JP7010942B2 - マイクロ流路デバイス - Google Patents
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Description
本開示は、マイクロ流路デバイスに関する。
複数の流路部材によって画成されたマイクロ流路と呼ばれるマイクロメートルオーダーの幅の流路を有するデバイス（以下、「マイクロ流路デバイス」と呼ぶ。）が知られている。例えば特許第５７００４６０号公報、特許第５７７１９６２号公報には、マイクロ流路内で細胞を培養する細胞培養デバイス、又はマイクロ流路チップとしてマイクロ流路デバイスを用いた構成が開示されている。また、特許第５４１５５３８号公報には、マイクロ流路（マイクロチャネル）を有する臓器模倣装置としてマイクロ流路デバイスを用いた構成が開示されている。
特許第５７００４６０号公報に開示されている細胞培養デバイスでは、マイクロ流路としての培養室を画成する流路部材としての一対の基盤同士は、吸着（自己吸着）により互いに接合されている。また、特許第５７７１９６２号公報に開示されているマイクロ流路チップでは、マイクロ流路としての流路を画成する流路部材としての３つの基材は、陽極接合や圧着等の方法により互いに接合されている。
さらに、特許第５４１５５３８号公報に開示されている臓器模倣装置では、マイクロ流路としてのマイクロチャネルを画成する流路部材としての一対の外体部分同士は、付着剤やエポキシ樹脂等の接着剤によって互いに接着されている。
しかしながら、接着剤によって接着することで流路部材同士を接合する場合、接着剤成分がマイクロ流路内に流れ込み、マイクロ流路内の溶液や細胞等に影響を与える可能性があった。また、圧着や吸着によって流路部材同士を接合する場合、流路部材同士の接合強度が低く、必要とされる接合強度を保てない可能性があった。
本開示は、上記事実を考慮して、流路部材の接合強度の低下を抑制するとともに、接着剤成分がマイクロ流路内に流れ込むことを防ぐことができるマイクロ流路デバイスを提供する。
本開示の第１の態様は、マイクロ流路デバイスであって、厚さ方向に積層されてマイクロ流路を画成する複数の流路部材で構成されるとともに、少なくとも１つの流路部材が弾性を有する材料から成る流路ユニットと、流路ユニットと別体又は一体に設けられ、流路ユニットを厚さ方向に圧縮した状態で保持する保持部材と、を有する。
本開示の第１の態様によれば、流路ユニットを保持部材で保持することで、流路ユニットを構成する流路部材同士を接合している。このため、第１の態様のマイクロ流路デバイスは、流路ユニットを構成する複数の流路部材をそれぞれ接着剤で接着する構成と比較して、接着剤成分がマイクロ流路内に流れ込むことを防ぐことができる。
また、流路ユニットを構成する流路部材のうち少なくとも１つの流路部材が弾性を有する材料から成り、流路ユニットが保持部材によって厚さ方向に圧縮された状態で保持されている。このため、第１の態様のマイクロ流路デバイスは、吸着や圧着によって流路部材同士を接合する構成と比較して、流路部材同士の接合強度を高めることができる。
本開示の第２の態様は、第１の態様において、保持部材は、流路ユニットの厚さ方向における両端に設けられ、かつ厚さ方向に貫通する複数のボルト孔がそれぞれ形成された一対の保持プレートであり、ボルト孔にそれぞれ挿通されたボルトによって一対の保持プレートが互いに接合されていてもよい。
本開示の第２の態様によれば、保持部材が、流路ユニットの厚さ方向における両端に設けられた一対の保持プレートから成るため、一対の保持プレートによって流路部材を挟み込んで保持することができる。また、一対の保持プレートに複数のボルト孔が形成されており、ボルト孔に挿通された複数のボルトによって保持プレート同士が接合される。このため、第２の態様のマイクロ流路デバイスは、容易に保持プレート同士を接合することができるとともに、接着剤で接着する構成と比較して、接着剤成分がマイクロ流路内に流れ込むことを防ぐことができる。
本開示の第３の態様は、第１の態様において、保持部材は、流路ユニットの厚さ方向における両端に設けられた一対の保持プレートであり、一方の保持プレートに形成された係止突起を他方の保持プレートに形成された被係止部に係止することにより、一対の保持プレートが互いに接合されていてもよい。
