JP6638917B2 - バルブ、流体制御構造、流体デバイス及びバルブの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、バルブ、流体制御構造、流体デバイス及びバルブの製造方法に関する。
本願は、２０１３年１２月６日に出願された日本国特許出願２０１３−２５３６４１号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

従来、積層基板を構成する第一基板と第二基板の接合面に形成された流路における流体の流れを制御するバルブとして、第一基板と第二基板の界面に樹脂シートを挟んだ３層構造を備えたバルブが知られている（非特許文献１）。

従来の３層構造を有するバルブの断面を図１に示す。第一基板１１０の上面全体に樹脂シート１１１が積層され、更に第二基板１１２が積層されている。第二基板１１２の下面に溝が掘られており、その溝を覆う様に第二基板１１２の下面に樹脂シート１１１が接合し、流路１１４が形成されている。図の右向きの矢印は紙面右方向に流路が延設されていること、及び流体が紙面右方向に流れることを表す。また、第一基板１１０には貫通孔１１３が設けられている。ここで、貫通孔１１３の内部から樹脂シート１１１に空気を送り込んで圧力をかけると、樹脂シート１１１が上方へ膨らみ、流路１１４を塞いで流体の流れを妨げる（図２参照）。また、空気圧を停止すると、樹脂シートは自身の弾性により、元の平坦な形状に戻る。このような圧力制御によって、樹脂シート１１１をバルブのダイアフラム部材として機能させている。

"PMMA/PDMS valves and pumps for disposable microfluidics." Lab Chip. 2009 Nov 7; 9(21):3088-94, Zhang W et al.

しかしながら、例えば、上記３層構造のバルブを繰り返して動作させると、樹脂シート１１１が貫通孔１１３を中心として第一基板１１０の上面から徐々に剥離し、バルブのレスポンスが悪化する問題がある。この状態でさらに使用を継続すると、第一基板１１０と第二基板１１２の接合強度を弱めて、両基板を剥離させてしまう問題がある。

本発明の態様は、耐久性に優れたバルブ、流体制御構造、流体デバイス及びバルブの製造方法の提供を目的とする。

（１）本発明の一態様に係るバルブは、流路に配設されるバルブであって、第一面に開口部を有する孔が設けられた基板と、前記孔の内部の少なくとも一部に固定された、少なくとも中央部が薄膜状のダイアフラム部材と、を備え、前記開口部を構成する内壁面において、前記孔を構成する貫通孔の径方向外側に拡張された凹部が１つ以上形成され、前記凹部内に、前記ダイアフラム部材の外縁部が延設され、前記凹部を構成する内壁面と前記ダイアフラム部材の外縁部とが、少なくとも部分的に接着され、前記基板の第一面は流体接触面であり、前記ダイアフラム部材を前記流路の軸線の垂直方向に変形させることにより前記流路における流体の流れを制御する。
（２）本発明の一態様に係る流体制御構造は、前記（１）に記載されたバルブと、前記バルブを前記流路の軸線の垂直方向に変形させる駆動部と、を含む。
（３）本発明の一態様に係る流体デバイスは、前記（１）に記載されたバルブ、又は、前記（２）に記載された流体制御構造を備える。
（４）本発明の一態様に係るバルブの製造方法は、第一面に開口部を有する孔が設けられ、前記開口部を構成する内壁面において、前記孔を構成する貫通孔の径方向外側に拡張された凹部が１つ以上形成された基板を準備する工程と、前記基板の前記第一面に開口する前記貫通孔の第一端部を蓋材で塞ぐ工程と、前記貫通孔の第二端部からダイアフラム部材の原料を注入する工程と、前記原料を固化させることにより、少なくとも中央部が薄膜状であり、前記貫通孔の第一端部に嵌め込まれるとともに、前記凹部内に外縁部が延設され前記凹部を構成する内壁面と前記外縁部とが、少なくとも部分的に接着されたダイアフラム部材を形成する工程と、前記蓋材を取り外す工程と、を有する。

本発明の態様によれば、耐久性に優れたバルブ、流体制御構造、流体デバイス及びバルブの製造方法を提供できる。

従来の３層構造を有するバルブの断面図である。 従来の３層構造を有するバルブの断面図である。 本発明の第一実施形態にかかるバルブを備えた積層基板の斜視図である。 図３から流路及びダイアフラム部材を除いた貫通孔の構成を示す斜視図である。 ダイアフラム部材を備えたバルブの構成を示す斜視図である。 図３のＸ−Ｚ平面で積層基板を切断した断面図である。 第一実施形態にかかるバルブが流路を塞いだ状態を示す断面図である。 第一実施形態にかかるバルブの断面図である。 本発明の第二実施形態にかかるバルブを構成する貫通孔の構成を示す斜視図である。 第二実施形態にかかるバルブの断面図である。 本発明の第三実施形態にかかるバルブを構成する貫通孔の構成を示す斜視図である。 第三実施形態にかかるバルブの断面図である。 本発明の第四実施形態にかかるバルブを構成する貫通孔の構成を示す斜視図である。 図１２に示した貫通孔の開口部にダイアフラム部材が配置された様子を示す斜視図である。 （ａ）第四実施形態にかかるバルブの直上において流路が開通している状態を示す断面図であり、（ｂ）前記バルブが流路を塞いだ状態を示す断面図である。 図１２に示した貫通孔を上方から見た上面図である。 図１２に示した貫通孔を側方から見た断面図である。 第四実施形態にかかるバルブを備えた積層基板の斜視図である。 本発明の第五実施形態にかかるバルブを備えた積層基板の斜視図である。 第五実施形態にかかるバルブを構成する貫通孔の構成を示す斜視図である。 図１９に示した貫通孔を上方から見た上面図である。 図１９に示した貫通孔を側方から見た断面図である。 本発明の第六実施形態にかかるバルブを構成する貫通孔の構成を示す斜視図である。 図２２に示した貫通孔を上方から見た上面図である。 図２２に示した貫通孔の開口部にダイアフラム部材が配置された様子を示す斜視図である。 図２４に示したバルブを側方から見た断面図である。 本発明の第七実施形態にかかるバルブを構成する貫通孔の構成を示す斜視図である。 図２６に示した貫通孔を上方から見た上面図である。 図２６に示した貫通孔の開口部にダイアフラム部材が配置された様子を示す斜視図である。 図２８に示したバルブを側方から見た断面図である。 図２８に示したバルブを図２９とは異なる側方から見た断面図である。 第一実施形態にかかるバルブの作動方式の一例を示す断面図である。 第一実施形態にかかるバルブの作動方式の一例を示す断面図である。 第一実施形態にかかるバルブの変形例を示す断面図である。 第一実施形態にかかるバルブの変形例を示す断面図である。 第一実施形態にかかるバルブの変形例を示す断面図である。 第一実施形態にかかるバルブの変形例を示す上面図である。 第一実施形態にかかるバルブの変形例を示す上面図である。 一実施形態にかかる流体デバイスの一例を示す模式図である。 一実施形態にかかる流体デバイスの一例を示す模式図である。 一実施形態にかかる流体デバイスの一例を示す模式図である。 一実施形態にかかるバルブの製造方法の一例を示す断面図である。 一実施形態にかかるバルブの製造方法の一例において使用する基板に備えられた貫通孔の構成を示す斜視図である。 図４１に示した貫通孔にダイアフラム部材の原料を注入した状態を示す断面図である。

以下、本発明の第一態様であるバルブ、第二態様である流体制御構造、第三態様である流体デバイス、第四態様であるバルブの製造方法について、それぞれ好適な実施形態を説明する。なお、各実施形態において共通する構成には同じ符号を付している。

《流路に配設されたバルブ》
図３は、本発明の第一実施形態にかかるバルブを備えた積層基板２０の一例である。積層基板２０の内部に設けられたトンネル状の流路２１において、矢印で示すＸ軸の正方向に液体、気体等の流体が流通する。流路２１の途中には、内径が他の部分よりも小さくされた小径部２１ａが形成されている。本実施形態のバルブ１は、流路２１の小径部２１ａの下方（図３におけるＺ軸の負方向）に配設されている。なお、流路２１は本実施形態のバルブ１の必須な構成要素ではない。

＜第一実施形態＞
本実施形態のバルブ１を構成する孔は貫通孔２であり、ダイアフラム部材４は貫通孔２の内部の一端側（第一端部側）に固定されている。その孔は貫通孔２の他端側（第二端部側）からダイアフラム部材４に向けて、後述の外力が通る空間を構成している。

図４Ａは、図３から流路２１及びダイアフラム部材４を除いた貫通孔２の構成を示す斜視図であり、バルブ１を構成する貫通孔２が、積層基板２０を構成する第一基板１０の第一面（上面）１０ａに開口部３を有する様子を示している。貫通孔２の第一端部が開口部３を構成し、貫通孔２の第二端部は図示しない箇所に開口している。ここで例示した貫通孔２は径方向の断面が円形であるが、その断面形状は特に制限されず、楕円形、矩形、三角形、その他の多角形であってもよい。

