JP7036667B2

JP7036667B2 - 検査用具

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Publication number: JP7036667B2
Application number: JP2018099614A
Authority: JP
Inventors: 一彦今村; 延彦乾
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 2018-05-24
Filing date: 2018-05-24
Publication date: 2022-03-15
Anticipated expiration: 2038-05-24
Also published as: JP2019203816A

Description

本発明は、液体の試料が送液される流路構造を有する検査用具に関する。

従来、生化学検査などに、マイクロ流路が内部に形成された検査用具が種々提案されている。このような検査用具では、試料や試薬が流路に供給されるが、逆流を防止することが求められる。

下記の特許文献１には、流路に断面積が小さい狭窄部を設けた構造が開示されている。狭窄部により流路抵抗を高め、逆流が防止されている。

また、下記の特許文献２では、楔形の構造を流路に設けることにより、逆流が防止されている。

ＷＯ２０１６／０９８７２２Ａ１特開２０１７－６７６２０号公報

特許文献１や特許文献２に記載の流路構造では、狭窄部や楔形の構造を設けることにより、流路抵抗を高めて、逆流が防止されていた。

しかしながら、このような構造では、逆流を確実に防止することが困難であった。逆流した液体が、流路の内壁を伝わり、上流側に設けられた可逆弁などに伝わるおそれがあった。その結果、逆流した液体による汚染が生じるおそれがあった。

本発明の目的は、逆流による汚染が生じ難い、検査用具を提供することにある。

本発明に係る検査用具は、液体が流れる流路構造が内部に設けられている検査用具であって、流路構造が内部に設けられたチップ本体を備え、前記流路構造が、第１の流路と、前記第１の流路に設けられた第１の可逆弁と、前記第１の流路において、前記第１の可逆弁よりも下流側に位置されており、前記第１の流路における流路抵抗よりも流路抵抗が相対的に高い抵抗部と、前記第１の可逆弁と前記抵抗部との間において、前記第１の流路から分岐されており、前記第１の流路に液体を送液するための第２の流路と、前記第２の流路に設けられた第２の可逆弁と、前記第１の流路から前記第２の流路が分岐されている部分を分岐部とし、前記分岐部と、前記第２の可逆弁との間において、前記第２の流路に設けられており、前記第２の流路の延びる方向の寸法を長さとしたときに、同じ長さの前記第２の流路部分の容積よりも容積の大きい貯留部とを有する。

本発明に係る検査用具では、前記第２の流路の前記貯留部と、前記第２の可逆弁との間から分岐された第３の流路がさらに設けられていてもよく、その場合、前記第３の流路に第３の可逆弁が設けられていてもよい。

本発明に係る検査用具では、好ましくは、前記貯留部が、前記分岐部側から前記第２の可逆弁側に向かうにつれて、流路断面積が縮小する縮小部を有する。

本発明に係る検査用具では、好ましくは、前記第２の可逆弁に最も近い前記縮小部と、前記分岐部との間の第２の流路の容積が、前記分岐部から、前記第２の可逆弁の間の前記第２の流路の容積の１０％以上、９９％以下を占める。

本発明に係る検査用具では、前記貯留部が、複数設けられていてもよい。

本発明に係る検査用具では、好ましくは、前記第１の流路に、前記抵抗部に至るように第１の液体が送液され、前記第２の流路から前記分岐部に向かって第２の液体が送液される。

本発明に係る検査用具では、前記第３の流路から前記第２の流路を介して前記第１の流路に第３の液体が送液される。

本発明に係る検査用具では、前記チップ本体が、プレートと、プレートに積層された可撓性シートとを有し、前記第１の流路が、前記可撓性シートと前記プレート本体で挟まれた上流側流路部と、前記上流側流路部に連なるように前記プレート本体の厚み方向に延びる部分を有する下流側流路部とを有し、前記第１の可逆弁が、前記下流側流路部が前記上流側流路部に連ねられている部分により構成されていてもよい。