本開示の第３の態様によれば、一方の保持プレートに形成された係止突起を他方の保持プレートに形成された被係止部に係止することにより、保持プレート同士を接合することができる。このため、第３の態様のマイクロ流路デバイスは、保持プレート同士をボルトで接合する構成と比較して部品点数を減らすことができる。
本開示の第４の態様は、第１の態様において、保持部材は、流路ユニットの厚さ方向における両端に設けられた一対の保持プレートであり、一対の保持プレートは、溶着又は接着剤による接着により互いに接合されていてもよい。
本開示の第４の態様によれば、保持プレート同士を溶着又は接着により接合するため、部品点数を減らすことができる。また、第４の態様のマイクロ流路デバイスは、流路部材同士を接着剤で接着する構成と比較して、接着剤成分がマイクロ流路内に流れ込むことを抑制することができる。
本開示の第５の態様は、第２から第４の態様において、一対の保持プレートは、流路ユニットと別体に設けられており、流路ユニットの厚さ方向における両端面全体を覆う大きさとされていてもよい。
本開示の第５の態様によれば、保持プレートが流路ユニットと別体、かつ流路ユニットの厚さ方向における両端面を覆う大きさとされている。このため、第５の態様のマイクロ流路デバイスは、弾性を有する材料から成る流路部材全体をより均一に圧縮することができ、流路部材同士の接合強度をより高めることができる。
本開示の第６の態様は、第２から第５の態様において、一対の保持プレート間における流路ユニットの周囲には、一対の保持プレートの間隔を規定する少なくとも１つのスペーサが設けられていてもよい。
本開示の第６の態様によれば、保持プレート間にスペーサが設けられている。このため、第６の態様のマイクロ流路デバイスは、スペーサによって保持プレートの間隔を規定することができ、弾性を有する材料から成る流路部材全体をより均一に圧縮することができる。
本開示の第７の態様は、第１から第６の態様において、流路ユニットを構成する流路部材の間には、多孔膜が配置されており、保持部材に挟まれて圧縮される前の流路ユニットに対する圧縮後の流路ユニットの厚さ方向の変形量は、多孔膜の厚さより大きく、かつマイクロ流路の高さより小さくてもよい。
一般的に、流路部材の間に多孔膜が配置されている場合、流路部材同士の接合が特に困難となる。具体的には、流路部材同士を接着剤で接着する場合には、接着剤が多孔膜を介してマイクロ流路内に流れ込み易く、また、流路部材同士を吸着又は溶着によって接合する場合には、多孔膜が損傷する可能性がある。
ここで、本開示の第７の態様によれば、流路ユニットを保持部材によって圧縮保持するため、接着剤がマイクロ流路へ流れ出ることを防ぐことができるとともに、多孔膜の損傷を抑制することができる。また、第７の態様のマイクロ流路デバイスは、流路部材の厚さ方向の変形量が多孔膜の厚さより大きく、かつマイクロ流路の高さより小さいため、流路部材間における多孔膜の周囲に隙間が空くことを抑制しつつ、マイクロ流路が圧縮されて閉塞することを抑制できる。
本開示の第８の態様は、第１から第７の態様において、弾性を有する材料から成る流路部材は、ＪＩＳ Ｋ６２５３のタイプＡデュロメータによるゴム硬度が２０度以上８０度以下とされていてもよい。
本開示の第８の態様によれば、弾性を有する材料から成る流路部材は、ＪＩＳ Ｋ６２５３のタイプＡデュロメータによるゴム硬度が２０度以上８０度以下とされている。このため、第８の態様のマイクロ流路デバイスは、流路部材のゴム硬度が８０度より大きい場合と比較して、流路部材同士の接合強度を高めることができ、流路部材のゴム硬度が２０度より小さい場合と比較して、マイクロ流路が圧縮されて変形又は閉塞することを抑制することができる。
本開示の第９の態様は、第１～第８の態様において、流路ユニットの厚さ方向の変形量は、０．１μｍ以上５００μｍ以下である。
流路部材同士の接合強度及びマイクロ流路の形状変形等の観点から、流路ユニットの厚さ方向の変形量は、好適には０．１μｍ以上５００μｍ以下とされる。
本開示の第１０の態様は、第１～第９の態様において、保持部材は、ＪＩＳ Ｋ６２５３のタイプＡデュロメータによるゴム硬度が８０度以上の保持プレートである。
本開示の第１０の態様によれば、保持部材は、ＪＩＳ Ｋ６２５３のタイプＡデュロメータによるゴム硬度が８０度以上の保持プレートとされている。このため、第１０の態様のマイクロ流路デバイスは、保持プレートのゴム硬度が８０度より小さい場合と比較して、流路部材の厚さ方向への圧縮をより効果的に行うことができ、流路部材同士の接合強度を高めることができる。
