JP7192859B2 - 流体デバイス、バルブ装置及び検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、流体デバイス、バルブ装置及び検出装置に関するものである。

近年、体外診断分野における試験の高速化、高効率化、および集積化、又は、検査機器の超小型化を目指したμ－ＴＡＳ（Micro-Total Analysis Systems）の開発などが注目を浴びており、世界的に活発な研究が進められている。

μ－ＴＡＳは、少量の試料で測定、分析が可能なこと、持ち運びが可能となること、低コストで使い捨て可能なこと等、従来の検査機器に比べて優れている。
更に、高価な試薬を使用する場合や少量多検体を検査する場合において、有用性が高い方法として注目されている。

μ－ＴＡＳの構成要素として、流路と、該流路上に配置されるポンプとを備えたデバイスが報告されている（非特許文献１）。このようなデバイスでは、該流路へ複数の溶液を注入し、ポンプを作動させることで、複数の溶液を流路内で混合する。

Jong Wook Hong, Vincent Studer, Giao Hang, W French Anderson and Stephen R Quake,Nature Biotechnology 22, 435 - 439 (2004)

本発明の第１の態様に従えば、接合面で接合された第１基材及び第２基材を備え、前記第１基材又は前記第２基材の少なくとも一方は、両基材を接合することにより流路を形成する溝を接合面に有し、前記第１基材は、前記流路と対向する位置に設けられる貫通孔と、前記貫通孔の前記流路側の開口部を塞ぎ、変形により前記流路中の流体の流れを調整する弾性部材と、前記第１基材の前記接合面とは逆側の第１面に、前記貫通孔の開口部を覆って剥離可能に貼り付けられたシート材と、前記シート材と前記弾性部材との間に配置され、前記弾性部材を前記流路方向に変形させる駆動部と、を有するバルブを備える、流体デバイスが提供される。

本発明の第２の態様に従えば、接合面で接合された第１基材及び第２基材の少なくとも一方に前記接合面に開口して形成された流路と対向する位置で前記第１基材を貫通する貫通孔と、前記貫通孔の前記流路側に当該流路と対向して設けられ、弾性変形により前記流路中の流体の流れを調整するバルブ部と、前記第１基材の前記接合面と逆側の第１面に剥離可能に貼り付けられ前記貫通孔を閉塞可能なシート材と、前記貫通孔の前記シート材と前記バルブ部との間に配置され、前記シート材が前記第１面に貼り付けられたときに、前記バルブ部に前記流路を閉じる力を付与する付与部と、を備えるバルブ装置が提供される。

本発明の第３の態様に従えば、本発明の第１の態様の流体デバイスを載置する載置部と、前記シート材を剥離する剥離部と、前記流体デバイスの流路に対象物質を含む溶液を送液する送液部と、前記溶液中の対象物質を検出する検出部が提供される。

一実施形態のバルブ装置を含む流体デバイスを模式的に示した断面図。 一実施形態のバルブ装置を含む流体デバイスを模式的に示した断面図。 一実施形態の流体デバイスを含むシステムを模式的に示した断面図。 一実施形態の流体デバイスを含むシステムを模式的に示した断面図。 一実施形態の流体デバイスを含むシステムを模式的に示した断面図。 一実施形態の流体デバイスを含むシステムを模式的に示した断面図。 一実施形態の流体デバイスを模式的に示す断面図である。 一実施形態の流体デバイスを模式的に示す平面図である。 一実施形態のバルブ装置を含む流体デバイスを模式的に示した断面図。 一実施形態のバルブ装置を含む流体デバイスを模式的に示した断面図。 一実施形態のバルブ装置を含む流体デバイスを模式的に示した断面図。 一実施形態のバルブ装置を含む流体デバイスを模式的に示した平面図。 一実施形態のバルブ装置を含む流体デバイスを模式的に示した断面図。

以下、本発明の流体デバイス、バルブ装置及び検出装置の実施の形態を、図１ないし図１３を参照して説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限られない。

［流体デバイス及びバルブ装置の基本原理］
図１は、バルブ装置Ｖを含む流体デバイス１を模式的に示した断面図である。
本実施形態の流体デバイス１は、検体試料に含まれる検出対象である試料物質を免疫反応および酵素反応などにより検出・検査するデバイスを含む。試料物質は、例えば、核酸、ＤＮＡ、ＲＮＡ、ペプチド、タンパク質、細胞外小胞体などの生体分子である。

図１に示すように、流体デバイス１は、基材５とバルブ装置Ｖとを備える。
基材５は、第１基材６および第２基材９を有する。本実施形態の第１基材６および第２基材９は、樹脂材料から構成される。第１基材６および第２基材９を構成する樹脂材料としては、ポリプロピレン、ポリカーボネイト等が例示される。また、本実施形態において、第１基材６は、透明な材料から構成される。なお、第１基材６および第２基材９を構成する材料は、限定されない。

以下の説明においては、第１基材６および第２基材９は水平面に沿って配置され、第１基材６は第２基材９の上側に配置されるものとして説明する。ただし、これは、説明の便宜のために水平方向および上下方向を定義したに過ぎず、本実施形態に係る流体デバイス１の使用時の向きを限定しない。

第１基材６および第２基材９は、水平方向に沿って延びる板材である。第１基材６および第２基材９は、上下方向に沿ってこの順で積層されている。第２基材９は、第１基材６の下側に積層される。第１基材６および第２基材９は、第１基材６の下面６ａと第２基材９の上面９ｂを接合面として接合されている。基材５は、第１基材６および第２基材９を接着材による接着、熱溶着、超音波溶着、レーザー溶着等の接合手段により接合して一体化することにより製造される。
なお、以下の説明において、第１基材６および第２基材９を積層させる方向を単に積層方向と呼ぶ。本実施形態において、積層方向は、上下方向である。

