JP6991408B1 - 流路デバイス - Google Patents

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Abstract

第1孔と接続されて第1孔と連通する第1溝と、第1溝と接続されて第1溝と連通する第2溝と、第1溝と離れた第2溝の途中の位置で第2溝に接続されて第2溝と連通する第3溝とが設けられる。第1溝は第1孔に関して第2溝とは反対側にも延びる。第1孔の側で第2溝と第3溝とが成す第1劣角は、第1孔とは反対側で第2溝と第3溝とが成す第2劣角よりも大きい。

Description

本開示は流路デバイスに関する。
複数種の粒子を含む流体を導入し、特定種の粒子(以下「分離対象粒子」と称される)を他の種の粒子と分離する技術と、分離対象粒子に対して所定の処理を行う技術とが公知である(例えば国際公開第2019/151150号)。
流路デバイスは、第1方向に向いて開口する第1孔が空いた第1面と、前記第1面と前記第1方向において対向する第2面と、前記第1面および前記第2面のいずれにも開口せず、前記第1孔と接続されて前記第1孔と連通する第1溝と、前記第1面および前記第2面のいずれにも開口せず、前記第1溝と接続されて前記第1溝と連通する第2溝と、前記第1面および前記第2面のいずれにも開口せず、前記第1溝と離れた前記第2溝の途中の位置で前記第2溝に接続されて前記第2溝と連通する第3溝とを備える。前記第1溝は前記第1孔に関して前記第2溝とは反対側にも延びる。
前記第1方向に平行な方向に沿って見て、前記第1孔の側で前記第2溝と前記第3溝とが成す第1劣角は、前記第1孔とは反対側で前記第2溝と前記第3溝とが成す第2劣角よりも大きい。
図1は、実施の形態で例示される流路デバイスを鉛直下向き(-Z方向)に見て模式的に示す平面図である。 図2は、処理用デバイスを鉛直下向き(-Z方向)に見て模式的に示す平面図である。 図3(a)は、位置A-Aにおいて流路デバイスをY方向に沿って見た仮想的な断面を模式的に示し、破断によって一部が省略された断面図である。図3(b)は、位置B-Bにおいて流路デバイスをY方向に沿って見た仮想的な断面を模式的に示し、破断によって一部が省略された断面図である。図3(c)は、位置E-Eにおいて流路デバイスをY方向に沿って見た仮想的な断面を模式的に示し、破断によって一部が省略された断面図である。 図4は、接続デバイスを鉛直下向きに見て模式的に示す平面図である。 図5(a)は、位置C-Cにおいて流路デバイスをZ方向に垂直な方向に沿って見た仮想的な断面を模式的に示し、破断によって一部が省略された断面図である。図5(b)は、位置D-Dにおいて流路デバイスを(-X)方向に沿って見た仮想的な断面を模式的に示し、破断によって一部が省略された断面図である。図5(c)は、位置F-Fにおいて流路デバイスを(-X)方向に沿って見た仮想的な断面を模式的に示し、破断によって一部が省略された断面図である。 図6は、分離デバイスを鉛直下向き(-Z方向)に見て模式的に示す平面図である。 図7は、図6の範囲Mを示す平面図である。 図8は、分離対象粒子の個数を計測する処理を例示するフローチャートである。 図9は、図8のフローチャートにおけるステップS2の処理が終了した直後の処理用デバイスの一部を模式的に示す平面図である。 図10は、図8のフローチャートにおけるステップS4の処理が終了した直後の処理用デバイスの一部を模式的に示す平面図である。 図11は、図8のフローチャートにおけるステップS5の処理が終了した直後の処理用デバイスの一部を模式的に示す平面図である。 図12は、図8のフローチャートにおけるステップS6の処理が終了した直後の処理用デバイスの一部を模式的に示す平面図である。 図13は、図8のフローチャートにおけるステップS7の処理が終了した直後の処理用デバイスの一部を模式的に示す平面図である。 図14は、図13の範囲G1を示す平面図である。 図15は、図8のフローチャートにおけるステップS2の処理が終了した直後の処理用デバイスの一部を模式的に示す平面図である。 図16は、図8のフローチャートにおけるステップS4の処理が終了した直後の処理用デバイスの一部を模式的に示す平面図である。 図17は、図8のフローチャートにおけるステップS5の処理が終了した直後の処理用デバイスの一部を模式的に示す平面図である。 図18は、図8のフローチャートにおけるステップS6の処理が終了した直後の処理用デバイスの一部を模式的に示す平面図である。 図19は、図8のフローチャートにおけるステップS7の処理が終了した直後の処理用デバイスの一部を模式的に示す平面図である。 図20(a)は図19の範囲G2を示す平面図である。図20(b)は処理用デバイスの変形を部分的に示す平面図である。
各種の実施の形態および各種の変形例が、下記において図面が参照されて説明される。図面においては同様な構成および機能を有する部分に同じ符号が付される。同様な構成および機能を有する部分は、下記説明において重複する説明が省略される。図面は模式的に示されたものである。
図面には便宜的に右手系のXYZ座標系が付記される図が含まれる。以下の説明ではZ方向が鉛直上向きに採用される。第1方向として鉛直下向きが採用されてもよい。鉛直下向きは(-Z)方向とも表現される。第2方向としてX方向が採用されてもよい。X方向と反対の方向は(-X)方向とも表現される。第3方向としてY方向が採用されてもよい。Y方向と反対の方向は(-Y)方向とも表現される。
以下の説明において「流路」は流体が流れる構造を有する。流路が延びる方向に対して直交する方向における当該流路の長さは、当該流路の幅と称される。
<1.構成例>
図1は実施の形態で例示される流路デバイス100を示す平面図である。流路デバイス100は、処理用デバイス1と、接続デバイス2と、分離デバイス3とを備える。処理用デバイス1、接続デバイス2、分離デバイス3は、この順にZ方向へ向かって、互いに積層される。