上記態様によれば、本開示のマイクロ流路デバイスは、流路部材の接合強度の低下を抑制するとともに、接着剤成分がマイクロ流路内に流れ込むことを防ぐことができる。
以下、本開示の例示的実施形態の一例について図１～１０を用いて説明する。なお、以下の例示的実施形態は本開示を例示するものであり、本開示の範囲を制限するものではない。また、各構成の説明を容易とするため、図中の各構成の寸法を適宜変更している。このため、図中の縮尺は実際とは異なっている。
＜流路ユニット＞
図１、図２に示すように、本例示的実施形態のマイクロ流路デバイス１０は、厚さ方向に積層された上側流路部材１２と下側流路部材１４とで構成された流路ユニット１６を有している。上側流路部材１２及び下側流路部材１４は、一例としてＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）等の弾性を有する透明な材料で構成されていることが好ましい。
図１、図２に示すように、本例示的実施形態のマイクロ流路デバイス１０は、厚さ方向に積層された上側流路部材１２と下側流路部材１４とで構成された流路ユニット１６を有している。上側流路部材１２及び下側流路部材１４は、一例としてＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）等の弾性を有する透明な材料で構成されていることが好ましい。
なお、上側流路部材１２及び下側流路部材１４を構成する材料としては、ＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）の他、エポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂、スチレン系熱可塑性エラストマー、オレフィン系熱可塑性エラストマー、アクリル系熱可塑性エラストマー、ポリビニルアルコール等が挙げられる。
ここで、上側流路部材１２及び下側流路部材１４は、ゴム硬度が２０度以上８０度以下とされていることが好ましく、５０度以上７０度以下とされていることがさらに好ましい。「ゴム硬度」は、ＪＩＳ Ｋ６２５３：２０１２に規定される方法で、タイプＡのデュロメータによって上側流路部材１２及び下側流路部材１４の硬さを測定することによって評価することができる。
図２に示すように、上側流路部材１２の下面、すなわち下側流路部材１４との対向面１２Ａには、上側マイクロ流路１８を画成する凹部２０が形成されている。凹部２０は、流入口２０Ａ、流出口２０Ｂ、及び流入口２０Ａと流出口２０Ｂとを連通する流路部２０Ｃを有している。また、上側流路部材１２には、上側流路部材１２を厚さ方向に貫通し、下端が流入口２０Ａ及び流出口２０Ｂに連通する貫通孔２２Ａ、２２Ｂがそれぞれ形成されている。
同様に、下側流路部材１４の上面、すなわち上側流路部材１２との対向面１４Ａには、下側マイクロ流路２４を画成する凹部２６が形成されている。凹部２６は、流入口２６Ａ、流出口２６Ｂ、及び流入口２６Ａと流出口２６Ｂとを連通する流路部２６Ｃを有している。
ここで、下側流路部材１４の流入口２６Ａ及び流出口２６Ｂは、上側流路部材１２の流入口２０Ａ及び流出口２０Ｂと平面視で重ならない位置に設けられている。一方、下側流路部材１４の流路部２６Ｃは、上側流路部材１２の流路部２０Ｃと平面視で重なる位置に設けられている。
また、上側流路部材１２には、上側流路部材１２を厚さ方向に貫通し、下端が下側流路部材１４の流入口２６Ａ及び流出口２６Ｂに連通する貫通孔２８Ａ、２８Ｂがそれぞれ形成されている。さらに、流路ユニット１６（上側流路部材１２及び下側流路部材１４）の外周面には、後述するスペーサ４６が配置される位置に凹部２９がそれぞれ設けられている。
＜多孔膜＞
上側流路部材１２及び下側流路部材１４の対向面１２Ａ、１４Ａ間には、多孔膜３０が配置されている。多孔膜３０は、一例として疎水性の有機溶媒に溶解可能な疎水性ポリマーから成る。なお、疎水性の有機溶媒は、２５℃の水に対する溶解度が１０（ｇ／１００ｇ水）以下の液体である。
上側流路部材１２及び下側流路部材１４の対向面１２Ａ、１４Ａ間には、多孔膜３０が配置されている。多孔膜３０は、一例として疎水性の有機溶媒に溶解可能な疎水性ポリマーから成る。なお、疎水性の有機溶媒は、２５℃の水に対する溶解度が１０（ｇ／１００ｇ水）以下の液体である。