図１に示すように、第１基材６は、流路１１と、貫通孔３５ａ、３５ｂとを有している。流路１１は、第１基材６の下面６ａに設けられた溝部と第２基材９とによって囲まれたチューブ状、あるいは筒状に形成された空間である。流路１１は、上述した検出・検査を行うための溶液を収容する。貫通孔３５ａ、３５ｂは、流路１１の両端部と対向する位置に配置され、第１基材６を上下方向に貫通する。貫通孔３５ａ、３５ｂは、一例として、流路１１に収容する溶液の注入孔、空気孔である。貫通孔３５ａ、３５ｂの孔径としては、一例として、直径０．１～３ｍｍが好ましい。

流路１１の幅は一例として、０．０１～１００ｍｍ、０．０５～５０ｍｍ、０．１～１０ｍｍ、０．１～５ｍｍ、０．５～３μｍが挙げられる。また、さらに一例として、流路１１の幅は、０．０１～１０００μｍ、０．０５～１０００μｍ、０．２～５００μｍ、１～２５０μｍ、１０～２００μｍが挙げられる。第１基材６を射出成形で製作する場合の成形性を考慮すると、流路１１の幅は０．０５～５ｍｍが好ましい。

流路１１の深さは、一例として、０．０１～１００ｍｍ、０．０５～５０ｍｍ、０．１～１０ｍｍ、０．１～５ｍｍ、０．５～３μｍが挙げられる。また、さらに一例として、流路１１の深さは、０．０１～１０００μｍ、０．０５～１０００μｍ、０．２～５００μｍ、１～２５０μｍ、１０～２００μｍが挙げられる。第１基材６を射出成形で製作する場合の成形性を考慮すると、流路１１の深さは０．０５～３ｍｍが好ましい。

バルブ装置Ｖは、流路１１と対向する位置で第１基材６を上下方向に貫通するバルブ保持孔（貫通孔）３４に保持されたバルブ部Ｖｃと、第２基材９に設けられた窪み４０と、図２に示されるように、第１基材６２の上面（第１面）６ｂに剥離可能に貼り付けられるシート材４１と、バルブ部Ｖｃに設けられた軸部（付与部、駆動部）４２とを有している。バルブ部Ｖｃは、バルブ保持孔３４に設けられた環状の円環部４４の下端部に設けられている。軸部４２はバルブ部Ｖｃを変形させて駆動させる駆動部である。また、バルブ部Ｖｃである弾性部材を変形させる力を付与する付与部であり、弾性部材を押圧する押圧部であると換言できる。

バルブ部Ｖｃは、弾性部材である。バルブ部Ｖｃは、柔軟な樹脂の膜からなる弁である。貫通孔３４の流路１１側の開口部はバルブ部Ｖｃである弾性部材で塞がれている。バルブ部Ｖｃは弾性材料から構成され、変形により流路１１中の流体の流れを調整する。バルブ部Ｖｃに採用可能な弾性材料としては、ゴム、エラストマー樹脂などが例示される。バルブ部Ｖｃの下面には、半球状に突出する突出部３６が設けられている。第１基材６と第２基材９とが接合した際に、貫通孔の流路１１側の開口部は流路１１に接続する。バルブ部Ｖｃの貫通孔の流路１１側の開口部の面は、流路１１の壁面の一部を構成する。

窪み４０は、第２基材９の上面９ｂにおけるバルブ部Ｖｃの直下に配置されている。窪み４０は、半球状に形成されている。バルブ部Ｖｃは、変形により流路１１を仕切って開閉する。例えば、バルブ部Ｖｃは、流路１１の流路方向に対し垂直に動作して、流路１１の開閉を行う。図２に示すように、バルブ部Ｖｃは、下側に向かって弾性変形して突出部３６が窪み４０に当接することで流路１１を閉塞する。また、バルブ部Ｖｃは、弾性復元力により突出部３６が窪み４０から離間することで、図１に示したように、流路１１を開放する。

軸部４２は、流路１１に対して略垂直な支柱形状である。軸部４２は、上端が第１基材６の上面６ｂよりも突出する長さに形成されている。また、軸部４２の長さは、バルブ部Ｖが弾性変形して突出部３６が窪み４０に当接したときに、上端面が第１基材６２の上面６ｂと略面一、あるいは上面６ｂよりも上方に突出する長さである。すなわち、軸部４２のバルブ保持孔３４の貫通方向の長さは、シート材４１が上面６ｂに貼り付けられる前に上面６ｂから突出し、シート材４１が上面６ｂに貼り付けられた後にバルブ部Ｖｃを変形させて流路１１を閉じる長さである。

つまり、バルブ部Ｖｃの下面が流路１１の底面に接触したときのバルブ部Ｖｃの上面からシート材４１の下面までの高さと、付与部（駆動部）である軸部４２の高さとは、弾性変形によるバルブ部Ｖｃの変形量分を除き実質同一である。換言すると、流路１１の底面から流路１１の天井面までの高さと第１基材６の厚さとの和から、バルブ部Ｖｃの厚みを引いた差分と、軸部４２の高さは弾性変形によるバルブ部Ｖｃの変形量分を除き実質同一である。バルブ部Ｖｃ、突出部３６及び軸部４２は、上述した可撓性を有する弾性材料で一体的に成形された成形体である。

シート材４１は、上述した検出・検査を行う前に流体デバイス１の保管、運搬時に、流路１１に収容された溶液の安定保管及び溶液の吸湿防止等に用いられる。シート材４１は、フィルム等の薄膜材で形成されている。シート材４１は、第１基材６の上面６ｂに剥離可能に貼り付けられる。シート材４１は、第１基材６の上面６ｂとの接触面側に接着層を有していてもよい。また、シート材４１は接着材を介して、第１基材６の上面６ｂに剥離可能に貼り付けられてもよい。本実施形態におけるシート材４１は、バルブ保持孔３４及び貫通孔３５ａ、３５ｂの開口部を覆う大きさを有している。

上記の流体デバイス１のうち、第１基材６、バルブ部Ｖｃ、突出部３６及び軸部４２は、一体的に成形された成形体である。第１基材６、バルブ部Ｖｃ、突出部３６及び軸部４２は、例えば、第１基材６を成形した後に、第１基材６が収容された金型を用いてバルブ部Ｖｃ、突出部３６及び軸部４２を成形する２色成形で成形される。また、予め製作した第１基材６と、バルブ部Ｖｃ、突出部３６及び軸部４２との一方を、他方を成形するための金型に装着して成形するインサート成形で成形することも可能である。