図４Ｂは、本発明の第一実施形態にかかるバルブ１を示す斜視図である。
本実施形態のバルブ１は、第一面１０ａに開口する貫通孔２が設けられた第一基板１０と、貫通孔２内の開口部３の内壁面３ａに嵌め込まれて固定された、少なくとも中央部４ｐが薄膜状のダイアフラム部材４と、を備える。バルブ１は、ダイアフラム部材４の少なくとも中央部４ｐ（又は薄膜状の部分）を変形させることにより、流路２１における流体の流れを制御することができる。
なお、ダイアフラム部材４は少なくとも２箇所で孔の壁面に固定されており、必ずしも壁面全周にわたって固定されている必要はない。よって、ダイアフラム部材４は貫通孔２の内壁面３ａの少なくとも一部に固定されていればよい。また、ダイアフラム部材４は、貫通孔２の開口部３側に位置している。

ダイアフラム部材とは、弁体、変形部、可動部を含む。また、「流体の流れ」とは、例えば流速や流量を含む。「流体の流れを制御する」とは、例えば流体の流速や流量を調整することを含む。

図４Ｂに示すバルブにおいて、第一基板１０の第一面側に面するダイアフラム部材４の第一面４ａは、第一基板１０の第一面１０ａに対して実質的に平行且つ実質的に同一な平面とされている。また、ダイアフラム部材４の第一面４ａに対向する第二面４ｂの少なくとも中央部４ｐが、窪んだ凹面形状（即ち、対向する第一面４ａに対して凸の実質的に放物面形状）とされている。この放物面は幾何学的に均整のとれた形状に限定されず、第二面４ｂの中央部がＺ軸（貫通孔２の軸線）の正方向に向かって凹んでいればよい。一方、幾何学的に均整のとれた形状の一例は、凹面レンズ形状である。
なお、ダイアフラム部材４の第一面４ａが、第一基板１０の第一面１０ａに対して実質的に同一な平面とされる、とは、ダイアフラム部材４の第一面４ａが第一基板１０の第一面１０ａの仮想延長面にあることを含む。

図５は、図３のＸ−Ｚ平面で積層基板２０を切断した断面図である。流路２１は、積層基板２０を構成する第一基板１０の上面（第一面）１０ａと、第二基板２２の下面との界面に形成されている。具体的には、第一基板１０の平坦な第一面１０ａに接合された第二基板２２の下面に溝が掘られて、その溝を第一基板１０の第一面１０ａが覆うことにより、トンネル状の流路２１が形成されている。したがって、第一基板１０の第一面１０ａは、流路２１の下面を構成するため、流体に接触する。また、流路２１の小径部２１ａにおいて、その溝は浅くなっている。

第二基板２２に形成された溝からなる流路２１には、ダイアフラム部材４に対向する位置に、流路２１を狭くする突起２２ｈ（突起部）が設けられている。図５に示す突起２２ｈは、対向するダイアフラム部材４の中央部４ｐに向かって隆起しており、Ｚ軸負方向に流路幅を狭くしている。よって、突起部を隆起部と呼んでもよい。突起２２ｈは、ダイアフラム部材４に対向する面２２ｉを有している。面２２ｉは、変形したダイアフラム部材４の中央部４ｐの第一面４ａ（上面）と接触又は密着し、流路２１を閉塞する（図６参照）。よって、面２２ｉを接触面２２ｉと呼んでもよい。

接触面２２ｉの面形状は特に制限されないが、例えば、接触するダイアフラム部材４の第一面４ａの形状に応じて調整し、その第一面４ａと接触可能又は密着可能な形状とすることができる。接触面２２ｉの面形状の一例として、平坦な平面、曲面、凹面（凹レンズ形状）、凸面（凸レンズ形状）等が挙げられる。

図６に示すように、貫通孔２の内部からダイアフラム部材４に、外力、例えば空気圧（空圧力）をかけることによって、ダイアフラム部材４の薄膜状の中央部４ｐを流路２１側に膨らませると、流路２１を流通する流体が小径部２１ａを通過することを妨げることができる。すなわち、本実施形態のバルブ１において、ダイアフラム部材４が流路２１の軸線方向（Ｘ軸方向）に対して垂直方向に変形することによって、流路２１を塞ぎ、流体の流れを制御することができる。外力としては、他に例えば水圧力、磁力、メカニカル機構による制御などを含む。

本実施形態のバルブ１においては、貫通孔２の開口部３（第一端部）にダイアフラム部材４が嵌め込まれているが、貫通孔２を非貫通孔に置き換えてもよい。貫通孔２の場合は、例えば、貫通孔の第二端部にポンプを接続して、貫通孔内に空気等の流体を注入する又は貫通孔内の空気等の流体を排出することにより、ダイアフラム部材４を変形させることが可能である。一方、非貫通孔の場合は、一例として、非貫通孔内に配置されたヒーター等により、非貫通孔内の空気を加熱して膨張させる方法によりダイアフラム部材４を変形させる方法が採用できる。

図５から理解されるように、貫通孔２の内壁面３ａと接しているダイアフラム部材４の外縁部４ｑの厚みが、ダイアフラム部材４の中央部４ｐの厚みよりも厚くされている。これにより、外縁部４ｑと内壁面３ａとの接着面積が大きくなるため、バルブ１の耐久性を向上させることができる。更に、ダイアフラム部材４が変形した際に最も応力集中が起こりやすい外縁部４ｑの強度が増し、ダイアフラム部材４の破壊を防ぐことができる。一方、ダイアフラム部材４の中央部４ｐの厚みが外縁部４ｑよりも薄くされたことにより、少ない空気圧で中央部４ｐを変形させることができる。

図７に示す第一基板１０の厚み方向の断面において、ダイアフラム部材４の厚みが中央部４ｐと中央部を囲む外縁部４ｑとで異なるとともに、第一基板１０の第一面１０ａ側に面するダイアフラム部材４の第一の辺ｔが、第一基板１０の第一面１０ａを構成する第一の辺Ｔに対して実質的に平行な直線である。また、図７に示すように、ダイアフラム部材４の第一の辺ｔに対向する第二の辺ｕの少なくとも中央部が、対向する第一の辺ｔに近づいた凹形状（即ち、対向する第一の辺ｔに対して凸の実質的に放物線形状）になっている。

この放物線は幾何学的に均整のとれた形状に限定されず、第二の辺ｕの中央部がＺ軸の正方向に向かって凹んでいればよい。実質的に放物線形状はアーチ形状と呼び換えることもできる。このような実質的に放物線形状であることにより、ダイアフラム部材４の中央部４ｐが上向きに変形した際に、アーチ形状に沿って、ダイアフラム部材４の外縁部４ｑが内壁面３ａに向かって押し付けられるため、ダイアフラム部材４が空気圧によって開口部３から外れることが防止されている。

＜第二実施形態＞
第二実施形態のバルブを構成する貫通孔２において（図８参照）、開口部３を構成する内壁面３ａは、貫通孔２の径方向外側に拡張され、開口部３の内径（孔径）が開口部３よりも内部（図における下部）の貫通孔２の内径より大きくされている。この拡張された開口部３の内壁面３ａにダイアフラム部材４が嵌め込まれた様子を、流路２１を構成する第二基板２２とともに、図９の断面図に示す。

図９（ａ）は第二実施形態のバルブ１の直上において流路２１が開通している状態であり、図９（ｂ）は貫通孔２内部にエアを吹き込むことにより、ダイアフラム部材４を変形させたバルブ１が流路２１を塞いだ状態である。

このように貫通孔２の開口部３が拡張された構成であると、開口部３の内壁面３ａに嵌め込まれたダイアフラム部材４と内壁面３ａとの接着面積が拡大し、内壁面３ａに対してダイアフラム部材４がより強固に固定される。これにより、ダイアフラム部材４の繰り返し作動の耐久性をより向上させることができる。

第二実施形態の拡張された開口部３の径方向の断面形状は実質的に円形であり、開口部３よりも内部における貫通孔２の径方向の断面形状も実質的に円形であり、両者の断面形状は互いに相似形であるが、これらは必ずしも相似形である必要は無い。例えば、拡張された開口部３の径方向の断面形状を矩形にしてもよいし、開口部３よりも内部の貫通孔２の径方向の断面形状を矩形にしてもよい。

第二実施形態のバルブ１を構成する孔は貫通孔２であり、ダイアフラム部材４は貫通孔２の内部の一端側（第一端部側）に固定されている。その孔は貫通孔２の他端側（第二端部側）からダイアフラム部材４に向けて上記外力が通る空間を構成している。
また、貫通孔２は内壁面３ａと連続して形成されている段部３ｖを有する。段部３ｖは開口部３を径方向外側に拡張した部分（拡張部）によって構成されている。ダイアフラム部材４は、段部３ｖの底面３ｂと壁面３ａのうち、少なくとも壁面３ａに固定されている。

＜第三実施形態＞
図１０に示す第三実施形態のバルブを構成する貫通孔２において、開口部３を構成する内壁面３ａは、第二実施形態と同様に、貫通孔２の径方向外側に拡張されている。更に、その開口部３の端部（縁）を構成する内壁面３ａにおいて、貫通孔２の径方向に切断した横断面積が開口部３の他の部分（開口部３の端部よりも内部の部分）よりも小さくされた、絞り部３ｚが形成されている。絞り部３ｚが形成された開口部３の内壁面３ａにダイアフラム部材４が嵌め込まれた様子を、流路２１を構成する第二基板２２とともに、図１１の断面図に示す。

図１１（ａ）は第三実施形態のバルブ１の直上において流路２１が開通している状態であり、図１１（ｂ）は貫通孔２内部にエアを吹き込むことにより、ダイアフラム部材４を変形させたバルブ１が流路２１を塞いだ状態である。

