JP7308287B2 - 流路デバイス - Google Patents

Description

本発明は、流路デバイスに関する。

特許文献１には、液体を流すマイクロ流路デバイスが記載されている。

日本国特開２０１５－１６６７０７号公報

流路デバイスにおいては、液体を流路に流したときに、液体に気泡が混入するリスクを低減することが求められている。

本発明に係る流路デバイスの一実施形態は、流路と、流路に位置する第１空間及び第２空間を備える。流路は、液体が流れる方向に沿って側面を有する。第２空間は、第１空間と接続している。第２空間の上端は、第１空間の上端と異なる高さに位置する。第１空間の少なくとも一部は、流路の側面と第２空間の外周の少なくとも一部との間に位置する。

本発明に係る流路デバイスによれば、液体を流路に流したときに、液体に気泡が混入するリスクを低減することができる。

一実施形態に係る流路デバイス１の上面図である。 一実施形態に係る流路デバイス１の上面図である。 一実施形態に係る流路デバイス１の断面図である。 一実施形態に係る流路デバイス１の断面図である。 図２及び図３で示した流路デバイス１の断面図である。 一実施形態に係る流路デバイス１の断面図である。 一実施形態に係る流路デバイス１の断面図である。 一実施形態に係る流路デバイス１の断面図である。 一実施形態に係る流路デバイス１の断面図である。 一実施形態に係る流路デバイス１の断面図である。 一実施形態に係る流路デバイス１の断面図である。 一実施形態に係る流路デバイス１の断面図である。 一実施形態に係る流路デバイス１の断面図である。 一実施形態に係る流路デバイス１の断面図である。 一実施形態に係る流路デバイス１の断面図である。 一実施形態に係る流路デバイス１の上面図である。 一実施形態に係る流路デバイス１の上面図である。 一実施形態に係る流路デバイス１の上面図である。 一実施形態に係る流路デバイス１の上面図である。 他の実施形態に係る流路デバイス１の斜視図である。 図２０で示した他の実施形態に係る流路デバイス１の断面図である。 一実施形態に係る流路デバイス１の上面図である。 一実施形態に係る流路デバイス１の上面図である。 一実施形態に係る流路デバイス１の上面図である。 一実施形態に係る流路デバイス１の上面図である。

（一実施形態）
以下、各図面を参酌しつつ、本開示に係る流路デバイス１について説明する。なお、本開示では便宜上、重力、あるいは表面張力方向を「下方向」、重力、あるいは表面張力方向に逆行する方向を「上方向」として説明している。また、本開示では、流路デバイス１に流入した液体が、先に到達する位置を「上流」とし、後に到達する位置を「下流」として説明している。また、本開示において、「左」とは、上流から下流の方向に見て左を意味し、「右」とは、上流から下流の方向に見て右を意味する。

図１及び図２は、一実施形態に係る流路デバイス１の外観を示す上面図である。また、図３及び４Ｂは、それぞれ図１及び図２で示した流路デバイス１をＡ－Ａの切断線で切断したときの断面図である。なお、これらの図において、流路２の一部は省略されている。省略部分は、波線で示されている。すなわち、図１、図２、図３、及び図４は、それぞれ流路２の一部を示している。つまり、流路２は、例えば、これらの図で示されているよりもさらに上流又は下流に延びていてもよい。

流路デバイス１は、液体を流す流路２を備えている。流路２は、液体が流れる方向に沿って側面が形成されている。すなわち、流路２の側面の形状によって液体が流れる方向が決められる。

流路２は、例えば、樹脂で形成されている。一実施形態に係る流路２は、疎水性の樹脂で形成されている。具体的には、流路２は、例えば、水との接触角が６０度以上の樹脂で形成されていてもよい。流路２を形成する材料の水との接触角は、例えば、基板ガラス表面のぬれ制試験方法（ＪＩＳ Ｒ ３２５７：１９９９）によって求めてもよい。樹脂は、例えば、ポリカーボネート、シクロオレフィンポリマー、及びポリメタクリル酸メチル樹脂、ポリジメチルシロキサンなどである。一実施形態に係る流路２は、ポリメタクリル酸メチル樹脂で構成されている。

なお、流路２の形状を形成可能な材料であれば、流路２を形成する材料はこれらの例に限られない。流路２は、例えば、ガラス、ポリジメチルシロキサン、ポリエステル系熱可塑性エラストマー、及びポリプロピレンなどの材料で形成されてもよい。また、流路２は、例えば、任意の材料によって構成され、内壁に樹脂又は有機系化合物が塗布されていてもよい。塗布される樹脂又は有機系化合物は、例えば、水との接触角が６０度以上の樹脂であってもよい。具体的には、塗布される樹脂は、例えば、フッ素樹脂、シリコン樹脂、及びシランカップリング剤などであってもよい。

流路２は、複数の部材を組合せた複合体であってもよい。一実施形態に係る流路２は、複数の部材同士が接着剤によって接着された複合体である。具体的には、流路２は、例えば、薄膜フィルムが、成形された基板に対して、接着剤により接着した複合体であってもよい。接着剤は、例えば、紫外線硬化型接着剤、多官能エポキシ架橋接着剤、及びシランカップリング剤などである。