処理用デバイス1は面1a,1bを有するデバイスである。面1aは面1bよりもZ方向側に位置する。接続デバイス2は面2a,2bを有するデバイスである。面2aは面2bよりもZ方向側に位置する。面2bは面1aと接触する。面2bと面1aとは、例えばプラズマ接合または光接合で接合される。
分離デバイス3は面3a,3bを有するデバイスである。面3aは面3bよりもZ方向側に位置する。面3bは面2aと接触する。面3bと面2aとは、例えばプラズマ接合または光接合で接合される。
上述のプラズマ接合には例えば酸素プラズマが適用される。上述の光接合には例えばエキシマランプによる紫外光が適用される。
処理用デバイス1、接続デバイス2、分離デバイス3は、いずれも平面視(以下、特に説明しなければ(-Z)方向に沿って見た平面視)で矩形状である板状の外形を有する。面1a,1b,2a,2b,3a,3bはZ方向に垂直である。
図2は処理用デバイス1を示す平面図である。一点鎖線で表示した領域R2は接続デバイス2の面2bが接合される位置を示す。処理用デバイス1の厚さ(Z方向に沿った長さ)は、例えば、0.5ミリメートル(mm)から5mm程度である。面1a,1bの幅(X方向に沿った長さ)は、例えば10mmから30mm程度である。面1a,1bの高さ(Y方向に沿った長さ)は、例えば20mmから50mm程度である。
処理用デバイス1は、導入孔121,122,124,126,128,129、排出孔125,127、攪拌孔123を有する。導入孔126,128,129、排出孔125,127のいずれもが、領域R2において面1aに開口する孔である。導入孔121,122,124、攪拌孔123のいずれもが、領域R2以外の位置で面1aに開口する孔である。導入孔121,122,124,126,128,129、排出孔125,127、攪拌孔123のいずれもが、面1bには開口しない。
処理用デバイス1は排出孔141,142,143を有する。排出孔141,142,143のいずれもが、平面視上で領域R2に含まれない位置で面1bに開口する孔である。排出孔141,142,143のいずれもが、面1aには開口しない。
処理用デバイス1は、攪拌流路115、流路111,112,113,114,116,117,118,119、計測流路151、参照流路152を有する。攪拌流路115、流路111,112,113,114,116,117,118,119、計測流路151、参照流路152のいずれもが、面1a,1bのいずれにも開口しない溝である。
「連通」とは、流体が流通できるように連なっている状態を意味する。流路111は導入孔121および排出孔127と連通する。流路112は導入孔128および排出孔141と連通する。流路113は導入孔122および排出孔125と連通する。流路114は導入孔126および排出孔142と連通する。
攪拌流路115は攪拌孔123と連通し、攪拌孔123と流路117との間に介在する。流路116は流路117と参照流路152との間に介在する。流路117は計測流路151と流路116との間に介在し、計測流路151と流路116との間で攪拌流路115と連通する。流路118は導入孔124と連通し、導入孔124と参照流路152との間に介在する。流路119は排出孔143と連通し、排出孔143と計測流路151との間に介在する。
計測流路151は流路117と流路119との間に介在する。計測流路151はY方向に延び、そのY方向側で流路117と連通し、Y方向とは反対側で流路119と連通する。計測流路151が流路117と連通する箇所は平面視上で領域R2に位置し、計測流路151は導入孔129と連通する。
参照流路152は流路116と流路118との間に介在する。参照流路152はY方向に延び、そのY方向側で流路116と連通し、Y方向とは反対側で流路118と連通する。この実施の形態では、計測流路151と参照流路152とのいずれもがY方向に延びる場合が例示される。しかし計測流路151と参照流路152とが互いに異なる方向に延びてもよい。
図3(a)は流路デバイス100の仮想的な断面を示す。攪拌流路115は、攪拌孔123から攪拌流路115へ向かうにつれ、ほぼY方向に延びてからほぼ(-Y)方向に延び、更にほぼY方向に延びてから(-X)方向に延びて流路117と連通する。
図3(b)、図3(c)は流路デバイス100の仮想的な断面を示す。処理用デバイス1は、いずれも面1aにおいてZ方向に向かって突出する筒101,102,103,104を有する。筒101は導入孔121をZ軸周りで囲む。筒102は導入孔122をZ軸周りで囲む。筒103は攪拌孔123をZ軸周りで囲む。筒104は導入孔124をZ軸周りで囲む。
処理用デバイス1は、いずれも面1bにおいてZ方向とは反対の方向に向かって突出する筒131,132,133を有する。筒131は排出孔141をZ軸周りで囲む。筒132はZ軸周りで排出孔142を囲む。筒133はZ軸周りで排出孔143を囲む。
図4は接続デバイス2を示す平面図である。領域R3は面3bが接合される位置を示す。接続デバイス2は、貫通孔225,226,227,228,229を有する。貫通孔225,226,227,228,229のいずれもが、領域R3において面2aと面2bとの間で貫通する孔である。
図5(a)、図5(b)、図5(c)は流路デバイス100の仮想的な断面を示す。貫通孔225は排出孔125と連通する。貫通孔225は排出孔125、流路113をこの順に介して導入孔122と連通する。貫通孔226は導入孔126と連通する。貫通孔226は導入孔126、流路114をこの順に介して排出孔142と連通する。貫通孔227は排出孔127と連通する。貫通孔227は排出孔127、流路111をこの順に介して導入孔121と連通する。貫通孔228は導入孔128と連通する。貫通孔228は導入孔128、流路112をこの順に介して排出孔141と連通する。貫通孔229は導入孔129と連通する。貫通孔229は導入孔129を介して計測流路151と連通する。