このように絞り部３ｚが形成された構成であると、開口部３の内壁面３ａに嵌め込まれたダイアフラム部材４と内壁面３ａとの接着面積が更に拡大すると共に、作動時におけるダイアフラム部材４が流路２１側へ外れてしまうことを防止し、内壁面３ａに対してダイアフラム部材４がより強固に固定される。これにより、ダイアフラム部材４の繰り返し作動の耐久性を更に向上させることができる。

＜第四実施形態＞
図１２に示す第四実施形態のバルブを構成する貫通孔２において、開口部３を構成する内壁面３ａの端部（縁）が貫通孔２の径方向外側に拡張された拡張部３ｙが形成されている。拡張部３ｙの径方向の断面形状は矩形である。
更に、拡張部３ｙよりも内部の開口部３を構成する内壁面３ａにおいて、貫通孔２の径方向外側に拡張された凹部５が四つ、貫通孔２の軸線を中心として互いに点対称の配置になるように形成されている。凹部５内に、ダイアフラム部材４の外縁部４ｑが延設された様子を図１３に示す。また、図１３における貫通孔２の軸線を含むＸ−Ｚ軸に沿う断面図を、流路２１を構成する第二基板２２を加えて、図１４に示す。

図１４（ａ）は第四実施形態のバルブ１の直上において流路２１が開通している状態であり、図１４（ｂ）は貫通孔２内部にエアを吹き込むことにより、ダイアフラム部材４を変形させたバルブ１が流路２１を塞いだ状態である。

このように開口部３の一部（本例においては端部）に拡張部３ｙが形成された構成であると、開口部３の内壁面３ａに嵌め込まれたダイアフラム部材４と内壁面３ａとの接着面積が拡大し、内壁面３ａに対してダイアフラム部材４がより強固に固定される。更に、本実施形態においては、凹部５内にダイアフラム部材４の外縁部４ｑが延設され、凹部５を構成する内壁面３ａとダイアフラム部材４の外縁部４ｑとが、少なくとも部分的に接着されている。これにより、ダイアフラム部材４と内壁面３ａとの接着面積が更に拡大し、内壁面３ａに対してダイアフラム部材４がより一層強固に固定される。この結果、バルブ作動時におけるダイアフラム部材４が流路２１側へ外れてしまうことを防止し、ダイアフラム部材４の繰り返し作動の耐久性を更に向上させることができる。

第四実施形態のバルブについて、図１２の斜視図を上方から見た上面図（Ｘ−Ｙ平面）を図１５に示し、図１２の斜視図を側方から見た断面図（Ｘ−Ｚ平面）を図１６に示す。
図１５及び図１６に示すように、貫通孔２の開口部３には、径方向外側に拡張された複数の凹部５が形成され、隣接する凹部５同士は隔壁６によって隔てられている。なお、隔壁６は、第一基板１０の一部分であり、別の部材を取り付けたものではない。

隔壁６の上部の端面６ａ、すなわち隔壁６の第一基板１０の第一面１０ａ側に面する端部の面６ａは、第一基板１０の第一面１０ａよりも内側（−Ｚ側）、すなわち貫通孔２の内部側に配置されている。また、隣接する凹部５同士が隔壁６の端面６ａ近傍において、ダイアフラム部材４が配置されていない状態（図１２，図１５，図１６の状態）においては、空間的に連結されている。

隣接する凹部５同士を連結する空間は、前述した開口部３の拡張部３ｙの一部を構成しており、各凹部５及び凹部５同士を連結する空間には、図１３に示したように、ダイアフラム部材４が配置されている。故に、バルブ１を構成する貫通孔２において、ダイアフラム部材４の中心部４ｐの直下を構成する空間のみが空洞とされ、貫通孔の第二端部へ連通する。よって、バルブ１を作動させる際に第二端部から送り込まれる空気圧は、ダイアフラム部材４の中心部４ｐに加わる。この中心部４ｐは薄膜状とされているため、容易に膨らみ、流路２１側に変形する。

隔壁６の上部の端面６ａは、基本的には第一基板１０の第一面１０ａと実質的に平行な平坦面であるが、貫通孔２の中心軸を臨む縁部において、第一基板１０の第一面１０ａ側に突き出した突起６ｈが形成されている。突起６ｈは、湾曲した板形状であり、突起６ｈの板面は貫通孔２の中心軸に正対するように配置されている。ここでは図示しないが、隔壁６の上部の端面６ａには、突起６ｈの他に、溝を形成してもよい。このような突起や溝を端面６ａに形成することによって、これらの構成とダイアフラム部材４との接着力が増強され、ダイアフラム部材４を開口部３により一層強力に固定することができる。

図１７に、第四実施形態のバルブ１と流路２１とを備えた積層基板２０の斜視図を示す。

＜第五実施形態＞
図１８に、第五実施形態のバルブ１と流路２１とを備えた積層基板２０の斜視図を示す。また、第五実施形態のバルブ１を構成する第一基板１０に形成された貫通孔２の構造を図１９に示す。さらに、図１９の斜視図を上方から見た上面図（Ｘ−Ｙ平面）を図２０に示し、図１９の斜視図を側方から見た断面図（Ｘ−Ｚ平面、図２０におけるＡ−Ａ線で切断した断面図）を図２１に示す。

図２０及び図２１に示すように、貫通孔２の開口部３には、径方向外側に拡張された複数の凹部５が形成され、隣接する凹部５同士は隔壁６によって隔てられている。
各凹部５は、貫通孔２の軸線を中心として互いに点対称の配置になるように形成されている。また、隣接する凹部５同士が隔壁６の端面６ａ近傍において、ダイアフラム部材４が配置されていない状態（図１９，図２０，図２１の状態）においては、空間的に連結されている。図示しないが、第四実施形態と同様に、本実施形態のバルブ１においても、凹部５内にダイアフラム部材４の外縁部４ｑが延設されている。

隔壁６の上部の端面６ａ、すなわち隔壁６の第一基板１０の第一面１０ａ側に面する端部の面６ａは、第一基板１０の第一面１０ａよりも内側（−Ｚ側）、すなわち貫通孔２の内部側に配置されている。隔壁６の上部の端面６ａには、貫通孔２の中心軸から径方向外側に向けて順に、突起６ｈ、溝６ｋ、突起６ｉが形成されている。突起６ｈは、湾曲した板形状である。突起６ｈの板面は、貫通孔２の中心軸に正対するように配置されている。突起６ｉは、湾曲した板形状である。突起６ｉの板面は、貫通孔２の中心軸に正対するように配置されている。溝６ｋは、突起６ｈと突起６ｉの間において、隣接する凹部５同士を繋ぐように隔壁６を横断して配置されている。このような突起や溝を端面６ａに形成することによって、これらの構成とダイアフラム部材４との接着力が増強され、ダイアフラム部材４を開口部３により一層強力に固定することができる。

＜第六実施形態＞
図２２に示す第六実施形態のバルブを構成する貫通孔２において、開口部３を構成する内壁面３ａの端部が貫通孔２の径方向外側に拡張された拡張部３ｙが形成されている。拡張部３ｙの径方向の断面形状は矩形である。
更に、拡張部３ｙと貫通孔２の境界における貫通孔２の周縁部２ｚを除く、拡張部３ｙの底面３ｂが、周縁部２ｚよりも下方（図示したＺ軸の負方向）、すなわち第一基板１０の内部側に窪んだ窪み部３ｑが形成されている。拡張部３ｙに形成された窪み部３ｑを上方から見た上面図（Ｘ−Ｙ平面）を図２３に示す。

本実施形態のバルブ１における貫通孔２の開口部３の内壁面３ａには、前述した他の実施形態と同様に、ダイアフラム部材４が嵌め込まれ、固定されている。さらに、窪み部３ｑには、ダイアフラム部材４の外縁部４ｑが延設されている。この様子を図２４及び図２５に示す。

図２２〜２５において、貫通孔２の内部において貫通孔２に接続された分岐孔２ｕは、貫通孔２内の空気等の流体を出入りさせるための貫通孔である。分岐孔２ｕの一方の端部（第一端部）は貫通孔２に接続され、他方の端部（第二端部）は図示しない箇所で開口している。他方の端部は、貫通孔２の第二端部を兼ねていてもよいし、貫通孔２の第二端部とは独立した端部であってもよい。例えば、分岐孔２ｕの他方の端部から貫通孔２内部にエアを吹き込むことにより、ダイアフラム部材４の中央部４ｐを変形させ、不図示の流路における流体の流れを制御することができる。

このように開口部３の一部として拡張部３ｙ及び窪み部３ｑが形成された構成であると、開口部３の内壁面３ａに嵌め込まれたダイアフラム部材４と、拡張部３ｙ及び窪み部３ｑを含めた開口部３の内壁面３ａとの接着面積が拡大し、開口部３の内壁面３ａに対してダイアフラム部材４がより強固に固定される。この結果、バルブ作動時におけるダイアフラム部材４が外れてしまうことを防止し、ダイアフラム部材４の繰り返し作動の耐久性を更に向上させることができる。

