液２３１、２３２、２３３の流動を停止する。

次に、図５Ｅは、２つのバルブを切り替えて、空気室から空気用接続部２０６へ空気を供給する状態に、空気用接続部２０７から大気へ開放する状態にすることで、液２３１および２３２を流路２９１側へ、液２３１および２３３を流路３０１側へと流動させた状態である。すなわち、空気室内の高圧空気が空気用接続部２０６から容器２１６に流入し、図５Ｄにおける分岐部２７４から分岐部２７５までの流路および流路２７３および２７１内の各液を流路２９１側に、図５Ｄにおける分岐部２８４から分岐部２８５までの流路および流路２８３および２８１内の各液を流路３０１側に流動させる。液が狭小流路２９２および３０２に流入した時点で、各バルブを全閉の状態に切り替えて、液の流動を停止する。

図５Ｅの操作は液２３１と２３２および液２３１と２３３の各２液を混合させるための操作で、さらに次の操作を行うことで２液が混合される。すなわち、２つのバルブを切り替えて、空気室から空気用接続部２０７へ空気を供給する状態に、空気用接続部２０６から大気へ開放する状態にすることで、液を流路２７１および２８１側へと流動させる。これらの流路２７１および２８１から流路２９１および３０１への流動とその逆の流動を繰り返すことで、各２液が混合される。

最後に、図５Ｆに示すように、２つのバルブを切り替えて、空気室から空気用接続部２０７あるいは２０６へ空気を供給する状態にし、空気用接続部２０８から大気へ開放する状態にすることで、混合液を容器３１１および３１２へと流動させる。

実施例１（図２、図３Ａ−Ｃを参照）では、２液を定量して混合するデバイスを説明したが、容器４３に２液が流入する際、最初に空気が流入してから各液が流入する。そのため容器４３内では液内に気泡が混入する可能性がある。

一方、実施例２（図４Ａ−Ｃ、図５Ａ−Ｆ）では、２液を混合する際に気泡が混入しないことを特長としており、図５Ｃの操作で気泡の混入を防いでいる。すなわち、混合する２液（液２３１と２３２、あるいは液２３１と２３３）の間にある空気（図５Ｂの流路２４９あるいは２５０内）を、液２３１とともに液２３２あるいは液２３３で流路２６１あるいは２６３側に押し出し、合流部２６５で液２３１と２３２が、合流部２６７で液２３１と２３３が接するようにして、気泡が混入しないようにしている。

このとき狭小流路２６２および２６４の役割は、液を流路２６１および２６３に必要以上流さないようにするためで、液２３１が流路２６１および２６３を満たした後、狭小流路２６２および２６４に液２３１が流れ難いようにしている。図５Ｃで示す操作の目的は、上記のように図５Ｂの流路２４９あるいは２５０内にある空気を追い出して、合流部２６５で液２３１と２３２が、合流部２６７で液２３１と２３３が接するようにして、気泡が混入しないようにすることであるから、空気が合流部２６５および２６７より流路２６１および２６３側に追い出されればよく、それ以上液２３２および２３３を流動させることは、液２３２および２３３を無駄に使用することになる。したがって、流路２６１および２６３に液２３１が満たされた時点で、空気が追い出されるような体積に設計しておけば、狭小流路２６２および２６４を用いて、それ以上流動しないような構造にすることは有効である。

特に、液２３２および２３３は容器２１３に流入した高圧空気で押し出されるため、両液の流量が異なる可能性もある。そのため、流路２６１と２６３で液が満たされる時刻が異なる可能性があるが、狭小流路を使用することで先に液で満たされた流路側での流量が小さくなるため、送液量の違いはわずかである。

なお、図５Ｃでは、合流部２６５および２６７に液２３２および２３３が入ることで、混合する２液（液２３１と２３２、あるいは液２３１と２３３）の境界位置が決まる。合流部２６５から分岐部２６６までの流路および合流部２６７から分岐部２６８までの流路内の液２３１が、次の図５Ｄでは下流側に流動し、その後の工程で撹拌されることになるので、上記境界位置を決めた操作で液２３１を定量したことになる。