疎水性ポリマーとしては、ポリスチレン、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリアクリルアミド、ポリメタクリルアミド、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデン、ポリヘキサフルオロプロペン、ポリビニルエーテル、ポリビニルカルバゾール、ポリ酢酸ビニル、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエステル（例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレンサクシネート、ポリブチレンサクシネート、ポリ乳酸、ポリ－３－ヒドロキシブチレート等）、ポリラクトン(例えば、ポリカプロラクトン等)、ポリアミド又はポリイミド（例えば、ナイロン、ポリアミド酸等）、ポリウレタン、ポリウレア、ポリブタジエン、ポリカーボネート、ポリアロマティックス、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリシロキサン誘導体、セルロースアシレート（例えば、トリアセチルセルロース、セルロースアセテートプロピオネート、セルロースアセテートブチレート）などのポリマーが挙げられる。
これらのポリマーは、溶剤への溶解性、光学的物性、電気的物性、膜強度、弾性等の観点から、必要に応じてホモポリマー、コポリマー、ポリマーブレンド又はポリマーアロイとしてよい。また、これらのポリマーは、１種単独で又は２種以上を混合して使用してよい。なお、多孔膜３０の素材は疎水性ポリマーには限られず、細胞の接着性の観点等から種々の素材を選択することが可能である。
多孔膜３０の上面３０Ａ及び下面３０Ｂ（以下、上面３０Ａ及び下面３０Ｂを合わせて主面と呼ぶことがある）は、上側マイクロ流路１８及び下側マイクロ流路２４の流路部２０Ｃ、２６Ｃを略覆う大きさとされており、上側マイクロ流路１８と下側マイクロ流路２４とを隔てている。
具体的には、多孔膜３０の上面３０Ａ、すなわち上側流路部材１２に面する主面が上側流路部材１２の凹部２０とともに上側マイクロ流路１８を画成しており、多孔膜３０の下面３０Ｂ、すなわち下側流路部材１４に面する主面が下側流路部材１４の凹部２６とともに下側マイクロ流路２４を画成している。
図３、図４に示すように、多孔膜３０には、厚さ方向に貫通する複数の貫通孔３２が形成されており、多孔膜３０の上面３０Ａ及び下面３０Ｂには貫通孔３２の開口３２Ａがそれぞれ設けられている。また、図３に示すように、開口３２Ａは平面視で円形状とされている。開口３２Ａ同士は互いに離間して設けられており、隣合う開口３２Ａの間には平坦部３４が延在している。なお、開口３２Ａは円形状には限られず、多角形状や楕円形状とされていてもよい。
複数の開口３２Ａは規則的に配置されており、本例示的実施形態では一例として、ハニカム状に配置されている。ハニカム状の配置とは、平行六辺形（好ましくは正六角形）又はこれに近い形状を単位とし、これら図形の頂点及び対角線の交点に開口３２Ａの中心が位置する配置である。ここで「開口の中心」とは、開口３２Ａの平面視における中心を意味する。
なお、開口３２Ａの配置はハニカム状に限られず、格子状又は面心格子状とされていてもよい。格子状の配置とは、平行四辺形（言うまでもないが、正方形、長方形、菱形が含まれる。好ましくは正方形）又はこれに近い形状を単位とし、これら図形の頂点に開口の中心が位置する配置である。面心格子状の配置とは、平行四辺形（言うまでもないが、正方形、長方形、菱形が含まれる。好ましくは正方形）又はこれに近い形状を単位とし、これら図形の頂点及び対角線の交点に開口の中心が位置する配置である。
図４に示すように、多孔膜３０の貫通孔３２は球体の上端及び下端を切り取った球台形状とされている。また、互いに隣合う貫通孔３２同士は、多孔膜３０の内部において連通孔３６によって連通している。
１つの貫通孔３２は、隣合う全部の貫通孔３２と連通していることが好ましく、本例示的実施形態のように複数の貫通孔３２の開口３２Ａがハニカム状に配置されている場合、１つの貫通孔３２は、６つの連通孔３６によって隣合う６つの貫通孔３２とそれぞれ連通している。なお、貫通孔３２はバレル形状や円柱形状、又は多角柱形状等とされていてもよく、また、連通孔３６は隣合う貫通孔３２同士を繋ぐ筒状の空隙とされていてもよい。