＜第七実施形態＞
図２６に示す第七実施形態のバルブを構成する貫通孔２において、開口部３を構成する内壁面３ａの端部（第一基板１０の第一面１０ａに臨む部分）が貫通孔２の径方向外側に拡張された拡張部３ｙが形成されている。拡張部３ｙの径方向の断面形状は円形である。
更に、拡張部３ｙと貫通孔２（拡張部３ｙを除いた内部側の貫通孔２）の境界における貫通孔２の周縁部２ｚを除いた拡張部３ｙの底面（第六実施形態の底面３ｂに相当）の一部が、周縁部２ｚよりも下方（図示したＺ軸の負方向）、すなわち第一基板１０の内部側に入り込んで形成された縦孔部７の底面７ｂをなしている。つまり、貫通孔２の周縁部２ｚを除いた拡張部３ｙの少なくとも一部が、貫通孔２に沿って第一基板１０の内部側へ延設され、縦孔部７を構成している。

ここでは説明の便宜上、縦孔部７の底面７ｂが形成されている構成、すなわち縦孔部７が非貫通孔である構成を説明したが、縦孔部７は底面７ｂを有さなくてもよい。この場合、ダイアフラム部材４が配置されていない状態においては、縦孔部７は貫通孔となる。ここで、縦孔部７が構成する貫通孔は、第一基板１０に開口する貫通孔２とは異なる。縦孔部７が貫通孔である場合、その貫通孔の一方の端部（第一端部）は拡張部３ｙの近傍に開口し、他方の端部（第二端部）は図示しない箇所に開口する。縦孔部７は、他方の端部において大気解放されていてもよい。他方の端部は、例えば、第一基板の第二面に開口して大気解放されていてもよい。

本実施形態においては、４つの縦孔部７が貫通孔２の軸線を中心として互いに点対称の配置となるように形成されている。また、隣接する縦孔部７同士は、隔壁部８によって隔てられている。隔壁部８の上部（Ｚ軸の正方向側の面、第一基板１０の第一面１０ａに面する面）の端面８ａは、第一面１０ａよりも第一基板１０の内部側に位置する。４つの縦孔部７を上方から見た上面図（Ｘ−Ｙ平面）を図２７に示す。

図２６及び図２７に示すように、ダイアフラム部材４が配置されていない状態においては、隔壁部８の端面８ａ近傍において、隣接する縦孔部７同士が空間的に連結されている。また、各縦孔部７は、拡張部３ｙと貫通孔２の境界における貫通孔２の周縁部２ｚを介して、貫通孔２に連通している。

本実施形態のバルブ１における貫通孔２の開口部３の内壁面３ａには、前述した他の実施形態と同様に、ダイアフラム部材４が嵌め込まれ、固定されている。さらに、拡張部３ｙから第一基板１０の厚み方向に延設された縦孔部７には、ダイアフラム部材４の外縁部４ｑが延設されている。この様子を図２８〜図３０に示す。図２９は図２７のＡ−Ａ線で切断した断面に相当し、図３０は図２７のＢ−Ｂ線で切断した断面に相当する。

図２８〜図３０に示すように、周縁部２ｚの下側（Ｚ軸の負方向側）を構成し、ダイアフラム部材４を支持する支持壁９によって、縦孔部７と貫通孔２とは隔てられている。つまり、支持壁９の一方の面（第一面）９ａは貫通孔２の内壁面を構成し、支持壁９の他方の面（第二面）９ｂは縦孔部７の壁面を構成している。

このように構成された空間にダイアフラム部材４が配置されることによって、開口部３の拡張部３ｙを構成する内壁面３ａとダイアフラム部材４の外縁部４ｑとが接着することに加えて、さらに、拡張部３ｙから延設された縦孔部７を構成する壁面とダイアフラム部材４の外縁部４ｑとが接着する。このため、縦孔部７及び拡張部３ｙを含めた開口部３の内壁面とダイアフラム部材４の外縁部４ｑとの接着面積が更に一層拡大される結果、バルブ作動時におけるダイアフラム部材４が外れてしまうことを防止し、ダイアフラム部材４の繰り返し作動の耐久性を更に一層向上させることができる。

なお、図２６〜図２９において、貫通孔２の内奥において貫通孔２に接続された分岐孔２ｕは、貫通孔２内の空気等の流体を出入りさせるための貫通孔である。分岐孔２ｕの一方の端部（第一端部）は貫通孔２に接続され、他方の端部（第二端部）は図示しない箇所で開口している。他方の端部が、貫通孔２の第二端部を兼ねていてもよいし、貫通孔２の第二端部とは独立した端部であってもよい。例えば、他方の端部から貫通孔２内部にエアを吹き込むことにより、ダイアフラム部材４の中央部４ｐを変形させ、不図示の流路における流体の流れを制御することができる。

＜バルブの作動方式＞
以上で説明した本発明にかかる各実施形態のバルブの作動方式として、バルブを構成するダイアフラム部材が、孔の外側に膨らんで流路を塞ぐ場合（ノーマリーオープン方式）を一例として説明した。しかし、上記作動方式はこの場合に限定されず、バルブを構成するダイアフラム部材が、孔の内部に凹む（引っ込む）ことによって、それまで塞いでいた流路を開通する作動方式（ノーマリークローズ方式）を採用することもできる。この後者の作動方式について、第一実施形態のバルブを例として、以下に説明する。

図３１に示すように、第二基板２２に形成された溝からなる流路２１には、分断部２１ｂにおいて突起２２ｈが設けられている。突起２２ｈが、対向するダイアフラム部材４と密着しているため、流路２１は分断部２１ｂにおいて塞がれた状態にある。この状態において、貫通孔２の第二端部から貫通孔２内の空気等の流体を吸引すると、図３２に示すように、ダイアフラム部材４の中央部４ｐが貫通孔２の内部に引き込まれることにより、分断部２１が開通される。上記吸引を止めると、ダイアフラム部材４の中央部４ｐは元の位置に戻り、分断部２１を塞ぐ。この作動方式は、ここで説明した第一実施形態のバルブに限られず、他の実施形態のバルブにおいても同様に適用することができる。

＜ダイアフラム部材の拡大＞
本発明にかかる各実施形態のバルブ１において、開口部３の内壁面３ａに固定されたダイアフラム部材４の外縁部４ｑは、第一基板１０の第一面１０ａ上に迫り出すように拡大されていてもよい。この実施形態の一例を第一実施形態の変形例として、以下に説明する。

図３３に示すように、本例のバルブにおいて、ダイアフラム部材４の外縁部４ｑは、貫通孔２の開口部３の内壁面３ａに嵌め込まれて、内壁面３ａに対して接着されている。さらに、ダイアフラム部材４は、その外縁部４ｑが第一基板１０の第一面１０ａ上に迫り出すように拡大された拡大部４ｒを有する。拡大部４ｒが延設される範囲は特に制限されないが、例えば、開口部３の近傍程度、開口部３の中心から開口部３の孔径の２〜１０倍程度の範囲が適当である。このようにダイアフラム部材４が拡大された拡大部４ｒを有すると、ダイアフラム部材４と第一基板１０との接着面積が拡大され、より強固にダイアフラム部材４を固定することができる。また、第一基板１０の第一面１０ａには複数の溝１１が形成されており、各溝１１の内部に拡大部４ｒが配設されている。この構成であると、各溝１１の内部に配設された拡大部４ｒが、上記接着面積を更に増大させることができる。更に、バルブを作動させるために貫通孔２を陽圧又は陰圧にした場合、その圧力がダイアフラム部材４の中央部４ｐのみに掛かり、特に縦孔部７内に延設されたダイアフラム部材４の外縁部４ｑには殆どその圧力が加わらないため、バルブの耐久性が特に優れる。

＜貫通孔の内壁面に接合された部材＞
本発明にかかる各実施形態のバルブ１において、貫通孔２の内壁面の少なくとも一部に、第一基板１０とは異なる部材が取り付けられていてもよい。この実施形態の一例を第一実施形態の変形例として、以下に説明する。

図３４の断面図及び図３６Ａ、３６Ｂの上面図に示すように、本例のバルブにおいて、貫通孔２の開口部３を構成する内壁面３ａの端部（第一基板１０の第一面１０ａに臨む部分）の全周に亘って、第一の部材１２が接合されている。

第一基板１０の第一面１０ａ側から見た場合に、第一の部材１２は開口部を有する。その開口部の形状は特に制限されず、一例として、円形（図３６Ａ）、矩形（図３６Ｂ）が挙げられる。第一の部材１２の開口部には、ダイアフラム部材４の第一面４ａが露出している。この開口部を有する第一の部材１２をシール部材（例えばシールリング)と呼んでもよい。

第一の部材１２の構成材料の例として、例えば樹脂、エラストマー、金属、セラミックス、ガラス等が挙げられる。第一の部材１２を内壁面３ａに対して接合する方法としては、例えば、接着剤や熱融着等の方法が挙げられる。

本例のバルブにおいては、ダイアフラム部材４は第一の部材１２の少なくとも一部に固定されている。
一例として、図３４の断面図に示すように、ダイアフラム部材４の外縁部４ｑの一部が第一の部材１２の側面１２ａに接着し、その一部を除いた残部が貫通孔２の内壁面３ａに固定されていてもよいし、或いは、図３５の断面図に示すように、ダイアフラム部材４の外縁部４ｑの全部（内壁面３ａに対向する部分の全面）が第一の部材１２の側面１２ａに固定されていてもよい。つまり、ダイアフラム部材４は、直接的に壁面（この場合、内壁面３ａ）に固定されていてもよいし、第一の部材１２を介して間接的に壁面（この場合、内壁面３ａ）に固定されていてもよい。