［システムの第１実施形態］
図３及び図４は、上記の流体デバイス１にシート材４１を貼り付ける貼付装置６０を有するシステムの第１実施形態を示す概略構成図である。
図３及び図４に示すように、システムは、貼付装置６０として、ローラー装置６１を有している。ローラー装置６１は、シート材４１を介して第１基材６の上面６ｂ上を転動する。

上記構成のシステムでは、第１基材６の上面６ｂ側にシート材４１を配置した後に、図３に示すように、ローラー装置６１が一方側（図３では右側）の端部から他方側（図４では左側）までシート材４１を介して上面６ｂ上を転動する。ローラー装置６１により押し付けられることにより、シート材４１は上面６ｂに貼り付けられる。シート材４１が上面６ｂに貼り付けられることにより、軸部４２は下方に押し下げられる。すなわち、シート材４１が貼り付けられることにより、軸部４２は流路において流体が流れる方向とは略垂直方向に押し込まれる。これにより、バルブ部Ｖｃは、流路において流体が流れる方向とは略垂直方向に弾性変形し、突出部３６が窪み４０に当接することで流路１１が閉塞された状態となる。

一方、流体デバイス１を用いて検出・検査を行う際には、シート材４１を上面６ｂから剥離する。また、貫通孔３５において、前記シート材４１に穴をあけたり破ったりする。これにより、シート材４１により軸部４２に与えられていた力が除かれる。そして、バルブ部Ｖｃは、弾性復元力により、図１に示したように、窪み４０から離間し、流路１１が開放される。

上記のシステムでは、上面６ｂに貼り付けられたシート材４１が貫通孔３５ａ、３５ｂを閉塞しているため、流路１１は大気開放されない。そのため、流路１１に収容された溶液は、当該流路１１に保持される。また、シート材４１が上面６ｂに貼り付けられた際には、バルブ部Ｖｃが流路１１を閉塞して分断する。そのため、シート材４１が貫通孔３５ａ、３５ｂの開口部を覆わない大きさで貼り付けられた場合、分断された流路１１のそれぞれは貫通孔３５ａ、３５ｂ側が大気開放された状態となる。

この状態で分断された流路１１に収容された溶液が大気開放された側に流動する力が働いた場合、分断された各流路１１におけるバルブ部Ｖｃ側が負圧となるため、溶液は貫通孔３５ａ、３５ｂから漏れ出さず各流路１１に保持される。

また、分断された各流路１１に同じ溶液ではなく、例えば、後工程で混合される種類の異なる溶液が収容されていた場合でも、バルブ部Ｖｃによって分断された各流路１１の独立性を保持できるため、流体デバイス１を用いた検出・検査前に各流路１１に収容された溶液同士が混合されることを効果的に抑制できる。

以上のように、本実施形態では、流体デバイス１を用いた検出・検査前にシート材４１を上面６ｂに貼り付けたときに、流路１１を閉じる力をバルブ部Ｖｃに付与する軸部４２が設けられているため、バルブ部Ｖｃが初期クローズバルブ（ノーマリークローズバルブ）として作用する。すなわち、シート材４１が上面６ｂに貼り付けられたとき、バルブ部Ｖｃは流路１１中の流体の流れをせき止めた状態とする閉状態であるため、検出・検査前の保管、運搬時に流路１１に収容された溶液が漏れ出したり、混合前の溶液同士が混合されたりすることを抑制できる。また、本実施形態では、シート材４１を上面６ｂから剥離することにより、バルブ部Ｖｃは流路１１中の流体が流れる開状態へと変形し、流路１１の閉塞が解除されるため、保管、運搬後に円滑、且つ安定的に流体デバイス１を用いた検出・検査を行うことが可能である。また、本実施形態では、ローラー装置６１がシート材４１を介して上面６ｂ上を転動することにより、シート材４１を容易に上面６ｂに貼り付けることが可能である。特に、シート材４１が貫通孔３４、３５ａ、３５ｂの開口部のすべてを覆うものであった場合、簡便にシート材４１の貼り付けができる。
なお、シート材４１は、上面６ｂ全体を覆うものではなく、貫通孔３４、３５ａ、３５ｂの上面６ｂ側の開口部を部分的に覆うものであってもよい。また、貫通孔３４、３５ａ、３５ｂの開口部を覆うシート材４１はそれぞれ別個のものであってもよい。この場合、少量のシート材で済み、また、段階的に貫通孔３４、３５ａ、３５ｂを解放することができる。

［システムの第２実施形態］
次に、システムの第２実施形態について、図５及び図６を参照して説明する。
これらの図において、図１乃至図４に示す第１実施形態の構成要素と同一の要素については同一符号を付し、その説明を省略する。
第２実施の形態と上記の第１実施形態とが異なる点は、貼付装置６０の構成であるため、以下では貼付装置６０について説明する。

図５に示すように、本実施形態では、検出・検査前の保管、運搬時に袋体６２を用いて流体デバイス１を包装する。本実施形態では、袋体６２のうち、上面６ｂと対向する領域がシート材４１である。本実施形態におけるシステムでは、図６に示すように、貼付装置６０として、吸引装置６３が設けられている。吸引装置６３は、袋体６２の開口部を介して袋体６２の内部を負圧吸引する。

上記構成のシステムにおいては、吸引装置６３が袋体６２の内部を負圧吸引することにより、袋体６２の内部の気圧が外部の気圧よりも低くなる。その結果、袋体６２は、図６に示すように、上面６ｂを含む基材５の外表面に気圧により押し付けられて貼り付けられる。袋体６２が上面６ｂに貼り付けられることにより、上述したように、軸部４２は下方に押し下げられる。これにより、バルブ部Ｖｃは、突出部３６が窪み４０に当接することで流路１１が閉塞された状態となる。