本発明に係る検査用具では、抵抗部はフィルタであってもよく、液体試料からの固相抽出に用いられる固定相を有するものであってもよい。

本発明に係る検査用具では、前記流路は好ましくはマイクロ流路である。この場合には、微量の試料の検査に好適な小型の検査用具を提供することができる。

本発明に係る検査用具によれば、逆流を確実に防止することができ、従って、試料や試薬の汚染が生じ難い。

本発明の第１の実施形態に係る検査用具を説明するための模式的平面図である。図１に示した検査用具の可逆弁の具体的な構造を説明するための模式的平面図である。（ａ）及び（ｂ）は、図２に示した検査用具の可逆弁の動作を説明するための部分切欠き正面断面図である。第１の実施形態の検査用具において、第１の液体を第１の流路から供給した状態を示す模式的平面図である。第１の実施形態の検査用具において、第１の液体を送液した後の状態を示す模式的平面図である。第１の実施形態の検査用具において、貯留部から第２の流路側に逆流が生じている状態を示す模式的平面図である。第２の実施形態に係る検査用具を示す模式的平面図である。第２の実施形態の検査用具において、第１の液体を送液する工程を説明するための模式的平面図である。第２の実施形態の検査用具において、第１の液体を送液した後の状態を示す模式的平面図である。第２の実施形態の検査用具において、貯留部から逆流が生じている状態を示す模式的平面図である。第３の実施形態に係る検査用具を示す模式的平面図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る検査用具を説明するための模式的平面図である。検査用具１はチップ本体２を有する。チップ本体２内には、マイクロ流路を有する流路構造が設けられている。

検査用具１は、特に限定されるわけではないが、ＲＮＡの固相抽出を行い、ＲＮＡを定量するための検査用具である。

上記チップ本体２は、合成樹脂積層体、合成樹脂と合成樹脂フィルムの積層体などの適宜の材料からなる。図１では、チップ本体２の内部の流路構造が模式的に示されている。

本実施形態では、流路構造は、第１の流路１１、第２の流路１２及び第３の流路１３を有する。第１の流路１１では、矢印Ａで示す方向に第１の液体が送液される。第１の流路１１の上流側には、図示しないポンプが接続されている。

第１の流路１１に、第１の可逆弁１４が設けられている。第１の可逆弁１４は、初期状態では開状態とされている。外部からの操作により、閉状態とされる。外部からの操作を解除すると、第１の可逆弁１４は開状態に復帰する。第１の可逆弁１４が開状態のとき、第１の液体を下流側に送液することができる。第１の可逆弁１４が閉状態の場合には、第１の液体は、第１の可逆弁１４よりも下流側に移動しない。第１の可逆弁１４よりも下流側に、第１の流路１１に抵抗部１５が設けられている。抵抗部１５は、第１の流路１１よりも流路抵抗が相対的に高くされている部分である。本実施形態では、抵抗部１５は、液体の試料から固相抽出するための固定相からなり、すなわちフィルタである。もっとも、抵抗部１５は、上記流路抵抗が、第１の流路１１よりも相対的に高い様々な材料及び部材により構成することができる。

第２の流路１２は、第１の可逆弁１４と、抵抗部１５との間において、第１の流路１１から分岐されている。この第２の流路１２が第１の流路１１に接続されている部分を分岐部Ｘとする。

なお、第２の流路１２では、第２の液体が、矢印Ｂで示す方向に送液される。従って、第２の流路１２においては、分岐部Ｘ側が下流側となる。

第２の流路１２に、第２の可逆弁１６が設けられている。第２の可逆弁１６は、初期状態では開状態とされている。外部からの操作により、第２の可逆弁１６は閉状態とされる。外部からの操作を解除すると、第２の可逆弁１６は、開状態に復帰する。従って、第２の可逆弁１６により、液体が矢印Ｂ方向に送液されることを、オン状態またはオフ状態とすることができる。また、第２の可逆弁１６により、第３の流路１３から送液される後述の第３の液体の送液をオン状態またはオフ状態ともすることができる。