上記直接及び／又は間接の何れの固定においても、ダイアフラム部材４は、貫通孔２の内部に設けられ、貫通孔２の開口部３の外縁（貫通孔２の中心軸から離れた内壁面３ａに近い領域）の少なくとも一部に固定されている。また、ダイアフラム部材４は少なくとも中央部４ｐが薄膜状であるため、前述した作動方式でダイアフラム部材４を変形させることにより、流路における流体の流れを制御することができる。

第一の部材１２を設けることにより、開口部３においてダイアフラム部材４をより強力に固定することができる。また、バルブの製造時に、ダイアフラム部材４を貫通孔２の開口部３に固定することが容易になり得る。

《流体制御構造》
本発明の第二態様の流体制御構造は、流体に接する第一面を有し、貫通孔が形成された基板と、前記貫通孔の第一面の開口部に嵌め込まれた、少なくとも中央部が薄膜状の、弾性変形可能な弁体と、前記弁体を前記流路の軸線の垂直方向に変形させる駆動部と、を含む。

前記流体制御構造は、前述したバルブの各実施形態に含まれている。前記基板としては、例えば、流体に接する第一面１０ａを有し、貫通孔２が形成された第一基板１０が挙げられる。また、前記弾性変形可能な弁体としては、例えば、第一面１０ａの開口部３に嵌め込まれた、少なくとも中央部４ｐが薄膜状のダイアフラム部材４が挙げられる。また、前記駆動部としては、例えば、ダイアフラム部材４を貫通孔２の軸線方向に変形させる動力となる前記空気等の流体を貫通孔２に注入又は排出するポンプが挙げられる。

前記流体制御構造は、前記弁体を前記流路側に変形させる駆動部と、前記流路中を前記流体が流れる状態とする開状態から、前記流体の流れをせき止めた状態とする閉状態へと変形させる構造であってもよい。
この流体制御構造において、前記駆動部が前記弁体を変形させ、前記流路中で前記変形された弁体が前記流体を堰き止めることにより、前記流路中を流体が流通可能な開状態から、前記流路中を流体が流通不能な閉状態へと、前記流路の流通状態を変化させる流体制御方法を実施することができる。

前記流体制御構造は、前記弁体を前記流路側に変形させる駆動部と、前記流体の流れをせき止めた状態とする閉状態から、前記流路中を前記流体が流れる状態とする開状態へと変形させる構造であってもよい。
この流体制御構造において、前記駆動部が、前記流路中で流体を堰き止めていた前記弁体を変形させることにより、前記流路中を流体が流通不能な閉状態から、前記流路中を流体が流通可能な開状態へと、前記流路の流通状態を変化させる、流体制御方法を実施することができる。

《流体デバイス》
本発明の第三態様の流体デバイスは、第一態様のバルブ又は第二態様の流体制御構造を備えた流体デバイスである。なお、第三態様における流体デバイスを構成する流路及びバルブは、マイクロメートルのスケールであっても、ミリメートルのスケールであってもよい。何れのスケールの流体デバイスについても、微細な流路を有するデバイスという意味において、「マイクロ流体デバイス」と呼ぶことができる。

前記流体デバイスとしては、例えば、第一態様のバルブ又は第二態様の流体制御構造を有する第一基板と、前記第一基板における前記バルブを構成するダイアフラム部材又は前記流体制御構造を構成する弁体が露出する、前記第一基板の第一面の上に重ねられた第二基板と、前記第二基板において前記ダイアフラム部材又は前記弁体の直上を横断するように形成された流路と、が備えられた流体デバイスが挙げられる。
前記流体デバイスとして、例えば、前述したバルブの各実施形態を備えた積層基板が挙げられ、その一例として、図３、図１７、図１８に示した流路２１が形成された積層基板２０が挙げられる。
また、前記流体デバイスは、前記バルブを有する基材と、上板とを貼り合わせて、筐体流路を形成している形であってもよい。

＜ポンプ機能＞
前記流体デバイスは、その流路に直列的に配設された複数のバルブの開閉により、又は、その流路に配設された単一のバルブの開閉により、その流路中の流体に流れを起こすポンプとして機能することができる。
一例として、前記複数のバルブの開閉を同期させて制御することにより、流路内の流体に波を起こして、その流体を所定方向に流すことができる。例えば、流路に直列的に配設された、好ましくは２個以上のバルブ、より好ましくは３個以上のバルブにおいて、各弁体（ダイアフラム部材）の変形のタイミングを所定間隔でずらして、各バルブの開閉を制御する、いわゆるペリスタリック方式によって、流路中の流体を所定方向に送液することができる。流路に配設する個々のバルブの種類及び作動方式は、それぞれ同一であってもよいし、異なっていてもよい。
また、他の一例として、単一のバルブの開閉を単位時間内に繰り返して行うことにより、流路内の流体に波を起こして、その流体を所定方向に流すことができる。

＜生体分子の検出＞
前記流体デバイスは、試料中のエキソソームが内包する生体分子を検出する流体デバイスであってもよい。このような流体デバイスとしては、例えば、第一態様のバルブ又は第二態様の流体制御構造と、疎水性鎖と親水性鎖を有する化合物で修飾された層を有するエキソソーム精製部と、生体分子検出部と、を備えた流体デバイスが挙げられる。

前記流体デバイスの一例として、図３７に示す流体デバイス５１が挙げられる。流体デバイス５１は、試料中のエキソソームが内包する生体分子を検出する流体デバイスであって、疎水性鎖と親水性鎖を有する化合物で修飾された層を有するエキソソーム精製部５２と、生体分子精製部５３と、生体分子検出部５４と、エキソソーム精製部５２と生体分子精製部５３を繋ぐ第一の流路５５と、生体分子精製部５３と生体分子検出部５４を繋ぐ第二の流路５６と、各流路の所望の箇所に配設された第一態様のバルブとを備えている。

本実施形態の流体デバイス５１は、血液から血球を除去した血漿を含むサンプルを得て、エキソソーム精製部５２に供給されるサンプル中のエキソソームが内包する生体分子を検出するデバイスである。

本実施形態において、第一の流路５５は、エキソソームの破砕液をエキソソーム精製部５２から生体分子精製部５３に送液する流路であり、第二の流路５６は、精製された生体分子を含む溶液を生体分子検出部５４に送液する流路である。

エキソソームは、細胞の分泌物であり、分泌元の細胞由来の生体分子、例えばタンパク質、核酸、ｍｉＲＮＡなどを内包している。生体内に存在するがん細胞等の異常細胞は、その細胞膜の内部に特有のタンパク質や核酸、ｍｉＲＮＡなどを発現している。
そのため、エキソソームに内包される生体分子を分析することで分泌元の細胞の異常を検出することができる。エキソソームに内包される生体分子を取り出す（抽出する）手段として、一例にはエキソソームの脂質二重膜の破砕などが挙げられる。
更に、エキソソームは、生体内で循環している血液、尿、唾液などの体液中で検出されるため、エキソソームを分析することで、バイオプシー検査をしなくとも、生体内の異常を検出することができる。

分析に用いるサンプルによる二次感染を防止する観点から、本実施形態の流体デバイス５１は、一例として図３８に示すように更に廃液槽５７、５８、５９を備えていてもよい。なお、図３８においては三つの廃液槽を示しているが一つ又は二つの廃液槽に集約しても構わない。

本実施形態の流体デバイス５１における各構成の一例について、図３９を参照して説明する。エキソソーム精製部５２は、供給されたサンプルに含まれるエキソソームの固定と、エキソソームの破砕を行う部分であり、インレットと、疎水性鎖と親水性鎖を有する化合物で修飾された層を有するエキソソーム固定部５２ｄを備える。図３９に示すように、エキソソーム精製部５２は、導入する試薬別にインレットを備えることができる。即ち、エキソソーム精製部５２は、サンプル導入用インレット５２ｂと破砕液導入用インレット５２ｃを備えることができる。エキソソーム精製部５２は、好ましくは、更に洗浄液導入用インレット５２ａを備えることができる。

本実施形態の流体デバイス５１において、各部の液体の駆動は、外部吸引ポンプによってなされ、液体の流れは、本発明の第一態様のバルブの開閉によって制御される。

図３９に示すように、エキソソームの分析において、まず上述したエキソソーム精製部５２において、サンプル導入用インレット５２ｂに血漿を含むサンプルを注入し、流路５２ｉのバルブ５２ｆを開き、吸引によりサンプルをエキソソーム固定部５２ｄに導入する。

エキソソーム固定部５２ｄに導入されたサンプル中のエキソソームは、疎水性鎖と親水性鎖を有する化合物によって捕捉される。
ここで、エキソソーム固定部５２ｄにおける疎水性鎖と親水性鎖を有する化合物とは、脂質二重膜に結合するための疎水性鎖と、この脂質鎖を溶解するための親水性鎖を有する化合物である。係る化合物を用いることにより、エキソソーム固定部５２ｄ上に脂質二重膜を有するエキソソームを固定することができる。
なお、「エキソソーム固定部５２ｄ上にエキソソームを固定する」とは、エキソソーム固定部にエキソソームを吸着させることも意味する。サンプルからエキソソームを単離することが可能である。