この後、溶着等によって袋体６２の口部に封止部６４を設けることにより、バルブ部Ｖｃによる流路１１の閉塞が保持される。また、流体デバイス１を用いて検出・検査を行う際には、封止部６４による袋体６２の封止を解除することにより、図５に示したように、バルブ部Ｖｃは、弾性復元力により窪み４０から離間し、流路１１が開放される。

このように、本実施形態のシステムでは、上記第１実施形態のシステムと同様の作用・効果が得られることに加えて、検出・検査前に流体デバイス１が袋体６２で包装されるため、検出・検査前に流体デバイス１が塵埃等で汚染されることを抑制できる。

［流体デバイスの第２実施形態及び検出装置］
次に、流体デバイスの第２実施形態及び検出装置について、図７及び図８を参照して説明する。
これらの図において、図１及び図２に示す第１実施形態の構成要素と同一の要素については同一符号を付し、その説明を省略する。

図７は、第２実施形態に係る流体デバイス１を用いて検出を行う検出装置７０の断面模式図である。図８は、流体デバイス１を模式的に示した平面図である。なお、図８においては、透明な第１基材６について、下側に配置された各部を透過させた状態で図示する。

検出装置７０は、流体デバイス１を載置する載置部７１と、シート材４１を剥離する剥離部７２と、流体デバイス１の流路１１に対象物質を含む溶液を送液する送液部７３と、溶液中の対象物質を検出する検出部７４とを備える。

図８に示すように、流体デバイス１は、基材５を備える。また、図７に示すように、基材５は、厚さ方向に積層された３つの基板（第１基材６、第２基材９および第３基材８）を有する。第３基材８は、第１基材６及び第２基材９と同様の樹脂材で形成され、第２基材９の下側に配置されている。第３基材８の上面８ｂは、第２基材９の下面９ａと接合されている。

基材５には、注入孔３２と、リザーバー２９と、流路１１と、廃液槽７と、空気孔３５と、供給孔３９と、定量バルブＶｑ、導入バルブＶｉ、排出バルブＶｏと上述したバルブ装置Ｖとが設けられている。

注入孔３２は、第１基材６および第２基材９を貫通する。注入孔３２は、第２基材９と第３基材８との境界部に位置するリザーバー２９に繋がる。注入孔３２は、リザーバー２９を外部に繋げる。溶液は、注入孔３２を介してリザーバー２９に充填される。注入孔３２は、１つのリザーバー２９に対して１つ設けられる。なお、図８において、注入孔３２の図示は、省略されている。

リザーバー２９は、少なくとも前記流路１１との接続部においては、流路形状である。例えば、第２基材９の下面９ａに設けられたチューブ状、あるいは筒状に形成された空間である。本実施形態の基材５には、複数のリザーバー２９が設けられる。リザーバー２９には、溶液が収容される。複数のリザーバー２９は、互いに独立して溶液を収容する。複数のリザーバー２９は、例えば、複数の試薬を収容する。複数のリザーバー２９のそれぞれには、上述した初期クローズバルブが配置されている。リザーバー２９は、収容した溶液を流路１１に供給する。本実施形態のリザーバー２９は、一例として、流路型のリザーバーである。リザーバー２９の長さ方向の一端は、注入孔３２に接続されている。また、リザーバー２９の長さ方向の他端は、供給孔３９が接続されている。

なお、本実施形態では、リザーバー２９が第２基材９に設けられ第３基材８によって開口部が覆われる構成について説明した。しかしながら、リザーバー２９は、第３基材８に設けられ開口部を第２基材９により覆う構成であってもよい。

流路１１は、第２基材９の上面９ｂに設けられたチューブ状、あるいは筒状に形成された空間である。流路１１には、リザーバー２９から供給孔３９を介して溶液が供給される。溶液は、流路１１内を流れる。

供給孔３９は、第２基材９に設けられている。供給孔３９は、第２基材９を板厚方向に貫通する。供給孔３９は、リザーバー２９と流路１１とを繋ぐ。リザーバー２９に貯留された溶液は、供給孔３９を介して流路１１に供給される。すなわち、リザーバー２９は、供給孔３９を介して流路１１と接続されている。

廃液槽７は、流路１１中の溶液を廃棄する為に基材５に設けられる。廃液槽７は、流路１１に接続される。図８に示すように、廃液槽７は、循環流路１０の内側領域に配置されている。これにより、流体デバイス１の小型化を図ることができる。また、図７に示すように、廃液槽７は、第２基材９の上面９ｂ側に設けられた凹部ぬいより構成される。

空気孔３５は、第１基材６に設けられる。空気孔３５は、廃液槽７の直上に位置する。空気孔３５は、廃液槽７を外部に繋げる。すなわち、廃液槽７は、空気孔３５を介して外部に開放される。

図７に示すように、導入バルブＶｉは、供給孔３９と廃液槽７との間における流路１１と対向する位置に配置されている。導入バルブＶｉは、流路１１と対向する位置で第１基材６を上下方向に貫通するバルブ保持孔３４ｉに保持されたバルブ部Ｖｄを有している。バルブ部Ｖｄは、ゴム、エラストマー樹脂などの弾性材料で形成されている。バルブ部Ｖｄの下面には、半球状に突出する突出部３６ｉが設けられている。バルブ部Ｖｄと対向する第２基材９には、窪み４０ｉが設けられている。バルブ部Ｖｄは、バルブ保持孔３４ｉに駆動流体（例えば、空気）が供給されることにより、下側に弾性変形して流路１１中の溶液の流れを調整する。バルブ部Ｖｄは、バルブ保持孔３４ｉに駆動流体が供給されて下側に弾性変形し、突出部３６ｉが窪み４０ｉに当接することにより流路１１を閉じる。バルブ部Ｖｄは、バルブ保持孔３４ｉへの駆動流体の供給が停止されたときに、弾性復元力で突出部３６ｉが窪み４０ｉから離間することにより流路１１を開放する。