なお、本例示的実施形態のマイクロ流路デバイス１０を細胞培養デバイス等として用いる場合、多孔膜３０の少なくとも主面の細胞が播種される領域が、フィブロネクチン、コラーゲン（例えば、Ｉ型コラーゲン、ＩＶ型コラーゲン、又はＶ型コラーゲン）、ラミニン、ビトロネクチン、ゼラチン、パールカン、ニドゲン、プロテオグリカン、オステオポンチン、テネイシン、ネフロネクチン、基底膜マトリックス及びポリリジンからなる群から選択される少なくとも１種によって被覆されていることが好ましい。多孔膜３０を被覆することで、細胞の接着性を高めることが可能となる。
また、本例示的実施形態のマイクロ流路デバイス１０を臓器模擬装置等として用いる場合、多孔膜３０の主面に模擬対象の臓器を構成する細胞層を設けることが好ましい。多孔膜３０の主面に細胞層を設けることで、上側マイクロ流路１８内及び下側マイクロ流路２４内を模擬対象の臓器内に近い環境とすることが可能となる。
貫通孔３２が形成された多孔膜３０を作製する方法としては、例えばナノプリント法や結露法の他、エッチング法、サンドブラスト法、プレス成形等の方法が挙げられる。ナノプリント法とは、凹凸形状を有する型に多孔膜３０を構成する素材を流し込む、又は型を、多孔膜３０を構成する素材に押し当てることにより、貫通孔３２を作製する方法である。また、結露法とは、多孔膜３０を構成する素材の表面を結露させ、水滴を型として貫通孔３２を形成する方法である。
結露法は、他の方法と比較して、多孔膜３０の膜厚を薄くすることができるとともに、空隙率や開口３２Ａの開口率を大きくすることが可能であり、また、多孔膜３０内に連通孔３６を設けることが可能である。このため、本例示的実施形態では、多孔膜３０を結露法によって作製している。結露法の詳細は、例えば、特許第４９４５２８１号公報、特許第５４２２２３０号公報、特開２０１１－７４１４０号公報、特許第５４０５３７４号公報に記載されている。
＜保持部材＞
図１、図２に示すように、マイクロ流路デバイス１０は、流路ユニット１６を厚さ方向に圧縮した状態で保持する保持部材としての一対の保持プレート３８を有している。一対の保持プレート３８は、流路ユニット１６の厚さ方向における両端、すなわち上側流路部材１２の上側及び下側流路部材１４の下側に流路ユニット１６と別体に設けられており、上側流路部材１２の上面全体及び下側流路部材１４の下面全体を覆う大きさとされている。
図１、図２に示すように、マイクロ流路デバイス１０は、流路ユニット１６を厚さ方向に圧縮した状態で保持する保持部材としての一対の保持プレート３８を有している。一対の保持プレート３８は、流路ユニット１６の厚さ方向における両端、すなわち上側流路部材１２の上側及び下側流路部材１４の下側に流路ユニット１６と別体に設けられており、上側流路部材１２の上面全体及び下側流路部材１４の下面全体を覆う大きさとされている。
保持プレート３８は、硬質で透明な高分子材料で構成されるのが好ましい。従って、保持プレート３８の構成材料としては、シクロオレフィンポリマー、アクリル、ポリカーボネート、ポリスチレン、および、ポリエチレンテレフタレートなどが挙げられる。また、保持プレート３８は、上側流路部材１２及び下側流路部材１４よりも硬いのが好ましく、さらに、ゴム硬度が８０度以上であるのが好ましく、９０度以上であるのがより好ましい。
図２に示すように、一対の保持プレート３８の互いに対応する位置には、厚さ方向に貫通する複数（本例示的実施形態では８つ）のボルト孔４０がそれぞれ形成されている。また、上側流路部材１２の上側に設けられている保持プレート３８には、上側流路部材１２の貫通孔２２Ａ、２２Ｂ、２８Ａ、２８Ｂにそれぞれ連通する貫通孔４２Ａ、４２Ｂ、４４Ａ、４４Ｂがそれぞれ形成されている。
なお、貫通孔４２Ａ、４２Ｂ、４４Ａ、４４Ｂには、図示しないチューブがそれぞれ接続されており、チューブを通して上側マイクロ流路１８及び下側マイクロ流路２４に溶液や細胞懸濁液等が流入し、上側マイクロ流路１８及び下側マイクロ流路２４から溶液や細胞懸濁液等が流出する。
一対の保持プレート３８間における流路ユニット１６の凹部２９の外側には、保持プレート３８の間隔を規定する複数（本例示的実施形態では８つ）のスペーサ４６がそれぞれ設けられている。スペーサ４６は、内径がボルト孔４０の内径と略同じ大きさとされた円筒形状の部材であり、ボルト孔４０に対応する位置にそれぞれ配置されている。