第２の可逆弁１６と分岐部Ｘとの間に貯留部１７が設けられている。ここで、貯留部１７は、同じ長さの第２の流路部分の容積よりも、容積が大きくされている。ここで、長さとは、第２の流路１２が延びる方向の寸法をいうものとする。

本実施形態では、貯留部１７は、バルーン状の形状を有している。もっとも、貯留部１７は、上記のように、同じ長さの第２の流路部分の容積よりも大きい容積を有する限り、形状は特に限定されない。本実施形態では、貯留部１７はバルーン状の形状を有している。貯留部１７の第２の流路１２の横断面方向の断面積は、分岐部Ｘ側の端部から徐々に大きくなり、最大横断面積部分から、第２の可逆弁１６側に至るにつれて、横断面積が徐々に小さくなっている。

従って、貯留部１７は、分岐部Ｘ側から第２の可逆弁１６側に向かうにつれて、断面積が縮小する縮小部１７ａを有する。

第３の流路１３は、矢印Ｃで示す方向に第３の液体を送液するために設けられている。第３の流路１３は分岐部Ｙにおいて、第２の流路１２から分岐されている。

図２及び図３（ａ），（ｂ）を参照して上記第２の可逆弁１６の構造を説明する。

図３（ａ）は、図２のＤ－Ｄ’線に沿う部分の断面図である。

チップ本体２は、ベースプレート２ａと、合成樹脂積層体２ｂと、可撓性フィルム２ｃとを有する。ベースプレート２ａ上に合成樹脂積層体２ｂが積層されており、合成樹脂積層体２ｂ上に、可撓性フィルム２ｃが積層されている。図２のＤ－Ｄ’線に沿う部分では、第２の流路１２は、上流側流路部１２ａと、下流側流路部１２ｂとを有する。上流側流路部１２ａは、合成樹脂積層体２ｂの上面に設けられた溝と、該溝を閉じるように貼付された可撓性フィルム２ｃとにより構成されている。上流側流路部１２ａに、下流側流路部１２ｂが連ねられている。下流側流路部１２ｂは、上流側流路部１２ａに連ねられている部分からチップ本体２の厚み方向において下方に延ばされている。そして、合成樹脂積層体２ｂの下面側において、上流側流路部１２ａとは反対側にさらに延ばされている。

下面側においては、合成樹脂積層体２ｂに設けられた溝がベースプレート２ａで封止されて、下流側流路部１２ｂが設けられている。

可撓性フィルム２ｃは、押圧することにより撓む。第２の可逆弁１６は、この可撓性フィルム２ｃと、押圧部材２１とにより構成されている。

図３（ａ）に示す状態では、第２の可逆弁１６は開状態である。第２の液体が、上流側流路部１２ａから下流側流路部１２ｂに向かって送液され得る状態である。すなわち、第２の流路１２はオン状態とされている。

押圧部材２１を図３（ａ）に示す状態から図３（ｂ）に示すように、下流側流路部１２ｂが上流側流路部１２ａに連なっている部分において、合成樹脂積層体２ｂ側に降下させる。その結果、可撓性フィルム２ｃにより、下流側流路部１２ｂの上流側流路部１２ａに開口している部分が閉じられる。それによって、第２の可逆弁１６が閉状態とされる。そのため、第２の流路１２において、上流側流路部１２ａから下流側流路部１２ｂに向かって第２の液体が流れない。すなわち、第２の流路１２がオフ状態とされる。なお、押圧部材２１による押圧を解除すると、可撓性フィルム２ｃは、図３（ａ）に示す状態に戻る。従って、第２の可逆弁１６は、開状態に復帰する。

第２の可逆弁１６について説明したが、第１の可逆弁１４も同様に構成されている。

なお、本発明において、第１，第２の可逆弁１４，１６の構造は、上記押圧部材２１や可撓性フィルム２ｃを用いたものに限定されるものではない。すなわち、第１の流路１１や第２の流路１２において、液体の送液をオン状態またはオフ状態とし得る、適宜の可逆弁を用いることができる。