図５Ｄでは、混合する２液の合計量を定量している。すなわち、この後の図５Ｅで撹拌させる液は、分岐部２７４から分岐部２７５までの流路および流路２７３および２７１内の各液と、分岐部２８４から分岐部２８５までの流路および流路２８３および２８１内の各液である。液２３１は前の工程（図５Ｃ）で定量されているので、撹拌液の量が定量されたということは、液２３２および２３３が定量されたことになる。つまり、図５Ｄまでの工程で、混合する２液が定量されたことになる。

したがって、図５Ｄの操作では、流路２７１および２８１を液が満たした後は、液が流動しないようにしたい。そのために狭小流路２７２および２８２を設けて流動抵抗を大きくし、液を流れ難くしている。

図５Ｅ以降の撹拌操作では、液を流路２９１および３０１、あるいは流路２７１および２８１に満たす必要はなく、混合する一部の液を各流路に流動させてもよい。

あるいは、流路２９１および２９３の合計容積および流路３０１および３０３の合計容積をそれぞれ混合液の体積より大きくし、混合液の全量を流路２９１および３０１側に流動させ、容器２１７につながるバルブを全閉に、容器２１３につながるバルブを開放し、容器２１６につながるバルブはそのまま空気室に連通させて、分岐部２７４および２８４の直前に残された液２３２および２３３を上流側、すなわち容器２１３側に移動させることで、混合中の液と液２３２および２３３とが混ざることを防いでもよい。

なお、最初の図５Ｂの操作の目的は、液２３１の流動については、２つの流路に分割して、それぞれの液を定量するための先頭位置（図５Ｃの分岐部２６６および２６８）を決めることである。一方、液２３２および２３３の流動については空気を追い出すことで、必ずしも必要ではなく、図５Ｃで空気を追い出すための事前の操作である。

本実施例は、２種類の混合液（液２３１と２３２の混合液、および液２３１と２３３の混合液）を調性するデバイスであり、液２３１を２つの流路に分割していたが、３種類以上の混合液を調整するため、液２３１を多数の流路に分割してもよい。流路が増えるほど各流路の流動抵抗にばらつきが生じるが、狭小流路を用いることで、所定量以上流れようとすると流路抵抗が増大するので、各流路の流量が均一化され、定量化が可能となる。

以上より、本実施例２は、実施例１で示す効果に加えて、複数の液を混合する際に、混合液に空気が混入するのを抑制する効果がある。その効果により、混合する液の定量をより精度よくすることができる。

１…試料処理装置、
２…送液デバイス、
３…デバイス装着部、
４…上蓋、
５…ポンプ、
６…空気室、
７…レギュレータ、
８…コントローラ、
９…圧力センサ、
１１，１２，１３，１４…空気用接続部、
２１…天板、
２２…流動部、
２３…底板、
３１，３２，３３，３４…空気出入口、
４１,４２,４３,４４…容器、
５１,５２…容器、
７１,７２…流路、
８１,８２…狭小流路、
９１,９２,９３,９４…バルブ、
１０１,１０２…流路、
１１１,１１２…分岐部、
２００…送液デバイス、
２０１,２０２,２０３,２０４,２０５,２０６,２０７,２０８…空気出入口、
２１１,２１２,２１３,２１４,２１５,２１６,２１７,２１８…容器、
２４１,２４３,２４５,２４７,２４９,２５０,２６１,２６３,２７１,２７３,２８１,２８３,２９１,３０１…流路、
２４２,２４４,２４６,２４８,２６２,２６４,２７２,２８２,２９２,３０２…狭小流路、
２６５,２６７…合流部、
２６６,２６８,２７４,２７５,２８４,２８５…分岐部、
３０１…天板、
３０２…流動部、
３０３…底板、
４０１…流路、
４０２…流入口、
４１１…流路、
４２１…狭小流路。

Claims (7)