排出バルブＶｏは、導入バルブＶｉと廃液槽７との間における流路１１と対向する位置に配置されている。排出バルブＶｏは、流路１１と対向する位置で第１基材６を上下方向に貫通するバルブ保持孔３４ｏに保持されたバルブ部Ｖｆを有している。バルブ部Ｖｆは、ゴム、エラストマー樹脂などの弾性材料で形成されている。バルブ部Ｖｆの下面には、半球状に突出する突出部３６ｏが設けられている。バルブ部Ｖｆと対向する第２基材９には、窪み４０ｏが設けられている。バルブ部Ｖｆは、バルブ保持孔３４ｏに駆動流体（例えば、空気）が供給されることにより、下側に弾性変形して流路１１中の溶液の流れを調整する。バルブ部Ｖｆは、バルブ保持孔３４ｏに駆動流体が供給されて下側に弾性変形し、突出部３６ｏが窪み４０ｏに当接することにより流路１１を閉じる。バルブ部Ｖｆは、バルブ保持孔３４ｉへの駆動流体の供給が停止されたときに、弾性復元力で突出部３６ｉが窪み４０ｏから離間することにより流路１１を開放する。

定量バルブＶｑは、流路１１と対向する位置で第１基材６を上下方向に貫通するバルブ保持孔３４ｑに保持されたバルブ部Ｖｅを有している。バルブ部Ｖｅは、ゴム、エラストマー樹脂などの弾性材料で形成されている。バルブ部Ｖｅの下面には、半球状に突出する突出部３６ｑが設けられている。バルブ部Ｖｅと対向する第２基材９には、窪み４０ｑが設けられている。バルブ部Ｖｅは、バルブ保持孔３４ｑに駆動流体（例えば、空気）が供給されることにより、下側に弾性変形して流路１１中の溶液の流れを調整する。バルブ部Ｖｅは、バルブ保持孔３４ｑに駆動流体が供給されて下側に弾性変形し、突出部３６ｑが窪み４０ｑに当接することにより流路１１を閉じる。バルブ部Ｖｅは、バルブ保持孔３４ｑへの駆動流体の供給が停止されたときに、弾性復元力で突出部３６ｑが窪み４０ｑから離間することにより流路１１を開放する。

上述したバルブ装置Ｖは、供給孔３９と導入バルブＶｉとの間における流路１１と対向する位置に配置されている。

上記の流体デバイス１のうち、第１基材６、導入バルブＶｉ、排出バルブＶｏ、定量バルブＶｑ、バルブ部Ｖｃ、突出部３６及び軸部４２は、一体的に成形された成形体である。第１基材６、導入バルブＶｉ、排出バルブＶｏ、定量バルブＶｑ、バルブ部Ｖｃ、突出部３６及び軸部４２は、例えば、第１基材６を成形した後に、第１基材６が収容された金型を用いて導入バルブＶｉ、排出バルブＶｏ、定量バルブＶｑ、バルブ部Ｖｃ、突出部３６及び軸部４２を成形する２色成形で成形される。また、予め製作した第１基材６と、導入バルブＶｉ、排出バルブＶｏ、定量バルブＶｑ、バルブ部Ｖｃ、突出部３６及び軸部４２との一方を、他方を成形するための金型に装着して成形するインサート成形で成形することも可能である。

上記の導入バルブＶｉ、排出バルブＶｏ、定量バルブＶｑは、初期オープンバルブ（第２バルブ）である。上述した初期クローズバルブと初期オープンバルブとは、流路１１において直列に並んでいる。

上記の流体デバイス１においては、検出・検査前に、リザーバー２９に溶液が収容された状態で上面６ｂにシート材４１が貼り付けられる。また、図７においては、導入バルブＶｉと排出バルブＶｏとの間の流路１１には、一例として、高粘度の試薬が収容されている。上面６ｂにシート材４１が貼り付けられることにより、バルブ装置Ｖにおいて突出部３６が窪み４０に当接し流路１１が閉じられる。

上記シート材４１が貼り付けられて流路１１が突出部３６と窪み４０との当接により閉じられた流体デバイス１では、シート材４１により注入孔３２及び空気孔３５が閉塞されているため、流路１１及びリザーバー２９は大気開放されない状態となる。そのため、リザーバー２９に収容された溶液は、流動を抑制されて当該リザーバー２９に保持され、流路１１に収容された試薬は、流動を抑制されて当該流路１１に保持される。また、バルブ部Ｖｃにおいて突出部３６が窪み４０に当接し流路１１が閉じられ、リザーバー２９と流路１１とが分断されているため、流体デバイス１に大きな加速度が働いた場合でも、溶液と試薬とが混合されてしまうことを抑制できる。さらに、上記の流体デバイス１では、リザーバー２９及び流路１１における空気の流動も抑制されるため、溶液及び試薬の蒸発も抑えることが可能となる。

また、上記流体デバイス１において、シート材４１が注入孔３２及び空気孔３５の開口部を覆わない場合でも、突出部３６と窪み４０との当接により流路１１が閉じられた側のリザーバー２９及び流路１１は大気開放されていないため、リザーバー２９及び流路１１における溶液、試薬及び空気の流動が抑制される。

次に、流路１１について、より具体的に説明する。
図８に示すように、流路１１は、循環流路１０と、複数（図８の例では３つ）の導入流路１２と、複数（図８の例では３つ）の排出流路１３と、を含む。流路１１には、リザーバー２９（図７参照）から溶液が導入される。

循環流路１０は、積層方向から見て、ループ状に構成される。循環流路１０の経路中には、ポンプＰが配置されている。ポンプＰは、流路中に並んで配置された３つの要素ポンプＰｅから構成されている。要素ポンプＰｅは、いわゆるバルブポンプである。ポンプＰは、３つの要素ポンプＰｅを順次開閉することにより、循環流路内において液体を搬送することができる。ポンプＰを構成する要素ポンプＰｅの数は、４以上であってもよい。

循環流路１０の経路中には、複数（図８の例では３つ）の定量バルブＶｑが設けられる。複数の定量バルブＶｑは、循環流路１０を複数の定量区画１８に区画する。複数の定量バルブＶｑは、それぞれの定量区画１８が所定の体積となるように配置されている。本実施形態において、３つの定量区画１８のうち、１つの定量区画には、蛇行部１８ａが設けられている。蛇行部１８ａは、左右に蛇行して形成された流路である。蛇行部１８ａは、１つの定量区画１８を所望の容量とするために設けられる。