図6は分離デバイス3を示す平面図である。分離デバイス3の厚さ(Z方向に沿った長さ)は、例えば1mmから5mm程度である。面3a,3bの幅(X方向に沿った長さ)は、例えば10mmから50mm程度である。面3a,3bの高さ(Y方向に沿った長さ)は、例えば10mmから30mm程度である。
分離デバイス3は、導入孔325,327、排出孔326,328,329、分離流路30、流路35,37,38,39を有する。導入孔325,327、排出孔326,328,329のいずれもが、面3aには開口せずに面3bに開口する孔である。分離流路30、流路35,37,38,39のいずれもが、面3aには開口せずに面3bに開口する溝である。
導入孔325,327、排出孔326,328,329、分離流路30、流路35,37,38,39が位置する場所以外において面3bが面2aに接触する。面3bと面2aとが接触する位置では面3bと面2aとの間へは流体は移動しない。分離流路30、流路35,37,38,39のいずれもが、面2aと協働して流体の移動に供せられる。
分離流路30は主流路34、出力口303を有する。主流路34は入力口341、出力口342を有する。主流路34は入力口341から出力口342に向かって(-Y)方向に延びる。
図7は分離デバイス3の一部を示す。但し図示の便宜上、分離流路30、流路35,37は実線で描かれる。分離流路30は複数の分岐流路301を有する。分岐流路301の各々は、Y方向の互いに異なる位置において主流路34から分岐する。分岐流路301の各々はX方向に沿って延びる。分岐流路301のいずれもが、主流路34とは反対側において出力口303と連通する。
導入孔325は貫通孔225と連通する。導入孔325は、貫通孔225、排出孔125、流路113をこの順に介して導入孔122と連通する。導入孔327は貫通孔227と連通する。導入孔327は、貫通孔227、排出孔127、流路111をこの順に介して導入孔121と連通する。排出孔326は貫通孔226と連通する。排出孔326は、貫通孔226、導入孔126、流路114をこの順に介して排出孔142と連通する。排出孔328は貫通孔228と連通する。排出孔328は貫通孔228、導入孔128、流路112をこの順に介して排出孔141と連通する。排出孔329は貫通孔229と連通する。排出孔329は貫通孔229、導入孔129を介して計測流路151と連通する。
流路35は導入孔325と入力口341とを連結する。流路35は入力口341において主流路34と連通する。流路35は入力口341に対して(-Y)方向に向かって連結される。流路35は入力口341の近傍においてY方向に延びる。
流路37は、入力口341の近傍においてY方向に延びる部分における流路35に対し、X方向に向かって連結される。導入孔327は流路37を介して主流路34と連通する。
流路36は排出孔326と出力口303とを連結する。流路36はX方向に延びる。
流路38は排出孔328と出力口342とを連結する。流路38は出力口342に対してY方向に向かって連結される。流路38は出力口342から排出孔328に向かうに連れて、(-Y)方向、(-X)方向、(-Y)方向、X方向の順に延びる。
流路39は、出力口342の近傍においてY方向に延びる部分における流路38に対し、(-X)方向に向かって連結される。排出孔329は流路39を介して出力口342と連通する。流路39は流路38から排出孔329に向かうに連れて、X方向、(-Y)方向、(-X)方向の順に延びる。
<2.機能例>
流路デバイス100の機能は大まかには下記のように説明される。
分離デバイス3には、複数種の粒子P100,P200(図7参照)を含む流体(以下「被処理流体」とも称される)が導入される。分離デバイス3は、特定の種の粒子である分離対象粒子P100を他の種の粒子(以下「他種粒子」とも称される)P200と分離して排出する。複数種の粒子は3種以上あってもよい。以下では分離対象粒子P100、他種粒子P200のそれぞれが1種の粒子である場合が例示される。
処理用デバイス1は、分離対象粒子P100に対する処理に用いられる。当該処理の例は分離対象粒子P100の計数(個数の検出)である。当該処理の観点から、分離対象粒子P100それ自体、および分離対象粒子P100を含む流体のいずれもが、以下では「検体」とも称される。
接続デバイス2は分離デバイス3から排出された分離対象粒子P100(より具体的には検体)を処理用デバイス1へ案内する。
流路デバイス100には導入孔121から押付用流体が導入される。流路デバイス100には導入孔122から被処理流体が導入される。流路デバイス100には攪拌孔123を介して攪拌用流体が流入する。流路デバイス100からは攪拌孔123を介して攪拌用流体が流出する。流路デバイス100には導入孔124から分散用流体が導入される。押付用流体、攪拌用流体、分散用流体はいずれも流体であって、その具体例および機能は後述される。
導入孔121から流路デバイス100へ押付用流体が導入される際に、押付用流体を流す管を流路デバイス100の外部から流路デバイス100へ接続できる。筒101を当該管の接続に用いることができる。
導入孔122から流路デバイス100へ被処理流体が導入される際に、被処理流体を流す管を流路デバイス100の外部から流路デバイス100へ接続できる。筒102を当該管の接続に用いることができる。
攪拌孔123を介して流路デバイス100に対して攪拌用流体を流入出させる管が、流路デバイス100の外部から流路デバイス100へ接続され得る。筒103を当該管の接続に用いることができる。
導入孔124から流路デバイス100へ分散用流体が導入される際に、分散用流体を流す管が、流路デバイス100の外部から流路デバイス100へ接続され得る。筒104を当該管の接続に用いることができる。