疎水性鎖としては、単鎖であっても複鎖であってもよく、例えば、置換基を有していてもよい飽和又は不飽和の炭化水素基が挙げられる。
飽和又は不飽和の炭化水素基は、炭素原子数６〜２４の直鎖若しくは分岐鎖のアルキル基又はアルケニル基にできる。例として、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、ステアリル基（オクタデシル基）、ノナデシル基、イコシル基、ヘンイコシル基、ドコシル基、トリコシル基、テトラコシル基、ミリストレイル基、パルミトレイル基、オレイル基、リノイル基、リノレイル基、リシノレイル基、イソステアリル基等が挙げられる
中でも、ミリストレイル基、パルミトレイル基、オレイル基、リノイル基、リノレイル基が好ましく、オレイル基がより好ましい。

親水性鎖としては、タンパク質、オリゴペプチド、ポリペプチド、ポリアクリルアミド、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、デキストラン等が挙げられ、ＰＥＧが好ましい。親水性鎖は、基板との結合のために化学修飾されていることが好ましく、活性エステル基を有することがより好ましく、Ｎ−ヒドロキシスクシンイミド基を有することが特に好ましい。

エキソソーム固定部５２ｄとして用いられる基板としては、ガラス基板、シリコン基板、ポリマー基板、金属基板等が挙げられる。基板は、疎水性鎖と親水性鎖を有する化合物の親水性鎖と結合する物質を介して、その化合物を基板表面に結合していてもよい。その物質としては、アミノ基、カルボキシル基、チオール基、水酸基、アルデヒド基を有する物質が例示でき、３−アミノプロピルトリエトキシシランが好ましい。

血漿中には、エキソソーム以外にもマイクロベシクルやアポトーシス小体等の細胞外小胞が含まれており、これら細胞外小胞もエキソソーム固定部５２ｄに固定される可能性がある。エキソソーム固定部５２ｄからこれらの細胞外小胞を除去する観点から、エキソソーム固定部５２ｄ上のエキソソームを洗浄することができる。

次いで、エキソソーム固定部５２ｄに固定されたエキソソームを破砕する。図３９に示すように、流路５２ｊ上のバルブ５２ｇを開き、破砕液導入用インレット５２ｃに破砕液を注入し、吸引により破砕液をエキソソーム固定部５２ｄへ導入する。破砕液としては、例えば細胞溶解に用いられる従来公知のものが挙げられる。

破砕液がエキソソーム固定部５２ｄを通ることにより、エキソソーム固定部５２ｄ上に捕捉されたエキソソームが破砕され、エキソソームに内包される生体分子が放出される。
エキソソームから放出された生体分子は、バルブ５５ａを介して第一の流路５５を通り生体分子精製部５３へ送られる。

図３９に示すように、生体分子精製部５３は、生体分子回収液導入用インレット５３ｂと、生体分子固定部５３ｃとを備えることができる。生体分子精製部５３は、好ましくは、更に生体分子洗浄液導入用インレット５３ａを備えることができる。

本実施形態において、生体分子固定部５３ｃが固定する生体分子はｍｉＲＮＡにできる。生体分子固定部５３ｃをエキソソーム破砕液が通過することにより、生体分子固定部５３ｃ上に生体分子が捕捉される。

次いで、生体分子固定部５３ｃに固定された生体分子を溶出させる。図３９に示すように、流路５３ｇのバルブ５３ｆを開け、生体分子回収液導入用インレット５３ｂに生体分子回収液を注入し、生体分子回収液を生体分子固定部５３ｃに導入する。

次いで、生体分子固定部５３ｃから生体分子を回収する。生体分子は第二の流路５６を通り、生体分子検出部５４へ送られる。

生体分子検出部５４は、一例として、生体分子に親和性を有する物質が固定されてなる基板を備えている。生体分子をｍｉＲＮＡとする場合には、標的ｍｉＲＮＡに相補的なプローブが固定されてなる基板５４ｃを備えていることができる（図３９参照。）。標的ｍｉＲＮＡに相補的なプローブが固定されてなる基板としては、例えば従来公知のＤＮＡチップが挙げられる。

図３９に示すように、生体分子検出部５４は、更に洗浄液導入用インレット５４ｂを備えていることができる。

生体分子が生体分子検出部５４へ送られた後、バルブ５４ｄを開け、検出プローブ導入用インレット５４ａに検出プローブ溶解液を注入する。

次いで、生体分子と検出プローブ溶解液を生体分子検出部内で循環させ、混合する。

次いで、捕捉プローブが固定されてなる基板（図３９における基板５４ｃ）を洗浄し、基板上の非特異的吸着物を取り除くことができる。

次いで、基板５４ｃ上に形成された複合体の標識物質の強度を測定する。標識物質の強度は、生体分子の存在量を反映するため、本実施形態によれば、サンプル中に含まれる生体分子の量を定量することができる。
標識物質の強度の測定は、一例として、不図示の顕微鏡、光源、パソコンなどの制御部により行われる。

本実施形態によれば、従来は１日以上要したエキソソームの分析をわずか一時間程度で迅速に行うことができる。

本デバイスのエキソソーム精製部で上述のようにエキソソームを固定した後、エキソソーム精製部においてエキソソームの表面に存在する生体分子を検出してもよい。
基板に固定されたエキソソームの表面に存在する生体分子の検出方法は、エキソソームの表面に存在する生体分子とその生体分子と特異的に結合する第１の分子とを相互作用させて複合体を形成し、基板上の複合体（第１の分子−エキソソーム複合体）を検出することを含む。

第１の分子−エキソソーム複合体を検出する方法は、例えば蛍光標識した第１の分子−エキソソーム複合体の蛍光を検出する工程である。また、ＥＬＩＳＡによる検出方法を利用してもよい。

第１の分子とエキソソームの相互作用の一例として、例えば抗原−抗体反応といった結合反応が挙げられる。また、第１の分子としては、抗体に限られず、アプタマーも用いられる。アプタマーの一例として、核酸アプタマーやペプチドアプタマーが挙げられる。

上記のようなエキソソームの表面に存在する生体分子の検出と、そのエキソソームに内包されるｍｉＲＮＡの検出とを本デバイス上で行うことによって、エキソソームを二段階で分析することができる。
本実施形態の流体デバイスによれば、バイオプシー検査をしなくとも、一例として、生体内で循環している血液中のエキソソームを分析することで、生体内の異常を検出することができる。

《バルブの製造方法》
本発明の第四態様のバルブの製造方法は、基板の第一面に開口する貫通孔の第一端部を蓋材で塞ぐ工程（工程Ａ）と、前記貫通孔の第二端部からダイアフラム部材の原料を注入する工程（工程Ｂ）と、前記原料を固化させることにより、少なくとも中央部が薄膜状であり、前記貫通孔の第一端部に嵌め込まれたダイアフラム部材を形成する工程（工程Ｃ）と、前記蓋材を取り外す工程（工程Ｄ）と、を有する。以下、図４０を参照して、各工程の一例を説明する。

まず、工程Ａに供する第一基板１０を準備する。本例で使用する第一基板１０には、第一面１０ａと第二面１０ｂとを貫通する貫通孔２が形成されている。貫通孔２の第一端部２ａは第一面１０ａに開口し、貫通孔２の第二端部２ｂは第二面１０ｂに開口している。第一面１０ａに開口する第一端部２ａは、開口部３を構成する。開口部３には、貫通孔の径方向外側に拡張された拡張部３ｙが設けられている。

第一基板１０を構成する材料は特に制限されず、例えば、樹脂（プラスチック）、ガラス、セラミックス、金属、半導体等の公知材料が適用できる。一例として、本実施例で製造したバルブをマイクロ流体デバイスに配設する場合、デバイスを流れる流体を外部から視認することが可能なように、樹脂、ガラス等の透明材料を基板材料として使用してもよい。

第一基板１０の構成材料が、一例としてアクリル樹脂である場合、第一基板１０の厚みは、例えば０．１ｃｍ〜５．０ｃｍ程度とすることができ、貫通孔２等を加工することが容易である観点から、例えば０．５ｃｍ〜２．０ｃｍ程度とすることができる。
前述した拡張部３ｙ、窪み部３ｑ、隔壁６、縦孔部７、隔壁部８、支持壁９等の構成を有する貫通孔２を第一基板１０に形成する方法は特に制限されず、一例として、市販の３Ｄ入出力装置を使用して、基板の表面を切削加工する方法が挙げられる。
上記構成を有する貫通孔２の孔径は、バルブを配設する流路の幅や高さ（深さ）によって適宜設定すればよく、一例として、１．０ｍｍ〜１０ｍｍ程度とすることができる。また、拡張部３ｙの拡張の程度も特に制限されないが、一例として、貫通孔２の径方向外側に１．０ｍｍ〜５．０ｍｍ程度とすることができる。

次に、準備した第一基板１０を工程Ａに供する。図４０に示すように、第一基板１０の第一面１０ａを下に向けて、第一面１０ａに開口する貫通孔２の第一端部２ａ（開口部３）を覆うように、蓋材Ｆを第一面１０ａに密着させることにより、第一端部２ａを蓋材Ｆにより塞ぐ。なお、図４０に示す断面図は、１個の貫通孔２を含む部分についてのみを示しており、第一基板１０の全体の広がりを描いてはいない。