また、本実施形態では、流路構造は、マイクロ流路である第１の流路１１、第２の流路１２及び第３の流路１３を有するが、本発明において、チップ本体内に設けられる流路はマイクロ流路ではなく、マイクロ流路よりも断面積の大きな流路であってもよい。もっとも、マイクロ流路であることが好ましい。それによって、微量の試料により、様々な検査を行うことができる。

ところで、マイクロ流路とは、流体の搬送に際し、マイクロ効果が生じるような微細な流路をいう。このようなマイクロ流路では、流体は、表面張力の影響を強く受け、通常の大寸法の流路を流れる流体とは異なる挙動を示す。

マイクロ流路の横断面形状及び大きさは、上記のマイクロ効果が生じる流路であれば特に限定はされない。例えば、マイクロ流路に流体を流す際、ポンプや重力を用いる場合には、流路抵抗をより一層低下させる観点から、マイクロ流路の横断面形状がおおむね長方形（正方形を含む）の場合には、小さい方の辺の寸法で、２０μｍ以上が好ましく、５０μｍ以上がより好ましく、１００μｍ以上がさらに好ましい。また、マイクロ流体デバイスをより一層小型化する観点より、５ｍｍ以下が好ましく、１ｍｍ以下がより好ましく、５００μｍ以下がさらに好ましい。

また、マイクロ流路の横断面形状がおおむね円形の場合には、直径（楕円の場合には、短径）が、２０μｍ以上が好ましく、５０μｍ以上がより好ましく、１００μｍ以上がさらに好ましい。マイクロ流体デバイスをより一層小型化する観点からは、直径（楕円の場合には、短径）が、５ｍｍ以下が好ましく、１ｍｍ以下がより好ましく、５００μｍ以下がさらに好ましい。

一方、例えば、マイクロ流路に流体を流す際、毛細管現象をより一層有効に活用するときに、マイクロ流路の横断面形状がおおむね長方形（正方形を含む）の場合には、小さい方の辺の寸法で、５μｍ以上であることが好ましく、１０μｍ以上であることがより好ましく、２０μｍ以上であることがさらに好ましい。また、小さい方の辺の寸法で、２００μｍ以下であることが好ましく、１００μｍ以下であることがより好ましい。

次に、図４～図６を参照して、貯留部１７を設けたことによる試薬や試料の汚染が生じ難いことを説明する。

本実施形態の検査用具１を用いて、抵抗部１５を構成している固定相において第１の液体中のＲＮＡを固相抽出することができる。

まず、第１の可逆弁１４を開状態とし、第２の可逆弁１６を閉状態とする。この状態で、図４に示すように、第１の流路１１に第１の液体３１を送液する。第１の液体３１は、第１の可逆弁１４を通過し、固定相である抵抗部１５に至る。また、第２の可逆弁１６は閉状態とされているため、第２の流路１２に入り込み難い。しかしながら、抵抗部１５に第１の液体３１を満たすように送液圧力を高めると、図４に示すように、第２の流路１２側にも第１の液体３１が入り込む。ここで、貯留部１７の容積が、同じ長さの第２の流路部分よりも大きいため、第２の流路１２に逆流してきた第１の液体３１は、貯留部１７に留まることになる。

次に、第２の液体を送液するために、第１の可逆弁１４を閉状態とし、第２の可逆弁１６を開状態とする。この場合、第１の流路１１の分岐部Ｘ付近における残圧により、図６に示すように、第１の液体３１が貯留部１７の分岐部Ｘとは反対側の端部から第２の可逆弁１６側に向かって僅かに入り込むこととなる。しかしながら、貯留部１７の容積が大きいため、第２の流路１２における逆流液は僅かである。従って、図６に示すように、第１の液体３１は、第２の可逆弁１６には至らない。よって、第２の可逆弁１６における汚染が生じ難い。