導入孔122から流路デバイス100へ導入された被処理流体は、流路113、排出孔125、貫通孔225、導入孔325、流路35、入力口341をこの順に経由して主流路34に流入する。
導入孔121から流路デバイス100へ導入された押付用流体は、流路111、排出孔127、貫通孔227、導入孔327、流路37をこの順に経由して主流路34に流入する。
図7において2点鎖線で描かれた矢印Fp1は、押付用流体が向かう方向を示す。当該方向はX方向に向かう。図7において矢印Fp1よりも太い2点鎖線で描かれる矢印Fm1は、主流路34を流れる被処理流体の主な流れ(主流ともいう)が向かう方向を示す。当該方向は-Y方向に向かう。
図7においては分離対象粒子P100の径が他種粒子P200の径よりも大きい場合において、両者が互いに分離される様子が模式的に示される。具体的には分岐流路301の幅(ここではY方向に沿った分岐流路301の長さ)が他種粒子P200の径よりも大きく、分離対象粒子P100の径よりも小さく設定された場合が例示される。
少なくとも主流路34の幅および流路35の幅のいずれもが、分離対象粒子P100の径および他種粒子P200の径のいずれよりも大きい。ここでは主流路34の幅はX方向に沿った主流路34の長さである。ここでは流路35の幅は、主流路34の近傍においてはX方向に沿った流路35の長さである。ここでは流路35の幅は、流路35が-X方向に沿って延びる位置においてはY方向に沿った流路35の長さである。
他種粒子P200は主流路34を(-Y)方向へ移動しつつ、その殆どが分岐流路301へ導入される。他種粒子P200の殆どは分岐流路301を経由し、更に出力口303、流路36、排出孔326、貫通孔226、導入孔126、流路114を経由して排出孔142から排出される。
主流路34に接続された分岐流路301の断面積と長さとを調整することによって、他種粒子P200は主流路34から分岐流路301へ導入されて分離対象粒子P100と分離される。本実施の形態は排出される他種粒子P200に対する処理を特定しない。
分離対象粒子P100は分岐流路301へ殆ど導入されずに主流路34を-Y方向へ移動する。分離対象粒子P100の殆どは主流路34を経由し、更に出力口342、流路39、排出孔329、貫通孔229、導入孔129を経由して計測流路151へ導入される。
流路38は、流路39へ流れる分離対象粒子P100から分離対象粒子P100以外の、被処理流体の組成物を排出する。当該組成物の例は後述される。流路39の幅は分離対象粒子P100よりも大きく、主流路34において他種粒子P200が分岐流路301へ導入されたのと同様の作用によって、出力口342から流出した分離対象粒子P100は流路38ではなく流路39へ流入する。
当該組成物は流路38に流入し、更に排出孔328、貫通孔228、導入孔128、流路112を経由し、排出孔141から排出される。本実施の形態は排出される当該組成物に対する処理を特定しない。
本実施の形態において、被処理流体を分岐流路301へと導入する流れ(以下「導入流」と称される)が利用される。導入流は、主流路34および分岐流路301による分離対象粒子P100と他種粒子P200との分離に寄与し得る。導入流は、図7において、砂地のハッチングが付された領域Ar1によって示される。なお、この領域Ar1によって示される導入流の様子は、図7においてはあくまで例示であって、導入される被処理流体(主流)および押付用流体の流速および流量の関係によって変化し得る。従って、領域Ar1は、分離対象粒子P100と他種粒子P200とが効率よく分離されるように適宜調整される。
押付用流体は、分岐流路301とは反対側からX方向に、被処理流体を分岐流路301へ押し付ける。押付用流体は導入流の発生に寄与し得る。
図7においては、主流路34における導入流の幅(ここではX方向に沿った導入流の長さ)が、主流路34から分岐流路301へ分岐する領域の付近において幅W1として示される。幅W1は例えば、主流路34および分岐流路301のそれぞれの断面積および長さを調整することによって、並びに被処理流体および押付用流体の流量を調整することによって設定され得る。
図7において幅W1は、導入流の領域Ar1に分離対象粒子P100の重心位置が含まれ得ず、他種粒子P200の重心位置が含まれ得るような幅で例示される。
被処理流体の例は血液である。この場合、分離対象粒子P100の例は白血球である。他種粒子P200の例は赤血球である。分離対象粒子P100に対する処理の例は白血球の個数の計測である。流路38を流れて排出孔328を経て分離デバイス3から排出される組成物の例は血漿である。この場合には、押付用流体として例えばリン酸緩衝生理食塩水(Phosphate-buffered saline:以下「PBS」)が採用される。
赤血球の重心位置は、例えば、赤血球の外縁部から2マイクロメートル(μm)から2.5μm程度の位置である。赤血球の最大径は、例えば、6μmから8μm程度である。白血球の重心位置は、例えば、白血球の外縁部から5μmから10μm程度の位置である。白血球の最大径は、例えば、10μmから30μm程度である。血液中の赤血球と白血球とを分離する観点から、導入流の幅W1には、2μmから15μm程度の値が採用される。
主流路34のXZ平面に沿った仮想的な断面の断面積は、例えば、300平方マイクロメートル(μm)から1000μm程度である。主流路34のY方向に沿った長さは、例えば、0.5mmから20mm程度である。分岐流路301のYZ平面に沿った仮想的な断面の断面積は、例えば、100μmから500μm程度である。分岐流路301のX方向に沿った長さは、例えば、3mmから25mm程度である。主流路34における流速は、例えば0.2メートル毎秒(m/s)から5m/s程度である。また、主流路34における流量は、例えば0.1マイクロリットル毎秒(μl/s)から5μl/s程度である。