一対の保持プレート３８は、ボルト孔４０及びスペーサ４６に挿通されてナット４８で固定された複数のボルト５０によって互いに接合される。このとき、上側流路部材１２及び下側流路部材１４は、間に多孔膜３０を挟んだ状態で一対の保持プレート３８によって圧縮されて保持される。
具体的には、図５、図６に示すように、一対の保持プレート３８に挟まれて圧縮されることにより、流路ユニット１６の厚さが、スペーサ４６の高さより厚い厚さＴ１からスペーサ４６の高さと同じ厚さである厚さＴ２へと変化（変形）する。
ここで、流路ユニット１６の厚さ方向の変形量Ｔ１－Ｔ２は、多孔膜３０の厚さＳより大きく、かつ上側マイクロ流路１８の高さＨ１より小さいとともに、下側マイクロ流路２４の高さＨ２より小さいことが好ましい。
より具体的には、上側流路部材１２と下側流路部材１４の接合強度、及び上側マイクロ流路１８及び下側マイクロ流路２４の形状変形等の観点から、流路ユニット１６の厚さ方向の変形量Ｔ１－Ｔ２は、０．１μｍ以上５００μｍ以下とされていることが好ましい。また、流路ユニット１６の厚さ方向の変形量Ｔ１－Ｔ２は、１μｍ以上５０μｍ以下とされていることがより好ましい。なお、流路ユニット１６の厚さＴ１は、例えば０．５ｍｍ～２０ｍｍ程度とされている。
＜マイクロ流路デバイスの作製方法＞
本例示的実施形態のマイクロ流路デバイス１０を作製には、まず、滅菌紙が主面に貼り付けられた多孔膜３０を準備する。そして、多孔膜３０の下面３０Ｂの滅菌紙をピンセットによって剥がし、図７に示すように、凹部２６が形成された下側流路部材１４の上に多孔膜３０を載置し、多孔膜３０と下側流路部材１４とを接合する。これにより、下側流路部材１４の凹部２６と多孔膜３０とによって下側マイクロ流路２４を画成する。
本例示的実施形態のマイクロ流路デバイス１０を作製には、まず、滅菌紙が主面に貼り付けられた多孔膜３０を準備する。そして、多孔膜３０の下面３０Ｂの滅菌紙をピンセットによって剥がし、図７に示すように、凹部２６が形成された下側流路部材１４の上に多孔膜３０を載置し、多孔膜３０と下側流路部材１４とを接合する。これにより、下側流路部材１４の凹部２６と多孔膜３０とによって下側マイクロ流路２４を画成する。
次に、多孔膜３０の上面３０Ａの滅菌紙をピンセットによって剥がし、顕微鏡を確認しながら上側流路部材１２と下側流路部材１４の位置を合わせ、図８に示すように、凹部２０が形成された上側流路部材１２を多孔膜３０の上に積層する。これにより、上側流路部材１２の凹部２０と多孔膜３０とによって上側マイクロ流路１８を画成する。
次に、図９に示すように、互いの貫通孔２２Ａ、２２Ｂ、４２Ａ、４２Ｂの位置を合わせながら、上側流路部材１２の上面に保持プレート３８を載置する。その後、流路ユニット１６を裏返し、下側流路部材１４の下面に保持プレート３８を載置する。
次に、図１０に示すように、流路ユニット１６の周囲にスペーサ４６を配置し、保持プレート３８同士をボルト５０及びナット４８で締め付けることにより、マイクロ流路デバイス１０を作製する。なお、上記の作製工程は一例であり、順序が前後しても構わない。また、上記の工程にその他の工程を追加しても構わない。
本例示的実施形態によれば、流路ユニット１６を構成する上側流路部材１２及び下側流路部材１４を、流路ユニット１６とは別体の一対の保持プレート３８によって挟み込み、保持プレート３８同士をボルト５０で接合することで、上側マイクロ流路１８と下側マイクロ流路２４を接合している。
このため、容易に保持プレート３８同士を接合することができるとともに、上側流路部材１２と下側流路部材１４を互いに接着剤で接着する構成と比較して、接着剤成分が上側マイクロ流路１８内及び下側マイクロ流路２４内に流れ込むことを防ぐことができる。
また、流路ユニット１６を構成する上側流路部材１２及び下側流路部材１４が弾性を有する材料から成り、保持プレート３８によって厚さ方向に圧縮された状態で保持されている。このため、吸着や圧着によって上側流路部材１２と下側流路部材１４を接合する構成と比較して、上側流路部材１２と下側流路部材１４の接合強度を高めることができる。
さらに、本例示的実施形態によれば、保持プレート３８が上側流路部材１２の上面全体及び下側流路部材１４の下面全体を覆う大きさとされている。また、保持プレート３８の間隔を規定する複数のスペーサ４６が保持プレート３８間に設けられている。このため、上側流路部材１２全体及び下側流路部材１４全体を均一に圧縮することができ、上側流路部材１２と下側流路部材１４の接合強度を高めることができる。