定量区画１８は、それぞれ流路状に延びる。複数の定量区画１８は、それぞれ、流路状の移送流路８０と、移送流路８０の一方の端部に位置する流入部８１と、移送流路８０の他方の端部に設けられる合流部８５と、を有する。したがって、それぞれの定量区画１８において、移送流路８０は、流入部８１と、合流部８５と、の間に位置する。

１つの定量区画１８の流入部８１は、他の定量区画１８の合流部８５と、定量バルブＶｑを介して繋がる。また、流入部８１には、導入バルブＶｉを介して、導入流路１２が繋がる。
同様に、１つの定量区画１８の合流部８５は、他の定量区画１８の流入部８１と、定量バルブＶｑを介して繋がる。また、合流部８５には、排出バルブＶｏを介して、排出流路１３が繋がる。

導入流路１２は、循環流路１０の定量区画１８に溶液を導入するための流路である。導入流路１２は、循環流路１０の定量区画１８毎に設けられる。導入流路１２は、一端側において供給孔３９に接続される。また、導入流路１２は、他端側において、循環流路１０の流入部８１に接続される。

排出流路１３は、循環流路１０の定量区画１８の溶液を廃液槽７に排出するための流路である。排出流路１３は、循環流路１０の定量区画１８毎に設けられる。排出流路１３は、一端側において廃液槽７に接続される。また、排出流路１３は、他端側において、循環流路１０の合流部８５に接続される。

（検出装置７０により溶液中の対象物質を検出する手順）
次に、検出装置７０により上記流路１１中における溶液中の対象物質を検出する手順について説明する。
当該手順は、上述したように、リザーバー２９に溶液が収容された状態で上面６ｂにシート材４１が貼り付けられた流体デバイス１を載置部７１に載置することと、流体デバイス１からシート材４１を剥離することと、流体デバイス１においてリザーバー２９に収容された溶液を流路１１に送液することと、流路１１における溶液中の対象物質を検出することとを含む。

流体デバイス１を載置部７１に載置することにおいては、流体デバイス１における第３基材８の下面８ａが載置部７１の上面に接するように位置させる。

流体デバイス１からシート材４１を剥離することにおいては、剥離部７２がシート材４１の一端を、例えば負圧吸引した状態で第１基材６の上面６ｂに対して相対移動することにより、シート材４１を上面６ｂから剥離する。このとき、載置工程において、例えば流体デバイス１における第３基材８の下面８ａが載置部７１の上面に接合していたり、流体デバイス１が載置部７１に固定されていたりする場合には剥離が容易となる。

（リザーバーから流路に溶液を供給する手順）
流体デバイス１においてリザーバー２９に収容された溶液Ｓを流路１１に送液することにおいては、流体デバイス１からシート材４１を剥離した後に、送液部７３により行われる。

なお、後述するバルブＶｑ、Ｖｉ、Ｖｏの開閉については、上述したように、バルブ保持孔３４ｑ、３４ｉ、３４ｏへの駆動流体の供給及び供給停止を切り替えることにより行われるが、以下ではその説明を省略する。

図７に示すように、リザーバー２９には、予め溶液Ｓが保持、及び／又は、充填されている。流体デバイス１を用いた測定（検出）では、まず、シート材４１を第１基材６の上面６ｂから剥離することにより、バルブ装置Ｖにおける突出部３６が窪み４０と離間して流路１１が開放される。上述したように、シート材４１の剥離前には、リザーバー２９及び流路１１における溶液、試薬及び空気の流動が抑制されていたため、溶液、試薬は蒸発及び混合が抑えられた状態である。

次いで、リザーバー２９内の溶液Ｓを流路１１に移動させる。より具体的には、循環流路１０のそれぞれの定量区画１８にリザーバー２９から溶液Ｓを順番に導入する。ここでは、１つの定量区画１８に溶液Ｓを導入する手順を説明するが、他の定量区画１８についても、同様の手順を行うことで、溶液Ｓが導入される。

定量区画１８に溶液Ｓを導入する際のバルブＶｑ、Ｖｉ、Ｖｏの開閉について図８を基に説明する。まず、溶液Ｓを導入する定量区画１８の長さ方向両側に位置する一対の定量バルブＶｑを閉じる。さらに、該当する定量区画１８に繋がる排出流路１３の排出バルブＶｏを開くと共に、他の排出流路１３の排出バルブＶｏを閉じる。また、該当する定量区画１８に繋がる導入流路１２の導入バルブＶｉを開く。

リザーバー２９から流路１１に溶液を移動させる手順について図７を基に説明する。送液部７３としての吸引装置を用いて、空気孔３５から廃液槽７内を負圧吸引する。これにより、リザーバー２９内の溶液Ｓは、供給孔３９を介して流路１１側に移動して送液される。また、リザーバー２９の溶液Ｓの後方には、注入孔３２を通過した空気が導入される。これにより、リザーバー２９に収容された溶液Ｓは、供給孔３９、導入流路１２を介して、循環流路１０の定量区画１８に導入される。このとき、バルブ装置Ｖにおいては、流路１１が開放されているため、溶液Ｓは支障なく循環流路１０の定量区画１８に導入される。

（流路内の溶液を混合する手順）
次に、流体デバイス１の流路１１に供給された溶液を混合する手順について図８を基に説明する。まず、上述したように循環流路１０のそれぞれの定量区画１８に溶液を導入した状態で、排出バルブＶｏおよび導入バルブＶｉを閉じ、定量バルブＶｑを開く。さらに、ポンプＰを用いて循環流路１０内の溶液を送液して循環させる。循環流路１０を循環する溶液は、流路内の流路壁面と溶液の相互作用（摩擦）により、壁面周辺の流速は遅く、流路中央の流速は速くなる。その結果、溶液の流速に分布ができるため、溶液の混合および反応が促進される。