1. 上流側から下流側に流体を送液する主流路と、該主流路から分岐する第１の分岐流路とのそれぞれに流体を分岐する第１分岐部と、
   前記第１分岐部より上流側で前記主流路に合流する合流流路と、
   前記合流流路と前記主流路との合流部と、
   前記合流部より上流側に設けられ前記主流路から第２の分岐流路に分岐する第２分岐部と、
   前記流体を前記主流路及び前記合流流路及び前記第１及び第２の分岐流路中を送液する送液機構と、を有し、
   第１の容積を有する第１流体を、前記第２分岐部よりも上流側の前記主流路から前記第１分岐部を経て前記第１の分岐流路へと送液することで、前記第１の容積より少ない第２の容積を有する、前記合流部から前記第１分岐部に至るまでの流路を前記第１の流体で満たし、
   前記合流流路に第２の流体を送液することで前記合流部から前記主流路へと前記第２流体を流入させ、前記主流路への前記第２流体の流入により前記第２分岐部から前記合流部までの前記第１流体を、前記第２分岐部から前記第２の分岐流路に送液させ、前記合流流路に前記第２流体を送液することで前記合流部から前記主流路へと前記第２流体を流入させ、前記主流路への前記第２流体の流入により前記合流部から前記第１分岐部までの第２の容積を有する前記第１流体を、前記第１分岐部下流の主流路に送液することを特徴とする送液デバイス。
2. 前記第１の分岐流路の下流側に設けられた前記第１の分岐流路の断面積より小さい断面積を有する第１狭小流路と、
   前記第２の分岐流路の下流側に設けられた前記第２の分岐流路の断面積より小さい断面積を有する第２狭小流路と、を有し、
   前記第１と第２狭小流路は、前記第１と第２分岐部において前記送液機構により前記主流路側から前記第１と第２の分岐流路内に送液された前記流体が、前記第１と前記第２の分岐流路から漏えいするのを抑制することを特徴とする請求項１に記載の送液デバイス。
3. 前記第１分岐部より下流側の前記主流路から第３の流路に分岐する第３分岐部と、
   前記第３分岐部より下流側で前記主流路から第４の流路に分岐する第４分岐部と、
   前記流体を前記主流路及び前記合流流路及び前記第１乃至４の分岐流路中を送液する送液機構と、を有し、
   前記合流流路に前記第２流体を送液することで前記合流部から前記主流路へと前記第２流体を流入させ、前記主流路への前記第２流体の流入により前記合流部から前記第１分岐部までの前記第１流体を、前記第１分岐部から前記第４分岐部までの前記主流路および前記第４の分岐流路に送液させ、前記第３分岐部から前記第４分岐部までの前記主流路および前記第４の流路の前記第２および第１の流体を、前記第３分岐部から前記第３の分岐流路に送液することを特徴とする請求項１に記載の送液デバイス。
4. 前記第１の分岐流路の下流側に設けられた前記第１の分岐流路の断面積より小さい断面積を有する第１狭小流路と、
   前記第２の分岐流路の下流側に設けられた前記第２の分岐流路の断面積より小さい断面積を有する第２狭小流路と、
   前記第３の分岐流路の下流側に設けられた前記第３の分岐流路の断面積より小さい断面積を有する第３狭小流路と、
   前記第４の分岐流路の下流側に設けられた前記第４の分岐流路の断面積より小さい断面積を有する第４狭小流路と、を有し、
   前記第１乃至第４狭小流路により、前記第１乃至第４の分岐部において前記送液機構により前記主流路側から前記第１乃至第４の分岐流路内に送液された前記流体が、前記第１乃至第４の分岐流路から漏えいするのを抑制することを特徴とする請求項３に記載の送液デバイス。
5. 前記送液機構は、前記主流路の上流側及び下流側、並びに前記狭小流路のそれぞれの下流側には、開閉により空気を導入又は排出して前記流体を送液する制御弁を有し、
   前記主流路の上流側と下流側の前記制御弁を開放することで前記上流側から空気を導入し空気圧を前記流体に印加し、前記下流側から空気を排出することで前記流体を送液することを特徴とする請求項２又は４のいずれか一つに記載の送液デバイス。
6. 前記送液機構は、前記狭小流路のそれぞれの下流側に取り付けた制御弁を開放することにより、前記分岐流路のいずれかに前記流体を流入させ、前記狭小流路の下流側に取り付けた制御弁を切り換えることにより、前記分岐流路から流体を流出させることを特徴とする請求項２又は４のいずれか一つに記載の送液デバイス。
7. 請求項１乃至６のいずれか一つに記載の送液デバイスを有する化学分析装置。

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