蓋材Ｆは、貫通孔２の第一端部２ａを塞ぐことが可能で、後工程で取り除くことが可能な部材であれば特に制限されない。蓋材Ｆの一例として、樹脂製の離型フィルムが適用可能である。離型フィルムを第一基板１０の第一面１０ａの全面に貼付することにより、複数の貫通孔２の第一端部２ａを一時的に塞ぐことができる。

次に、工程Ｂにおいて、貫通孔２の第二端部２ｂから、ダイアフラム部材４の原料４ｍを注入する。ダイアフラム部材４の構成材料は、貫通孔２内部の圧力変化に応じて貫通孔２の軸線方向に変形可能な材料であればよく、一例として、エラストマーが挙げられる。
エラストマーは公知の高分子化合物からなるものが適用可能である。ダイアフラム部材４を構成するエラストマー材料の一例として、ＰＤＭＳが挙げられる。

ダイアフラム部材４の薄膜状の中央部４ｐの厚みは、適当な圧力で貫通孔２の軸線方向に変形させることが可能な厚みであれば特に制限されず、ダイアフラム部材４の構成材料の種類や性質に応じて設定すればよい。一例として、ＰＤＭＳがダイアフラム部材４の構成材料である場合、中央部４ｐの厚みは、例えば１μｍ〜１，０００μｍ程度とすることができる。この範囲の厚みであると、比較的少ない圧力変化で充分に変形させることができる。

ダイアフラム部材４の薄膜状の外縁部４ｑの厚みは特に制限されず、中央部４ｐよりも厚くできる。一例として、開口部３の内壁面に接着する箇所における外縁部４ｑの厚みは、中央部４ｐの最も薄い箇所における厚みの１．５倍〜５．０倍程度とすることができる。

ダイアフラム部材４の原料４ｍの注入量を調整することによって、ダイアフラム部材４の厚みを調整することができる。この注入方法は特に制限されず、一例として、図４０に示すように、ディスペンサーＤのノズルを貫通孔２の第二端部の上方に位置させ、硬化前の液状の原料４ｍを注入する方法が挙げられる。液状の原料４ｍは、その付着力及び表面張力によって、蓋材Ｆの表面及び開口部３の内壁面を自然に拡がる。注入後に一定時間経過すると原料４ｍの流動が収束し、図４０に示すように、第一面１０ａに対して凸の放物面を有するメニスカスが形成される。このようなメニスカスを形成するために、原料４ｍと開口部３の内壁面の付着力を高めることができ、その付着力を高める目的で予め公知の表面処理を内壁面に施してもよい。

工程Ｃにおいて、メニスカスが形成された原料４ｍを硬化させることによって、そのメニスカスの形状が固定されたダイアフラム部材４を形成することができる。原料４ｍを硬化させる方法は特に制限されず、使用する原料４ｍの特性に応じて、例えば加熱、紫外線照射等の常法が適用できる。また、一例として、原料４ｍが、主剤と架橋剤（硬化剤）とを混合させた二液混合型の樹脂組成物であれば、注入後に一定時間経過すると、自然に硬化させることができる。

ダイアフラム部材４の形成後、工程Ｄにおいて、蓋材Ｆを除去することにより、目的のバルブが形成された基板を得ることができる。一例として、蓋材Ｆが基板の第一面１０ａに貼付された公知の離型フィルムである場合には、蓋材Ｆを簡単に剥離して取り外すことができる。

＜縦孔部７の内部へのダイアフラム部材４の原料４ｍの注入＞
工程Ｂにおいて、前述した第七実施形態のバルブを構成する貫通孔２にダイアフラム部材４の原料４ｍを注入する場合を一例として以下に説明する。
図４１は、第七実施形態のバルブを構成する貫通孔２の第二端部２ｂ側から見た斜視図であり、図２６の斜視図についてＺ軸の正負を反転させた図に相当する。
図４１において、第一基板１０の第一面１０ａに蓋材Ｆ（図では紙面が第一面１０ａ及び蓋材Ｆに相当する。）が密着されており、貫通孔２の第一端部２ａ（開口部３）は蓋材Ｆによって覆われ、塞がれている。この状態は工程Ａを終えた段階である。続く工程Ｂにおいて、貫通孔２の第二端部２ｂ側から、ダイアフラム部材４の原料４ｍを注入すると、開口部３において蓋材Ｆ上を拡がり、更に貫通孔２の周縁部２ｚを通過して、縦孔部７内へ流入する。この様子を図４２の断面図に示す。

図４２の断面図は、図４１において対向している２つの縦孔部７と貫通孔２の軸線を含む断面を示している。図中、矢印αは、貫通孔２の第二端部２ｂ側から原料４ｍを注入したことを表す。このように注入された原料４ｍは、開口部３において蓋材Ｆ上を拡がり、更に貫通孔２の周縁部２ｚの近傍を通過して、縦孔部７内へ流入する。縦孔部７の空間は、上方（Ｚ軸正方向）に延びているが、原料４ｍは、縦孔部７を構成する壁面に対する付着力及び毛細管現象によって、重力に逆らって自然に縦孔部７を上昇する。この際、原料４ｍの上昇に伴って、縦孔部７内の空気は、第一基板１０の第二面側に開口する縦孔部７の開口部７ｃから抜ける（図４２の矢印βが空気の抜けを表す）。このため、重力と付着力及び毛細管現象が釣り合う所定の高さに達するまで、原料４ｍは縦孔部７内を上昇可能であり、縦孔部７内の空気によってその上昇が妨げられることはない。なお、原料４ｍの注入時にエア等の圧力を矢印αの方向で貫通孔２にかけることによって、積極的に縦孔部７内に原料４ｍを押し込んでも構わない。
以上の様にして、比較的形状が複雑である縦孔部７内にも、原料４ｍを注入し、ダイアフラム部材４の外縁部４ｑを縦孔部７内に形成することができる。

以下、実施例により本発明を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

＜実施例１＞
図２８に示す第七実施形態のバルブ１を以下のように作製した。
まず、第一基板１０として、厚み５ｍｍのプラスチック板（日本アクリエース株式会社製、品名：アクリエースMS）を準備した。第一基板１０の両面から切削加工を行い、図２６及び図２７示した構成を有する貫通孔２を形成した。この切削加工には、３D入出力装置（ローランドDG株式会社製、型番：MDX-540S）を使用した。
切削加工後、第一基板１０をエタノールに浸漬し、１分間の超音波洗浄を行い、更に第一基板１０を超純水中に浸漬し、１分間洗浄した。その後、エアブローにより第一基板１０を乾燥させた。

第一基板１０の第一面１０ａに対してアクリル樹脂製のフィルムをラミネートした。ラミネーター（大成ラミネーター株式会社製、型番：VA-400）を使用して、そのフィルムを１２５℃に加熱し、第一面１０ａに開口する開口部３を覆って塞ぐように、そのフィルムを第一面１０ａに貼付した。

次に、貫通孔２内の開口部３及び縦孔部７を構成する壁面、並びに開口部３を塞いだラミネートフィルムの内面に対して、壁面及び内面を親水化する目的で、第一基板１０の第二面側から酸素プラズマを照射した。この表面処理に使用した装置（ヤマト科学株式会社製、型番：PDC210）における酸素プラズマ照射の条件は、酸素30cc、出力100W、照射時間1分間とした。

ディスペンサー（武蔵エンジニアリング株式会社製、型番：SMP-III）を使用して、第一基板１０の第二面側から、表面処理した貫通孔２の内部に、架橋剤を含有させたPDMS（東レ・ダウコーニング株式会社製）を所定量注入した。
PDMSと架橋剤の混合比は、PDMS：架橋剤＝１５：１〜２０：１（体積比）の範囲で調整した。このPDMSの注入量は、形成するダイアフラム部材４の中央部４ｐの厚みが約５００μｍとなるように、約３０μＬ〜５０μＬの範囲で調整した。

ディスペンサーから所定量注入した後、５分程度経過する間に、縦孔部７をPDMSが上昇し、その上昇が停止した際には、PDMSはラミネートフィルムを貼付した第一基板１０の第一面１０ａから約５ｍｍの高さまで上昇した。また、ラミネートフィルム上に拡がったダイアフラム部材４の中央部４ｐを形成するPDMSの厚みが約５００μｍになり、更に、その中央部４ｐがラミネートフィルムに対して凸の放物面形状となるメニスカスが自然に形成された（図３０、図４２参照）。

PDMSの流動が収束して上記メニスカスが形成された状態の第一基板１０を、８０℃に加熱したオーブンに３０分以上静置し、PDMSを硬化させた。この際、上記のメニスカス形状が維持された状態で硬化した。その後、加熱されて剥がし易くなったラミネートフィルムを第一基板１０ａから取り除くことによって、目的のバルブ１が形成された第一基板１０（図２８参照）を得た。

このバルブ１の形状は、バルブを作動するために貫通孔２内へ吹き込まれた空気がダイアフラム部材４の中央部４ｐのみにかかる設計であるため、耐圧限界が向上している。この耐圧性能を評価するためにバルブの作動試験を行ったところ、0.2MPa〜0.35MPa程度の圧力でダイアフラム部材４の中央部４ｐを貫通孔２の軸線方向（流路２１の軸線に対して垂直方向）に膨らませることが可能であり、繰り返し作動させた場合にも何ら損傷は確認されず、優れた耐久性を有することが確認された。