分離デバイス3の素材(分離デバイス3を形成する材料)の例はポリジメチルシロキサン(polydimethylsiloxane:以下「PDMS」)である。PDMSは、鋳型を用いた樹脂成型を行う際における優れた転写性を有する。転写性は樹脂成型品において鋳型の微細なパターンに応じた微細な凹凸を形成する性質である。PDMSを用いて分離デバイス3を樹脂成型で作製することは、流路デバイス100の製造を容易にする。接続デバイス2の素材(接続デバイス2を形成する材料)の例はシリコーン(silicone)樹脂である。
導入孔124から流路デバイス100へ導入された分散用流体は、流路118、参照流路152、流路116,117をこの順に経由して計測流路151に流入する。
分散用流体は、計測流路151において、導入孔129から導入された分離対象粒子P100を分散させる。ここにいう「分散」とは分離対象粒子P100同士が付着して凝集することの対義である。分離対象粒子P100の分散は、この実施の形態において計数として例示される所定の処理が、簡易に、あるいは正確に、あるいは簡易かつ正確に行われることに寄与し得る。被処理流体が血液である場合の分散用流体の例はPBSである。
攪拌孔123から流路デバイス100へ導入された攪拌用流体は、攪拌流路115に流入する。攪拌用流体は外部からの操作によって攪拌流路115の内部で往復する。例えば攪拌用流体は空気であって、攪拌孔123における空気圧が制御されることによって攪拌流路115を往復する。例えば攪拌用流体はPBSであって、攪拌孔123におけるPBSの流入出によって攪拌流路115を往復する。
攪拌用流体が攪拌流路115の内部で往復することは、分散用流体と検体との攪拌を行うことに寄与し得る。分散用流体と検体との攪拌は、分散用流体を用いた分離対象粒子P100の分散に寄与し得る。
検体および分散用流体が、あるいはこれらに加えて攪拌用流体もが、計測流路151の内部を流路119に向かって進む。計測流路151は分離対象粒子P100に対する所定の処理に用いられる。
分離対象粒子P100に対して所定の処理が行われた後、検体および分散用流体が、あるいはこれらに加えて攪拌用流体もが、流路119を経由して排出孔143から排出される。本実施の形態は排出される分離対象粒子P100に対する処理を特定しない。
処理用デバイス1の素材(処理用デバイス1を形成する材料)の例はシクロオレフィンポリマー(cycloolefin polymer:以下「COP」)である。COPを用いることによって、可撓性が低いデバイスが製造され得るからである。
分離流路30、流路35,37,38,39のいずれもが、面2aと協働して流体の移動に供せられることに鑑みて、接続デバイス2および分離デバイス3は撓みにくい。PDMSを素材とした場合の分離デバイス3、シリコーン樹脂を素材とした場合の接続デバイス2は、いずれも可撓性に富む。処理用デバイス1の素材にCOPを採用することは、分離デバイス3の機能を損なわせにくくする技術に寄与し得る。
分離対象粒子P100に対する所定の処理として分離対象粒子P100の計数が例示されて説明される。図8において分離対象粒子P100の個数を計測する処理は「粒子数の計測」と略記して示される。
ステップS1では、流路デバイス100へ被処理流体を導入する前の処理として、流体が導入孔121から導入される。かかる流体(以下「前処理流体」と称される)の導入は、流路デバイス100の洗浄、分離デバイス3における被処理流体や検体の円滑な移動に寄与し得る。ステップS1が省略されてもよい。
かかる導入において前処理流体は導入孔327から導入される。例えば前処理流体は押付用流体と兼用され、導入孔121から流路111、排出孔127、貫通孔227、導入孔327をこの順に経由して流路37に至る。
前処理流体は流路37から流路35を経由して少なくとも導入孔325に至り、あるいは更に貫通孔225、排出孔125、流路113をこの順に経由して、導入孔122から排出される。前処理流体の流路35および導入孔325における流れ、あるいは更に貫通孔225、排出孔125、流路113、導入孔122における流れは、被処理流体の流れとは逆方向である。
前処理流体は流路37から主流路34、流路38を経由して少なくとも排出孔328に至り、あるいは更に貫通孔228、導入孔128、流路112をこの順に経由して、排出孔141から排出される。
前処理流体は流路37から主流路34、分岐流路301、流路36をこの順に経由して少なくとも排出孔326に至り、あるいは更に貫通孔226、導入孔126、流路114をこの順に経由して排出孔142から排出される。
前処理流体は流路37から主流路34、流路39を経由して少なくとも排出孔329に至り、あるいは更に貫通孔229、導入孔129を経由して計測流路151に至る。計測流路151に至った前処理流体は、更に流路119を経由して排出孔143から排出することができる。
ステップS1が実行された後、分散用流体を導入孔124から流路118、参照流路152、流路116をこの順に経由して導入孔129の手前まで導入する(ステップS2)。ここで「手前」とは計測流路151のうち導入孔129よりも流路117側であって、流路117のうち攪拌流路115よりも計測流路151側の部位を意味する。
分散用流体が導入孔129の手前まで導入されてステップS2の処理は終了する。後に再び分散用流体が導入されるので、ステップS2の処理が「第1回導入」と仮称される。
図9以降の説明では、図の煩雑の回避のため、面1aによって隠れる形状であっても、面1bよりもZ方向側にある形状が実線で示される。図9以降の図を用いた説明においては、「検体」は分離対象粒子P100を含む流体を指す。
図9では、分散用流体は導入孔124、流路118、参照流路152、流路116を充填し、流路117が計測流路151と接続される位置まで流路117を充填する場合が例示される。ステップS2の実行により、攪拌流路115にも流路117を経由した分散用流体が流れ込む。図9においては当該分散用流体が存在する領域は、右上がりの斜線を用いたハッチングによって示される。