流路１１における溶液中の対象物質を検出することにおいては、上記流路１１において混合された溶液を、図７に示した検出部７４が検出することにより行われる。対象物質としては、例えば、検体試料に含まれる試料物質である。試料物質は、例えば、核酸、ＤＮＡ、ＲＮＡ、ペプチド、タンパク質、細胞外小胞体などの生体分子や粒子などである。また、溶液において、対象物質と混合される物質は、試料物質に結合させて試料物質の検出を補助する標識物質（検出補助物質）、溶液中の試料物質を捕捉・収集する物質等が挙げられる。

検出部７４としては、例えば、撮像素子により第１基材６を介して対象物質を撮像して検出する構成や、第１基材６を介して磁力を測定することにより対象物質を検出する構成を採ることができる。

以上のように、本実施形態の流体デバイス１においては、上記第１実施形態の流体デバイス１と同様の作用・効果が得られることに加えて、定量バルブＶｑ、導入バルブＶｉ、排出バルブＶｏ、バルブ部Ｖｃ、突出部３６、軸部４２を２色成形により一括的に成形可能であるため、製造効率の向上を図ることが可能になる。なお、定量バルブＶｑ、導入バルブＶｉ、排出バルブＶｏ、バルブ部Ｖｃ、突出部３６、軸部４２を２色成形により一括的に成形する他に、第１基材６を成形する金型に、予め成形した定量バルブＶｑ、導入バルブＶｉ、排出バルブＶｏ、バルブ部Ｖｃ、突出部３６、軸部４２を収容した状態で成形を行うインサート成形であってもよい。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上記実施形態では、バルブ部に流路１１を閉じる力を付与する付与部として、バルブ部Ｖｃに設けられた軸部４２を例示したが、この構成に限定されず、例えば、図９に示されるように、シート材４１とバルブ部Ｖｃとの間のバルブ保持孔３４に装填された粒状部材４２Ａであってもよい。粒状部材４２Ａとしては、図９に示す球状の他に円柱状、立方体状や直方体状であってもよい。粒状部材４２Ａとしては、投入後の姿勢に影響を受けることなくシート材４１とバルブ部Ｖｃとの距離を所定値に維持する観点から球状であることが好ましい。また、付与部がバルブ部Ｖｃと独立して設けられることにより、下面に接着層を有するシート材４１を上面６ｂから剥離する際に、シート材４１に付着した粒状部材４２Ａを一括的に容易に除去することが可能となる。

また、付与部としては、バルブ部Ｖｃに設けられる構成及びバルブ部Ｖｃ、シート材４１に設けられる構成の他に、図１０に示すように、シート材４１の下面から下方に突出して設けられた軸部４２Ｂとする構成であってもよい。この構成においても、シート材４１を剥した後に、上面６ｂから付与部が突出しないため、例えば、貫通孔３５ａに溶液を注入するための部材に付与部と干渉しないための凹部を形成する必要がなくなる。

また、上記実施形態では、バルブ部Ｖｃの一部がバルブ保持孔３４の内周面に付着する円筒状である構成を例示したが、この構成に限定されない。例えば、図１１に示すように、バルブ保持孔３４の内周面における上下方向の中途に、径方向内側に環状に突出する嵌合凸部３４ａを設け、バルブ部Ｖｃに嵌合凸部３４ａが嵌合する嵌合凹部４３を設ける構成であってもよい。この構成のバルブ部Ｖｃは、嵌合凸部３４ａに対して上下方向の両側から係合するため、シート材４１を貼り付けたときに、バルブ部Ｖｃが第１基材６から離脱ことを抑制できる。

また、上記実施形態では、流路１１が第１基材６に形成される構成を例示したが、この構成に限定されず、第１基材６及び第２基材９の双方に跨って形成される構成、第２基材９に形成される構成であってもよい。図１２は、流路１１が形成された第２基材９の平面図である。第２基材９の上面９ｂには、バルブ部Ｖｃの突出部３６と対向する位置に、図１２に示されるように、窪み４０が形成されている。窪み４０は、流路１１の中途に配置されている。図１３は、図１２におけるＡ－Ａ線視断面図である。図１２には、突出部３６が窪み４０から離間して流路１１が開放された状態が示されている。図１２に示すように、窪み４０の最も低い（下側の）位置は、流路１１の底面よりも低い（下側の）位置である。流路１１の底面は、上面９ｂにおける窪み４０の稜線の位置から上側に傾斜している。

上記構成においては、バルブ部Ｖｃが下側に向かって弾性変形して突出部３６が窪み４０に当接することで流路１１を閉塞する。この構成では、突出部３６が窪み４０に当接する面積が大きくなるため、より確実に流路１１を閉塞することが可能になる。

上記構成における、流路１１の深さとしては、０．０５ｍｍ以上、３ｍｍ以下が挙げられる（例えば、０．３ｍｍ）。軸部４２周囲の凹部の直径Ｄとしては、１ｍｍ以上、５ｍｍ以下が挙げられる（例えば、２．２ｍｍ）。軸部４２の直径としては、０．５ｍｍ以上、４ｍｍ以下が挙げられる（例えば、１．０ｍｍ）。上面６ｂからの軸部４２の突出量としては、０．０５ｍｍ以上、３ｍｍ以下が挙げられる（例えば、０．４ｍｍ）。バルブ部Ｖｃが流路１１を開放している際の突出部３６下端と窪み４０の下端との隙間量ｔとしては、０．０５ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下が挙げられる（例えば、０．１ｍｍ）。上面９ｂにおける窪み４０の稜線で形成される円の直径としては、０．５ｍｍ以上、５．０ｍｍ以下が挙げられる（例えば、２．０ｍｍ）。窪み４０の球面の半径ＲＡとしては、１．０ｍｍ以上、５．０ｍｍ以下が挙げられる（例えば、１．４５ｍｍ）。突出部３６の球面の半径ＲＢとしては、１．０ｍｍ以上、５．０ｍｍ以下が挙げられる（例えば、１．８２ｍｍ）。