また、一般的に、上側流路部材１２と下側流路部材１４の間に多孔膜３０が配置されている場合、上側流路部材１２と下側流路部材１４の接合が特に困難となる。具体的には、上側流路部材１２と下側流路部材１４を接着剤で接着する場合には、接着剤が多孔膜３０を介して上側マイクロ流路１８内及び下側マイクロ流路２４内に流れ込み易くなる。また、上側流路部材１２と下側流路部材１４を吸着又は溶着によって接合する場合には、多孔膜３０が損傷する可能性がある。
ここで、本例示的実施形態によれば、流路ユニット１６を保持プレート３８によって圧縮保持するため、接着剤が上側マイクロ流路１８内及び下側マイクロ流路２４内へ流れ出ることを防ぐことができるとともに、多孔膜３０の損傷を抑制できる。
また、流路ユニット１６の厚さ方向の変形量Ｔ１－Ｔ２が、多孔膜３０の厚さＳより大きく、かつ上側マイクロ流路１８の高さＨ１より小さいとともに、下側マイクロ流路２４の高さＨ２より小さい。このため、上側流路部材１２と下側流路部材１４の間における多孔膜３０の周囲に隙間が空くことを抑制しつつ、上側マイクロ流路１８及び下側マイクロ流路２４が圧縮されて閉塞することを抑制することができる。
特に本例示的実施形態では、上側流路部材１２及び下側流路部材１４のゴム硬度が２０度以上８０度以下とされている。このため、上側流路部材１２及び下側流路部材１４のゴム硬度が８０度より大きい場合と比較して、上側流路部材１２と下側流路部材１４の接合強度をより高めることができる。また、上側流路部材１２及び下側流路部材１４のゴム硬度が２０度より小さい場合と比較して、上側マイクロ流路１８及び下側マイクロ流路２４が圧縮されて変形又は閉塞することをより抑制することができる。
＜その他の例示的実施形態＞
以上、本開示の例示的実施形態の一例について説明したが、本開示は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能である。
以上、本開示の例示的実施形態の一例について説明したが、本開示は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能である。
上記例示的実施形態では、マイクロ流路デバイス１０が多孔膜３０で隔てられた上側マイクロ流路１８及び下側マイクロ流路２４を備えており、また、弾性を有する材料から成る上側流路部材１２と下側流路部材１４とで流路ユニット１６が構成されていた。しかし、マイクロ流路デバイス１０は多孔膜３０を有していなくてもよく、また、流路ユニット１６を構成する流路部材のうち、少なくとも１つの流路部材が弾性を有する材料で構成されていればよい。
具体的には、図１１に示すように、マイクロ流路デバイス６０の流路ユニット６２は、互いに厚さ方向に積層された上側流路部材６４、中間流路部材６６、及び下側流路部材６８の３つの流路部材で構成されていてもよい。
ここで、上側流路部材６４及び下側流路部材６８は非弾性材料から成り、中間流路部材６６のみが弾性を有する材料から成る。また、上側流路部材６４の下面に形成された凹部６４Ａと、中間流路部材６６に形成された貫通孔６６Ａと、下側流路部材６８の上面に形成された凹部６８Ａとによって１つのマイクロ流路７０が画成されている。
なお、マイクロ流路デバイス６０のその他の構成は、マイクロ流路デバイス１０と同様の構成とされている。図１１に示すマイクロ流路デバイス６０では、一対の保持プレート７２で流路ユニット６２を挟み込むことで、中間流路部材６６を厚さ方向に圧縮させ、上側流路部材６４、中間流路部材６６、及び下側流路部材６８を互いに接合することができる。
また、上記例示的実施形態では、互いにボルト５０で接合された一対の保持プレート３８が保持部材として用いられていたが、保持部材は、少なくとも流路ユニット１６を厚さ方向に圧縮した状態で保持することができる構成とされていればよい。
具体的には、図１２に示すように、マイクロ流路デバイス８０の保持部材は、上側流路部材８２の上側に上側流路部材８２とは別体に設けられた上側保持プレート８４と、下側流路部材８６と一体に設けられた下側保持プレート８８とを有していてもよい。なお、上側流路部材８２は弾性を有する材料から成り、下側流路部材８６は非弾性材料から成る。
ここで、上側保持プレート８４は、上側流路部材８２の上面全体を覆う大きさとされた主面部８４Ａと、主面部８４Ａの外周部から下方へ延出する垂下部８４Ｂと、垂下部８４Ｂの下端から内側へ突出する係止突起８４Ｃとを有している。一方、下側保持プレート８８の外周面には、被係止部としての凹部８８Ａが形成されている。なお、マイクロ流路デバイス８０のその他の構成は、マイクロ流路デバイス１０と同様の構成とされている。