ステップS2が実行されるよりも前に前処理流体が導入孔129および計測流路151に残置していた場合、計測流路151にあった前処理流体は、ステップS2の処理によって分散用流体に押されて、流路119を経由して排出孔143から排出される。以下では前処理流体が存在する領域は図示が省略される。
ステップS2の処理が終了した後、被処理流体を導入孔122から導入し、押付用流体を導入孔121から導入する(ステップS3)。
ステップS3の処理の実行により、図7に示されたように検体が得られ、流路39、排出孔329、貫通孔229、導入孔129をこの順に経由して検体が計測流路151に至る。
図8においてステップS4では、導入孔129から計測流路151へ検体を導入する処理が示されている。但し、この処理はステップS3の処理が実行されることによって付随的に行われ得る。ステップS4のこのような付随性は、ステップS4のブロックが破線で描かれていることで示される。導入孔129からの検体の導入が終了してステップS4が終了する。
ステップS4の処理によって当該流体が計測流路151へ導入される。図10においては当該分散用流体が存在する領域と、検体とが区別されずに、右上がりの斜線を用いたハッチングによって示される。以下の図においても特に断りが無い限り、同様にしてハッチングが採用される。図10の例示において説明すると、計測流路151における流体の殆どはステップS4において導入された検体である。
ステップS4の処理が終了した直後では、分離対象粒子P100(図9以降の図において図示省略)の、計測流路151における広がりは小さい。分離対象粒子P100は、導入孔129と連通する位置における計測流路151あるいは更に導入孔129において凝集する。
ステップS4の処理が終了した後、ステップS5において分散用流体が追加して導入される。当該導入は「第2回導入」と仮称される。導入孔124から流路118、参照流路152、流路116をこの順に経由して、分散用流体が流路117へ導入される。第1回導入で導入された分散用流体は、第2回導入で導入された分散用流体によって計測流路151へ押し出される。分散用流体の導入が終了してステップS5が終了する。
第2回導入により、図10に示される状態よりも図11に示される状態の方が、計測流路151において検体と分散用流体とが占める領域は広い。
ステップS5の処理が終了した直後では、ステップS4の処理が終了した直後と比較して、分離対象粒子P100が計測流路151において広がる。しかし分離対象粒子P100は、導入孔129と連通する位置における計測流路151あるいは更に導入孔129において凝集する。
ステップS5の処理が終了した後、ステップS6,S7が繰り返し実行される。例えばステップS6,S7の処理が対となって5回から10回実行される。
ステップS6の処理は、攪拌流路115において攪拌用流体を攪拌孔123に向けて移動させる。例えば攪拌用流体に空気が採用される場合には、攪拌孔123における空気圧が制御されることによって攪拌流路115が排気される。かかる空気圧の制御は周知のポンプを採用して実現され得る。
攪拌流路115が排気されると、計測流路151に存在していた検体および分散用流体は攪拌流路115へと引き込まれる。かかる観点からステップS6の処理は「引き込み」と仮称される。
但しステップS6の処理は、図12に示されるように、検体および分散用流体のいずれもが攪拌孔123までは引き込まれない状態で終了する。ステップS6の実行により、検体および分散用流体のいずれもが、ほぼ計測流路151から攪拌流路115へ引き込まれる。このような引き込みにより、分離対象粒子P100は領域R1へと移動する。領域R1は、検体あるいは分散用流体が存在する領域のうち、比較的に攪拌孔123の近くに位置する。
ステップS7の処理は、攪拌流路115において攪拌用流体を流路119に向けて移動させる。あるいはステップS7の処理は、攪拌流路115において攪拌用流体を計測流路151に向けて移動させる。
攪拌用流体が攪拌流路115において流路119に向けて移動すると、攪拌流路115に存在していた検体および分散用流体の大部分は、流路117を経由して計測流路151へと押し出される。かかる観点からステップS7の処理は「押し出し」と仮称される。検体および分散用流体の大部分は計測流路151の内部を流路119に向かって進む。計測流路151は分離対象粒子P100に対する所定の処理に用いられる(後述するステップS9)。
但しステップS7の処理は、図13に示されるように、検体および分散用流体のいずれもが流路119までは押し出されない状態で終了する。ステップS7の実行により、検体および分散用流体のいずれもが、ほぼ攪拌流路115から計測流路151へ押し出される。
ステップS7の処理が終了した後、ステップS8によってステップS6,S7が所定回数で繰り返されたか否かが判断される。当該判断の結果が否定的であれば(図8における"NO"の経路)ステップS6,S7の処理が再び行われる。
ステップS6,S7が繰り返し実行されることで、攪拌用流体が攪拌流路115の内部を往復して移動する。かかる移動は、分散用流体と検体との攪拌を行うことに寄与する。かかる攪拌は、分散用流体を用いた分離対象粒子P100の分散に寄与し得る。分離対象粒子P100の分散は、これに対する所定の処理を正確に、あるいは簡易に行うことに寄与し得る。
ステップS8における判断の結果が肯定的であれば(図8における"YES"の経路)、ステップS9の処理が実行される。ステップS9は上述の所定の処理に相当する。ここでは分離対象粒子P100に対する光学的測定が、所定の処理として例示される。例えば光学的測定は計測流路151および参照流路152のいずれをも用いて実行される。
例えば周知の光学的な測定方法により、計測流路151における分離対象粒子P100の個数が計測される。分離対象粒子P100の計数に鑑みて、処理用デバイス1は、少なくとも計測流路151が透光性を有してもよい。