次に、第２の流路１２から矢印Ｂで示すように、洗浄液としての第２の液体を送液する。この送液により、貯留部１７に貯留されていた逆流液としての第１の液体３１が第２の液体とともに第１の流路１１の下流側に流され、抵抗部１５を越えて、下流側に排出される。その状態で、抽出液としての第３の液体を、矢印Ｃで示すように第３の流路１３に送液する。その結果、第３の液体が第２の流路１２を介して第１の流路１１に供給され、抵抗部１５に至る。そのため、抵抗部１５において第３の液体としての抽出液により、ＲＮＡが抽出され、第１の流路１１の下流側に送液される。

本実施形態の検査用具１では、上記のように容積の大きな貯留部１７が第２の流路１２に設けられているため、第１の液体３１の逆流による汚染が生じ難い。

好ましくは、第２の可逆弁１６に近い縮小部１７ａと、分岐部Ｘとの間の第２の流路１２の容積は、分岐部Ｘから第２の可逆弁１６との間の第２の流路１２の容積の１０％以上、９９％以下を占める。この場合には、第１の液体３１の逆流による汚染をより効果的に防止することができる。

図７は本発明の第２の実施形態に係る検査用具を説明するための模式的平面図である。第２の実施形態の検査用具４１では、チップ本体２内に、第１の実施形態と同様に、第１の流路１１、第２の流路１２及び第３の流路１３が設けられている。異なるところは、図１に示した第２の可逆弁１６に代えて、第２の可逆弁１６Ａ及び第３の可逆弁４２が設けられていることにある。第２の可逆弁１６Ａは、第２の流路１２と第３の流路１３との分岐部Ｙよりも、第２の流路１２において上流側に設けられている。また、第３の可逆弁４２は、第３の流路１３に設けられている。その他の構造は、検査用具４１は、検査用具１と同様に構成されている。

このように、第２の流路１２及び第３の流路１３に、独立に、第２の可逆弁１６Ａ及び第３の可逆弁４２をそれぞれ設けてもよい。

検査用具４１の使用方法を図７～図１０を参照して説明する。まず、第１の可逆弁１４を開状態とし、第２の可逆弁１６Ａ及び第３の可逆弁４２を閉状態とする。その状態で、第１の流路１１に、第１の液体３１を送液する。図８に示すように、第１の液体３１が、本実施形態においても第１の流路１１に送液され、抵抗部１５に至る。また、第１の液体３１は第２の流路１２側にも流れ込み、貯留部１７に至る。もっとも、貯留部１７の容積が大きいため、第２の流路１２に逆流してきた第１の液体３１は、貯留部１７に留まる。

次に、図９に示すように、第１の可逆弁１４を閉状態とする。

次に、第２の液体を送液するために図１０に示すように、第２の可逆弁１６Ａを開状態とする。その結果、第１の可逆弁１４よりも下流側の第１の流路１１内の残圧により、貯留部１７内の第１の液体３１が、僅かに第２の流路１２の上流側に至る。しかしながら、貯留部１７の容積が大きいため、第２の流路１２の上流側に至る逆流液の量は少ない。すなわち、第２の可逆弁１６Ａには、第１の液体３１の逆流液は至ることはなく、かつ分岐部Ｙにも至らない。よって、汚染が生じ難い。この状態で第２の液体を第２の流路１２から送液する。その結果、貯留部１７内の残液である第１の液体３１が第２の液体と共に流され、第１の流路１１から抵抗部１５を越え排液される。それによって、抵抗部１５が洗浄される。

次に、第２の可逆弁１６Ａを閉状態とし、第３の可逆弁４２を開状態とする。この状態で第３の流路１３から第３の液体を送液する。その結果、抽出液としての第３の液体により抵抗部１５に固定されていた試料を抽出することができる。