１…バルブ、２…貫通孔、２ｕ…分岐孔、２ｚ…周縁部、３…開口部、３ａ…内壁面、３ｂ…底面、３ｑ…窪み部、３ｖ…段部、３ｙ…拡張部、３ｚ…絞り部、４…ダイアフラム部材、４ａ…ダイアフラム部材の第一面、４ｂ…ダイアフラム部材の第二面、４ｐ…ダイアフラム部材の中央部、４ｑ…ダイアフラム部材の外縁部、４ｍ…ダイアフラム部材４の原料、５…凹部、６…隔壁、６ａ…隔壁部の上部の端面、６ｈ…突起、６ｉ…突起、６ｋ…溝、７…縦孔部、８…隔壁部、８ａ…隔壁部の上部の端面、９…支持壁、９ａ…支持壁の一方の面（第一面）、９ｂ…支持壁の他方の面（第二面）、１０…第一基板（基板）、１０ａ…第一基板の第一面（上面）、１１…溝、１２…第一の部材、１２ａ…第一の部材の側面、２０…積層基板、２１…流路、２１ａ…小径部、２１ｂ…分断部、２２…第二基板、２２ｈ…突起（突起部）、２２ｉ…面（接触面）、Ｄ…ディスペンサー、Ｆ…蓋材、５１…流体デバイス、５２…エキソソーム精製部、５２ａ…洗浄液導入用インレット、５２ｂ…サンプル導入用インレット、５２ｃ…破砕液導入用インレット、５２ｄ…エキソソーム固定部、５２ｅ…バルブ、５２ｆ…バルブ、５２ｇ…バルブ、５２ｈ…流路、５２ｉ…流路、５２ｊ…流路、５３…生体分子精製部、５３ａ…生体分子洗浄液導入用インレット、５３ｂ…生体分子回収液導入用インレット、５３ｃ…生体分子固定部、５３ｄ…バルブ、５３ｅ…流路、５３ｆ…バルブ、５３ｇ…流路、５４…生体分子検出部、５４ａ…検出プローブ導入用インレット、５４ｂ…洗浄液導入用インレット、５４ｃ…基板、５４ｄ…バルブ、５４ｅ…バルブ、５５…第一の流路、５５ａ…バルブ、５６…第二の流路、５７…廃液槽、５８…廃液槽、５９…廃液槽、６０…第三の流路、６０ａ…バルブ、６１…第四の流路、６１ａ…バルブ、６２…第五の流路、６２ａ…バルブ、１１０…第一基板、１１１…樹脂シート、１１２…第二基板、１１３…貫通孔、１１４…流路。

Claims (23)

1. 流路に配設されるバルブであって、
   第一面に開口部を有する孔が設けられた基板と、前記孔の内部の少なくとも一部に固定された、少なくとも中央部が薄膜状のダイアフラム部材と、
   を備え、
   前記開口部を構成する内壁面において、前記孔を構成する貫通孔の径方向外側に拡張された凹部が１つ以上形成され、
   前記凹部内に、前記ダイアフラム部材の外縁部が延設され、
   前記凹部を構成する内壁面と前記ダイアフラム部材の外縁部とが、少なくとも部分的に接着され、
   前記基板の第一面は流体接触面であり、前記ダイアフラム部材を前記流路の軸線の垂直方向に変形させることにより前記流路における流体の流れを制御するバルブ。
2. 前記ダイアフラム部材は、前記孔の前記開口部側に位置することを特徴とする、請求項１に記載のバルブ。
3. 前記孔の内部と接している前記ダイアフラム部材の外縁部の厚みが、前記ダイアフラム部材の中央部の厚みよりも厚いことを特徴とする請求項２に記載のバルブ。
4. 前記基板の第一面側に面する前記ダイアフラム部材の第一面が、前記基板の第一面に対して略平行な平面であり、
   前記ダイアフラム部材の第一面に対向する第二面の少なくとも中央部が、窪んだ形状である請求項２又は３に記載のバルブ。
5. 前記基板の厚み方向の断面において、
   前記基板の第一面側に面する前記ダイアフラム部材の第一の辺が、前記基板の第一面を構成する第一の辺に対して略平行な直線であり、
   前記ダイアフラム部材の第一の辺に対向する第二の辺の少なくとも中央部が、対向する第一の辺に近づいた凹形状である請求項１〜４の何れか一項に記載のバルブ。
6. 前記ダイアフラム部材は、前記孔において前記流路の軸線方向に実質的に垂直な面に固定されている、請求項１〜５の何れか一項に記載のバルブ。
7. 前記ダイアフラム部材は、エラストマーであることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載のバルブ。
8. 前記孔は貫通孔であり、前記ダイアフラム部材は前記貫通孔の内部の一端側に固定され、前記孔は前記貫通孔の他端側から前記ダイアフラム部材に向けて外力が通る空間を構成している、請求項１〜７の何れか一項に記載のバルブ。
9. 前記孔は、孔の壁面と連続して形成されている段部を有し、
   前記ダイアフラム部材は、前記段部の底面と前記壁面とのうち、少なくとも前記壁面に固定されている、請求項１〜８の何れか一項に記載のバルブ。
10. 前記開口部を構成する内壁面は前記孔の径方向外側に拡張されており、
    前記開口部の内径は、該開口部よりも内奥の孔の内径より大きい、請求項１〜９の何れか一項に記載のバルブ。
11. 前記凹部が複数形成され、各凹部が前記孔を中心として互いに点対称に配置された請求項１〜１０の何れか一項に記載のバルブ。
12. 前記凹部が複数形成され、隣接する凹部同士を隔てる隔壁における前記基板の第一面側に面する端部が、前記基板の第一面よりも内側に配置され、隣接する凹部同士が前記隔壁の前記端部の近傍において空間的に連結された請求項１〜１１の何れか一項に記載のバルブ。
13. 前記開口部を構成する内壁面の端部が前記孔の径方向外側に拡張された拡張部が形成されており、
    前記拡張部のうち、前記孔の周縁部を除いた少なくとも一部が、前記周縁部よりも前記基板の内奥側に落ち込んだ縦孔部が形成されており、
    前記縦孔部内に前記ダイアフラム部材の外縁部が延設され、
    前記縦孔部を構成する内壁面と前記ダイアフラム部材の外縁部とが、少なくとも部分的に接着された請求項１〜１２の何れか一項に記載のバルブ。
14. 前記縦孔部の第一端部は前記拡張部に開口し、前記縦孔部の第二端部は大気解放されている請求項１３に記載のバルブ。
15. 前記ダイアフラム部材の少なくとも中央部が、前記基板の第一面に露出し、前記流路を構成する部位に配置された請求項１〜１４の何れか一項に記載のバルブ。
16. 前記孔に設けられた第一の部材を備え、
    前記ダイアフラム部材は前記第一の部材の少なくとも一部に固定されている、請求項１〜１５の何れか一項に記載のバルブ。
17. 請求項１〜１６の何れか一項に記載のバルブと、
    前記バルブを前記流路の軸線の垂直方向に変形させる駆動部と、
    を含む流体制御構造。
18. 請求項１〜１６の何れか一項に記載されたバルブ、又は、請求項１７に記載された流体制御構造を備えた流体デバイス。
19. 請求項１〜１６の何れか一項に記載のバルブ、又は、請求項１７に記載された流体制御構造を有する第一基板と、
    前記第一基板における前記バルブを構成するダイアフラム部材又は前記流体制御構造を構成する弁体が露出する、前記第一基板の第一面の上に重ねられた第二基板と、
    前記第二基板において前記ダイアフラム部材又は前記弁体の直上を横断するように形成された流路と、
    が備えられた請求項１８に記載の流体デバイス。
20. 前記第二基板は、前記ダイアフラム部材に対向する位置に設けられた、前記流路を狭くする突起部を有し、
    前記突起部は、前記ダイアフラム部材と接触可能な接触面を有する、請求項１９に記載の流体デバイス。
21. 請求項１〜１６の何れか一項に記載のバルブを複数備えた流体デバイスであって、
    前記複数のバルブは流路に直列的に配設され、前記複数のバルブの開閉により前記流路中の流体に流れを起こすポンプとして機能する、請求項１８〜２０の何れか一項に記載の流体デバイス。
22. 試料中のエキソソームが内包する生体分子を検出する流体デバイスであって、
    請求項１〜１６の何れか一項に記載のバルブと、
    疎水性鎖と親水性鎖を有する化合物で修飾された層を有するエキソソーム精製部と、
    生体分子検出部と、
    を備えた流体デバイス。
23. 第一面に開口部を有する孔が設けられ、前記開口部を構成する内壁面において、前記孔を構成する貫通孔の径方向外側に拡張された凹部が１つ以上形成された基板を準備する工程と、
    前記基板の前記第一面に開口する前記貫通孔の第一端部を蓋材で塞ぐ工程と、
    前記貫通孔の第二端部からダイアフラム部材の原料を注入する工程と、
    前記原料を固化させることにより、少なくとも中央部が薄膜状であり、前記貫通孔の第一端部に嵌め込まれるとともに、前記凹部内に外縁部が延設され前記凹部を構成する内壁面と前記外縁部とが、少なくとも部分的に接着されたダイアフラム部材を形成する工程と、
    前記蓋材を取り外す工程と、
    を有するバルブの製造方法。

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