例えば光が面1bから面1aへ向けて入射され、計測流路151において処理用デバイス1を透過した光を測定して分離対象粒子P100の個数が計測される。処理用デバイス1の素材にCOPを用いることは、処理用デバイス1の透光性を得る技術に寄与し得る。図1、図3(a)、図3(b)、図3(c)、図5(a)、図5(b)、図5(c)における処理用デバイス1のハッチングは透光性を示す。
例えば参照流路152においても同様の光学的な測定が行われる。当該測定の結果が、計測流路151における計数の参照値として採用されてもよい。かかる参照値の採用は計数の誤差の低減に寄与し得るからである。
<3.引き込みにおける改善>
図14は、図13と同様に、ステップS7の処理が終了した直後の状況を示す。但し、図14および図20においては、領域S,Tが互いに異なるハッチングを用いて示される。領域Sにおける流体は、領域Tにおける流体よりも分離対象粒子P100を多く含む。図14においては流路117が計測流路151と接続される位置71が示される。位置71は導入孔129から離れる場合が例示される。
ステップS6の処理が実行される際、攪拌流路115へ引き込まれる流体の多くは、ステップS5の処理が実行された直後に計測流路151に存在した流体である。ステップS7の処理が実行されることにより、攪拌流路115へ引き込まれていた流体の大部分が、流路117を経由して計測流路151へ押し出される。
しかし攪拌流路115へ引き込まれていた流体の一部は流路117を経由して流路116にも押し出される。領域Sは攪拌流路115と流路117との境界57を超えて攪拌流路115に存在するのみならず、流路116と流路117との境界67を超えて流路116にも存在する。これは流路117に対して攪拌流路115が垂直に接続されていることに由来する。攪拌流路115から流路117へ移動する流体は境界57においてY方向にも(-Y)方向にも同様に分岐するからである。
図14に示された状況が得られるので、ステップS7において攪拌流路115における流体をより多く流路117へ向けて押し出しても、境界67およびその近傍における流体は計測流路151へと移動しにくい。境界67およびその近傍において領域Sが存在し、分離対象粒子P100が領域Sにおいて多く含まれることに鑑みれば、境界67およびその近傍における分離対象粒子P100は、計測流路151における所定の処理に寄与する程度が小さい。かかる事態は、所定の処理の精度を悪化させる可能性、例えば分離対象粒子P100の個数が低めに検出される可能性を高める。
図15から図20(a)を用いて説明される処理用デバイス1は、図14以前で説明された処理用デバイス1における攪拌流路115を攪拌流路115Aに置換した構成を有する。攪拌流路115Aは、面1a,1bのいずれにも開口しない溝である。攪拌流路115は流路117に接続されるのに対し、攪拌流路115Aは流路116に接続される。
攪拌流路115Aが攪拌流路115と相違する点は、実質的には、流路116,117に対する接続関係や位置関係のみである。よって攪拌流路115Aを有する処理用デバイス1も、接続デバイス2および分離デバイス3と共に流路デバイス100に備えることができる。
図15は図9と同様にステップS2の処理が終了した状況を示す。図16は図10と同様にステップS4の処理が終了した状況を示す。図17は図11と同様にステップS5の処理が終了した状況を示す。図18は図12と同様にステップS6の処理が終了した状況を示す。図19は図13と同様にステップS7の処理が終了した状況を示す。
図20(a)において、平面視上(ここでは(-Z)方向に沿って見て)、攪拌流路115が流路116と接続される位置56、流路116と流路117との境界67が示される。
平面視上(ここでは(-Z)方向に沿って見て)、導入孔129の側で流路116と攪拌流路115Aとが成す劣角θ1(第1劣角ともいう)と、導入孔129とは反対側で流路116と攪拌流路115Aとが成す劣角θ2(第2劣角ともいう)とが示される。劣角θ1は劣角θ2よりも大きい。図14に示されたように攪拌流路115が用いられた場合は、θ1=θ2である場合に相当する。
劣角θ1が劣角θ2よりも大きいことにより、攪拌流路115Aから流路116へ押し出される検体は流路117を経由して計測流路151へ向かいやすい。流体は、その流路の屈曲が小さいほど、当該流路を容易に移動するからである。図20(a)において示されるように、領域Sは位置56よりも参照流路152側へ(範囲G2においてはX方向へ)は流れにくい。
領域Sが位置56よりも参照流路152側へ流れにくいことは、ステップS6,S7の処理が繰り返し実行されても、分離対象粒子P100が計測流路151に多く移動することに寄与し得る。攪拌流路115Aは攪拌流路115よりも、分離対象粒子P100に対する所定の処理の精度の向上に寄与する観点で有利である。
上記の説明では、流路116と流路117とが境界67を介して接続されている場合が例示された。流路116、117が角部Kを構成する場合が例示された。角部Kの存否は、攪拌流路115Aの攪拌流路115に対する有利性を損なうものではない。
角部Kは、計測流路151、参照流路152がX方向に沿って並んで配置されることに寄与し得る。計測流路151、参照流路152がX方向に沿って並んで配置されることは、計測流路151と参照流路152とを用いて同じ光学的測定が行われる際に、当該光学的測定を行う測定装置の移動を単純化することに寄与し得る。
流路116,117は上述の様にいずれも溝であって、一体として把握されてもよい。計測流路151も攪拌流路115Aも溝である。よって流路116,117、計測流路151、攪拌流路115Aは下記のように表現され得る:
計測流路151は、面1a,1bのいずれにも開口せず、第1孔である導入孔129と接続されて導入孔129と連通する第1溝であり;