また、上記実施形態では、バルブＶｃが突出部３６を有する構成を例示したが、この構成に限定されず、例えば、平板状のバルブＶｃが変形により窪み４０に当接して流路１１を閉塞する構成であってもよい。

また、上記実施形態では、バルブ部Ｖｃがシート材４１の貼り付け及び剥離により流路１１を開閉する構成を例示したが、この構成に限定されない。
例えば、上述した定量バルブＶｑ、導入バルブＶｉ、排出バルブＶｏと同様に、シート材４１の剥離後に、バルブ保持孔３４への駆動流体の供給及び供給停止により流路１１の開閉（溶液の流れ調整）を切り替える構成であってもよい。

また、上記実施形態では、バルブ部Ｖｃが流路１１を閉じたときに、付与部の上端が上面６ｂと面一の位置にある構成を例示したが、この構成に限定されず、貼り付けられたシート材４１が剥離しない範囲で付与部の上端が上面６ｂから突出している構成であってもよい。

また、上記実施形態では、シート材４１が接着層を有する構成を例示したが、この構成に限定されず、例えば、シート材を介して基材５を上下方向から挟持するクリップ等を用いてシート材を上面６ｂに貼り付ける構成であってもよい。

１…流体デバイス、 ５…基材、 ６…第１基材、 ６ａ…下面（接合面）、 ６ｂ…上面（第１面）、 ９…第２基材、 ９ｂ…上面（接合面）、 １１…流路、 ３４…バルブ保持孔（貫通孔）、 ４１…シート材、 ４２…軸部（付与部、駆動部）、 ４２Ａ…粒状部材（付与部）、 ６０…貼付装置、 ６１…ローラー装置、 ６２…袋体、 ６３…吸引装置、 ７１…載置部、 ７２…剥離部、 ７３…送液部、 ７４…検出部、 Ｖ…バルブ装置、 Ｖｃ…バルブ部（弾性部材）

Claims (14)

1. 貫通孔を有し、第１面にシート材が剥離可能に張り付けられる第１基材と、
   前記第１基材の前記第１面と逆側の第２面に積層されて前記第２面側に流路を形成する第２基材と、
   前記貫通孔に設けられ前記流路を開閉するバルブと、を備え、
   前記バルブは、前記流路に接する薄膜部と、前記薄膜部の前記流路に接する面とは逆側の面に設けられた軸部と、を有し、
   前記軸部の前記貫通孔の貫通方向の長さは、前記シート材が剥離された状態においては前記第１面から突出し、前記シート材が前記第１面に貼り付けられた状態においては前記薄膜部を変形させて前記流路を閉じる長さであり、
   前記薄膜部及び前記軸部は、同一材料で一体的に形成され、
   第１樹脂材料を用いて形成される前記第１基材と、前記第１樹脂材料と異なる弾性樹脂材料を用いて形成される前記バルブとは、一体的に成形された成形体である、流体デバイス。
2. 前記バルブは、前記シート材を前記第１面から剥離した際に、前記薄膜部の変形が解消される、
   請求項１に記載の流体デバイス。
3. 前記バルブは、前記第１基材と一体的に成形された成形体である、
   請求項１又は２に記載の流体デバイス。
4. 前記軸部は、前記シート材と前記バルブとの間の前記貫通孔に装填された粒状部材である、
   請求項１又は２に記載の流体デバイス。
5. 前記シート材は、少なくとも前記粒状部材と当接する位置に接着層を有する、
   請求項４に記載の流体デバイス。
6. 前記流路に供給する溶液を収容するリザーバーをさらに備え、
   前記バルブは、前記流路における前記リザーバーとの接続部に配置される、
   請求項１～５のいずれか一項に記載の流体デバイス。
7. 前記第１基材は、前記バルブを複数備える、請求項６に記載の流体デバイス。
8. 前記シート材は、前記第１面側に、複数の前記貫通孔の開口部を覆って貼り付けられる、請求項７に記載の流体デバイス。
9. 前記第１基材は、前記リザーバーと接続して前記第１面側から前記溶液を前記リザーバーに注入する注入孔と、廃液槽を介して外部と接続する空気孔と、を備え、
   前記シート材は、前記注入孔および前記空気孔の開口部を覆って貼り付けられる、請求項８に記載の流体デバイス。
10. 前記第１基材は、
    前記流路と対向する位置に設けられる第２貫通孔と、
    前記第２貫通孔の前記流路側の開口部を塞ぎ、前記流路を開閉する第２バルブを備える、請求項１～９のいずれか一項に記載の流体デバイス。
11. 前記第１基材は、前記第２バルブを複数備え、
    前記バルブおよび複数の前記第２バルブは、同一材料で一体的に形成される、請求項１０に記載の流体デバイス。
12. 前記シート材は、前記流体デバイスを包装する袋体の一部である、請求項１～１１のいずれか一項に記載の流体デバイス。
13. 接合面で接合された第１基材及び第２基材の少なくとも一方に前記接合面に開口して形成された流路と対向する位置で前記第１基材を貫通する貫通孔と、
    前記貫通孔の前記流路側に当該流路と対向して設けられ、弾性変形により前記流路中の流体の流れを調整するバルブ部と、
    前記第１基材の前記接合面と逆側の第１面に剥離可能に貼り付けられ前記貫通孔を閉塞可能なシート材と、
    前記貫通孔の前記シート材と前記バルブ部との間に配置され、前記シート材が前記第１面に貼り付けられたときに、前記バルブ部に前記流路を閉じる力を付与する付与部と、
    を備え、
    前記バルブ部と前記付与部は、同一部材で一体的に形成され、
    第１樹脂材料を用いて形成される前記第１基材と、前記第１樹脂材料と異なる弾性樹脂材料を用いて形成される前記バルブ部とは、一体的に成形された成形体である、バルブ装置。
14. 請求項１～１２のいずれか一項に記載の流体デバイスを載置する載置部と、
    前記シート材を剥離する剥離部と、
    前記流体デバイスの流路に対象物質を含む溶液を送液する送液部と、
    前記溶液中の対象物質を検出する検出部と、を備える検出装置。

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