図１２に示すマイクロ流路デバイス８０では、上側流路部材８２を挟み込んだ状態で、上側保持プレート８４に形成された係止突起８４Ｃを下側保持プレート８８に形成された凹部８８Ａに係止することにより、上側保持プレート８４と下側保持プレート８８を互いに接合することができる。このため、上側保持プレート８４と下側保持プレート８８をボルトで接合する構成と比較して、部品点数を減らすことができる。
その他、上記例示的実施形態において、一対の保持プレート３８同士を溶着又は接着剤による接着により互いに接合してもよい。この場合、保持プレート３８同士をボルト５０により接合する構成と比較して、部品点数を減らすことができる。また、上側流路部材１２と下側流路部材１４を接着剤で接着する構成と比較して、接着剤成分が上側マイクロ流路１８内及び下側マイクロ流路２４内に流れ込むことを抑制することができる。
また、上記例示的実施形態では、保持プレート３８間に複数のスペーサ４６が設けられていた。しかし、スペーサ４６は少なくとも１つ以上設けられていればよく、例えばボルト孔４０に対応する位置にそれぞれ貫通孔が形成された１枚の環状のスペーサを保持プレート３８間に設けてもよい。
日本出願２０１７－１１４７６４の開示は、その全体が参照により本明細書に取り込まれる。
本明細書に記載された全ての文献、特許出願、および技術規格は、個々の文献、特許出願、および技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。
Claims (9)
- 厚さ方向に積層されてマイクロ流路を画成する複数の流路部材で構成されるとともに、少なくとも１つの前記流路部材が弾性を有する材料から成る流路ユニットと、
前記流路ユニットと別体又は一体に設けられ、前記流路ユニットを厚さ方向に圧縮した状態で保持する保持部材と、
を有し、
前記流路ユニットを構成する前記流路部材の間には、多孔膜が配置されており、
前記保持部材に挟まれて圧縮される前の前記流路ユニットに対する圧縮後の前記流路ユニットの厚さ方向の変形量は、前記多孔膜の厚さより大きく、かつ前記マイクロ流路の高さより小さい、
マイクロ流路デバイス。 - 前記保持部材は、前記流路ユニットの厚さ方向における両端に設けられ、かつ厚さ方向に貫通する複数のボルト孔がそれぞれ形成された一対の保持プレートであり、
前記ボルト孔にそれぞれ挿通されたボルトによって一対の前記保持プレートが互いに接合されている、
請求項１に記載のマイクロ流路デバイス。 - 前記保持部材は、前記流路ユニットの厚さ方向における両端に設けられた一対の保持プレートであり、
一方の前記保持プレートに形成された係止突起を他方の前記保持プレートに形成された被係止部に係止することにより、一対の前記保持プレートが互いに接合されている、
請求項１に記載のマイクロ流路デバイス。 - 前記保持部材は、前記流路ユニットの厚さ方向における両端に設けられた一対の保持プレートであり、
一対の前記保持プレートは、溶着又は接着剤による接着により互いに接合されている、
請求項１に記載のマイクロ流路デバイス。 - 一対の前記保持プレートは、前記流路ユニットと別体に設けられており、前記流路ユニットの厚さ方向における両端面全体を覆う大きさとされている、請求項２～請求項４のいずれか１項に記載のマイクロ流路デバイス。
- 一対の前記保持プレート間における前記流路ユニットの周囲には、一対の前記保持プレートの間隔を規定する少なくとも１つのスペーサが設けられている、請求項２～請求項５のいずれか１項に記載のマイクロ流路デバイス。
- 弾性を有する材料から成る前記流路部材は、ＪＩＳ Ｋ６２５３のタイプＡデュロメータによるゴム硬度が２０度以上８０度以下とされている、請求項１～請求項６のいずれか１項に記載のマイクロ流路デバイス。
- 前記流路ユニットの前記厚さ方向の変形量は、０．１μｍ以上５００μｍ以下である、請求項１～請求項７のいずれか１項に記載のマイクロ流路デバイス。
- 前記保持部材は、ＪＩＳ Ｋ６２５３のタイプＡデュロメータによるゴム硬度が８０度以上の保持プレートである、請求項１～請求項８のいずれか１項に記載のマイクロ流路デバイス。
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