流路116,117は纏まって、面1a,1bのいずれにも開口せず、(第1溝である)計測流路151と接続されて第1溝(計測流路151)と連通する第2溝であり;
攪拌流路115Aは、面1a,1bのいずれにも開口せず、(第1溝である)計測流路151と離れた(第2溝である)流路116,117の纏まりの途中の位置56で第2溝に接続されて第2溝(流路116,117の纏まり)と連通する第3溝であり;
第1溝(計測流路151)は第1孔(129)に関して第2溝(流路116,117の纏まり)とは反対側(ここでは(-Y)方向側)にも延び;
平面視上、第1孔の側で第2溝と第3溝とが成す劣角θ1(第1劣角ともいう)は、第1孔とは反対側で第2溝と第3溝とが成す劣角θ2(第2劣角ともいう)よりも大きい。
図20(a)の例示では、第2溝が参照流路152から進むにつれてY方向に延びてから(-X)に延び、角部Kにおいて(-Y)方向へと曲がり、位置71において計測流路151に接続される。
図20(a)の例示では、流路116が直線状に延びる位置56において攪拌流路115Aが第2溝と接続される。この場合には劣角θ1は鈍角である。
図14と図20(a)とが比較されて説明される。流路117は計測流路151と同様にY方向に平行に延びて設けられる。攪拌流路115はX方向に平行に延びて流路117に接続される。攪拌流路115Aは、X方向に平行に延びて設けられる流路116に接続される。このような接続関係の相違により、攪拌流路115Aは攪拌流路115よりも流路117の短縮化に寄与する。具体的には境界67と位置71との間の距離Dは、攪拌流路115Aが採用される場合の方が、攪拌流路115が採用される場合よりも短い。
<4.変形>
図20(b)は処理用デバイス1における攪拌流路115Aを攪拌流路115Bに置換した構成を示す。但し流体の図示は省略された。攪拌流路115Bは、面1a,1bのいずれにも開口しない溝である。攪拌流路115Bは上述の第3溝であるということもできる。
攪拌流路115Bも流路116に対して位置56で接続される。境界67のX方向側の端は位置56における攪拌流路115Bの(-X)方向側の端と一致する。このような場合でも流路116,117を纏めて第2溝として把握することにより、劣角θ1が得られる。ここでは劣角θ1は流路117と攪拌流路115Bとが成す劣角である。このような変形においても、劣角θ1が劣角θ2よりも大きければ、分離対象粒子P100に対する所定の処理の精度が向上し易い。
処理用デバイス1の素材にアクリル樹脂(例えばポリメタクリル酸メチル樹脂(polymethyl methacrylate))が採用されてもよいし、ポリカーボネート(polycarbonate)が採用されてもよいし、COPが採用されてもよい。
処理用デバイス1は複数の部材、例えば板状の部材の積層によって作製されてもよい。例えば第1の部材と第2の部材との積層によって処理用デバイス1が作製されてもよい。この場合、第1の部材が攪拌流路115、流路111,112,113,114,116,117,118,119、計測流路151、参照流路152のそれぞれに対応する凹部が設けられた接合用の面を有し、第2の部材が平坦な面を有してもよい。凹部以外における接合用の面と第2の部材の面とが接合されてもよい。
当該凹部の周囲において、第1の部材の接合用の面に凹凸が設けられ、当該凹凸と嵌まり合う凹凸が第2の部材の面に設けられてもよい。
上記の実施の形態および各種の変形例をそれぞれ構成する全部または一部が、適宜、矛盾しない範囲において組み合わせられ得る。
1 処理用デバイス
2 接続デバイス
1a,1b,2a,2b,3b 面
3 分離デバイス
39 流路
100 流路デバイス
115A,115B 攪拌流路
116,117 流路
151 計測流路
129 導入孔
229 貫通孔
329 排出孔
θ1,θ2 劣角

Claims (5)

  1. 第1方向に向いて開口する第1孔が空いた第1面と、
    前記第1面と前記第1方向において対向する第2面と、
    前記第1面および前記第2面のいずれにも開口せず、前記第1孔と接続されて前記第1孔と連通する第1溝と、
    前記第1面および前記第2面のいずれにも開口せず、前記第1溝と接続されて前記第1溝と連通する第2溝と、
    前記第1面および前記第2面のいずれにも開口せず、前記第1溝と離れた前記第2溝の途中の位置で前記第2溝に接続されて前記第2溝と連通する第3溝と
    を有する第1デバイス
    を備え、
    前記第1溝は前記第1孔に関して前記第2溝とは反対側にも延び、
    前記第1方向に平行な方向に沿って見て、前記第1孔の側で前記第2溝と前記第3溝とが成す第1劣角は、前記第1孔とは反対側で前記第2溝と前記第3溝とが成す第2劣角よりも大きい、流路デバイス。
  2. 請求項1に記載の流路デバイスであって、
    前記第2溝が直線状に延びる位置において前記第3溝は前記第2溝と接続され、
    前記第1劣角は鈍角である、流路デバイス。
  3. 請求項1または請求項2に記載の流路デバイスであって、少なくとも前記第1溝において透光性を有する、流路デバイス。
  4. 請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の流路デバイスであって、
    第3面と、前記第3面に対向して位置して前記第1デバイスに接触する第4面と、前記第3面と前記第4面との間で貫通して前記第1溝と連通する第2孔とを有する第2デバイス
    を更に備える、流路デバイス。
  5. 請求項4に記載の流路デバイスであって、
    前記第3面に接触する第5面と、前記第5面において開口し前記第2孔と連通する第3孔と、前記第3孔と連通して前記第5面において開口する流路とを有する第3デバイスと
    を更に備える、流路デバイス。
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