第２の実施形態の検査用具４１においても、貯留部１７が設けられているため、試薬や試料の汚染が生じ難い。

なお、図１１に示す第３の実施形態のように、複数の貯留部１７，１７Ａが設けられていてもよい。この場合には、逆流による汚染がより一層生じ難い。複数の貯留部１７，１７Ａの形状及び寸法は等しくともよく、異なっていてもよい。

また、複数の貯留部１７，１７Ａが設けられている場合、第２の可逆弁１６に最も近い縮小部１７ａと、分岐部Ｘとの間の第２の流路１２の容積が、分岐部Ｘから第２の可逆弁１６までの間の第２の流路１２の容積の１０％以上、９９％以下を占めることが好ましい。

１…検査用具
２…チップ本体
２ａ…ベースプレート
２ｂ…合成樹脂積層体
２ｃ…可撓性フィルム
１１…第１の流路
１２…第２の流路
１２ａ…上流側流路部
１２ｂ…下流側流路部
１３…第３の流路
１４…第１の可逆弁
１５…抵抗部
１６，１６Ａ…第２の可逆弁
１７，１７Ａ…貯留部
１７ａ…縮小部
２１…押圧部材
３１…第１の液体
４１…検査用具
４２…第３の可逆弁

Claims

液体が流れる流路構造が内部に設けられている検査用具であって、
流路構造が内部に設けられたチップ本体を備え、
前記流路構造が、第１の流路と、
前記第１の流路に設けられた第１の可逆弁と、
前記第１の流路において、前記第１の可逆弁よりも下流側に位置されており、前記第１の流路における流路抵抗よりも流路抵抗が相対的に高い抵抗部と、
前記第１の可逆弁と前記抵抗部との間において、前記第１の流路から分岐されており、前記第１の流路に液体を送液するための第２の流路と、
前記第２の流路に設けられた第２の可逆弁と、
前記第１の流路から前記第２の流路が分岐されている部分を分岐部とし、前記分岐部と、前記第２の可逆弁との間において、前記第２の流路に設けられており、前記第２の流路の延びる方向の寸法を長さとしたときに、同じ長さの前記第２の流路部分の容積よりも容積の大きい貯留部とを有する、検査用具。
前記第２の流路の前記貯留部と、前記第２の可逆弁との間から分岐された第３の流路をさらに有し、前記第３の流路に第３の可逆弁が設けられている、請求項１に記載の検査用具。
前記貯留部が、前記分岐部側から前記第２の可逆弁側に向かうにつれて、流路断面積が縮小する縮小部を有する、請求項１または２に記載の検査用具。
前記第２の可逆弁に最も近い前記縮小部と、前記分岐部との間の第２の流路の容積が、前記分岐部から、前記第２の可逆弁の間の前記第２の流路の容積の１０％以上、９９％以下を占める、請求項３に記載の検査用具。
前記貯留部が、複数設けられている、請求項１～４のいずれか１項に記載の検査用具。
前記第１の流路に、前記抵抗部に至るように第１の液体が送液され、前記第２の流路から前記分岐部に向かって第２の液体が送液される、請求項１～５のいずれか１項に記載の検査用具。
前記第３の流路から前記第２の流路を介して前記第１の流路に第３の液体が送液される、請求項２に記載の検査用具。
前記チップ本体が、プレートと、プレートに積層された可撓性シートとを有し、前記第１の流路が、前記可撓性シートと前記プレートで挟まれた上流側流路部と、前記上流側流路部に連なるように前記プレートの厚み方向に延びる部分を有する下流側流路部とを有し、前記第１の可逆弁が、前記下流側流路部が前記上流側流路部に連ねられている部分により構成されている、請求項１～７のいずれか１項に記載の検査用具。
前記抵抗部が、フィルタである、請求項１～８のいずれか１項に記載の検査用具。
前記抵抗部が、液体試料からの固相抽出に用いられる固定相を有する、請求項１～８のいずれか１項に記載の検査用具。
前記流路が、マイクロ流路である、請求項１～１０のいずれか１項に記載の検査用具。