なお、複数の部材同士を接合する手段は接着剤のみに限られない。例えば、構造的に複数の部材同士を接合可能であれば、接着材は用いなくともよい。具体的には、例えば、対になる部材に、突起と突起に嵌合する孔をそれぞれ設けて、これらが嵌合することで複合体が形成されてもよい。また、複数の部材は、全て同じ材料であってもよく、異なる材料であってもよい。一実施形態に係る流路２は、全て同じ材料の複数の部材を組合わせた複合体である。また、流路２は、射出成形など、従来公知の技術によって形成すればよい。

一実施形態において、流路２は、第１空間３と第２空間４を有している。第１空間３と第２空間４は、あいだに流路２を介して両者が離れていても良いし、あいだに流路２が存在しない状態で一体的に接続していてもよい。具体的には、第１空間３は、液体が流入する第１流入端３１と、液体が流出する第１流出端３２を有する。また、第２空間４は、液体が流入する第２流入端４１と、液体が流出する第２流出端４２を有する。第２空間４は、第１空間３の第１流入端３１及び第１流出端３２から離れて位置している。そして、第２空間４の第２流入端４１及び第２流出端４２は、第１空間３と接続していてもよい。すなわち、一実施形態において、流路２を流れる液体は、上流側の第１空間３を流れて第２空間４へ到達し、第２空間４を流れて下流側の第１空間３へ到達してもよい。

なお、流路２において第１空間３と第２空間４が位置する部分は、流路２の他の部分と一体として成形されてもよい。すなわち、流路２の成形において、第１空間３と第２空間４が位置する部分とその他の部分は、同時に成形されてもよい。この場合、一実施形態に係る流路デバイス１は、第１空間３と第２空間４が位置する部分とその他の部分がシームレスとなるため、液漏れを防ぐことができる。また、流路２において第１空間３と第２空間４が位置する部分は、流路２の他の部分と別体として成形されてもよい。すなわち、別々に成形したこれらの部分同士を接着剤などで接合することで流路２を成形してもよい。この場合、ユーザは、流路２を任意の形状に組立てやすくなる。すなわち、一実施形態に係る流路デバイス１は、利便性を向上させることができる。

一実施形態において、第２空間４は、第１空間３と高さが異なる。つまり、流路２は、例えば図３に示すように側面から見て上に凸の形状であってもよい。あるいは、流路２は、例えば図４に示すように上に凹の形状であってもよい。すなわち、具体的には、第２空間４の上端が第１空間３の上端と異なる高さに位置していてもよい。また、第１空間３と第２空間４の下端が同じ高さに位置していてもよい。なお、本開示において、「高さが異なる」とは、上下方向の長さが異なることを言う。また、本開示において、「異なる高さに位置する」とは、上下方向において相対的な位置が異なることをいう。

図５は、図１及び図２で示した流路デバイス１をＢ－Ｂの切断線で切断したときの断面図である。すなわち、図５は、流路２において第１空間３と第２空間４の両方が位置する部分を拡大して示した断面図である。

従来、流路デバイスでは、液体が流路を流れる際に、液体中に気泡が混入してしまう場合があった。具体的には、流路を流れる液体の流れが不均一な場合に、気泡が混入した状態で液体が流れてしまう場合があった。例えば、液体が、流路の左右のいずれかに偏って流れる場合、液体の先端面の一部が突出して流れる場合などにおいて、下流に存在する気体を巻き込むことで、流れる液体に気泡が混入してしまう場合があった。この場合、流路デバイスが送液する液量が不均一になる。また、流路デバイスがセンサーを搭載している場合は、混入した気泡が誤検知の原因となり得る。したがって、液体の流れを制御することが可能であり、液体を流路に流したときに気泡が混入するリスクを低減することができる流路デバイスが求められている。

これに対して、本開示に係る流路デバイス１において、第１空間３の少なくとも一部は、流路２の側面と第２空間４の外周の少なくとも一部との間に位置している。すなわち、一実施形態において、流路２は、側面の少なくとも一部に、段差を有している。これによれば、一実施形態に係る流路デバイス１は、液体の流れを制御することができるため、気泡の混入を低減することができる。具体的には、第２空間４の上端は、第１空間３の上端と異なる高さに位置しているため、第１空間３と第２空間４の境界において、液体に表面張力が働く。そのため、液体が上流の第１空間３から第２空間４に流れる際、及び第２空間４から下流の第１空間３に流れる際に、液体の進む速さが小さくなる。また、流路２の側面と第２空間４の外周の少なくとも一部との間に第１空間３が位置することによって、第１空間３と第２空間４の境界面を増やすことができる。すなわち、一実施形態に係る流路デバイス１は、液体に働く表面張力を大きくすることができる。その結果、第１空間３に流入した液体の流れが第１空間３と第２空間４の境界において均一になりやすくなる。つまり、液体の界面の挙動が均一になりやすくなる。したがって、下流の第１空間３から流出する液体に気泡が混入する可能性が低減される。

具体的には、本開示に係る流路デバイス１において、流路２の側面と第２空間４のすべての外周との間に第１空間３が位置していてもよい。すなわち、第２空間４は、平面視において第１空間３に囲まれていてもよい。その結果、液体が上流の第１空間３から第２空間４に流れる際、及び第２空間４から下流の第１空間３に流れる際に、液体の進む速さを最も小さくすることができる。これによれば、例えば、粘性が小さく比較的に進む速さが大きくなりやすい液体を流す場合であっても、気泡の混入を低減しやすくなる。

一実施形態において、第２空間４の上端は、第１空間３の上端よりも高い位置に位置している。すなわち、流路２は、例えば図１に示すように側面から見て上に凸の形状であってもよい。したがって、液体は、第１空間３から第２空間４に流入すると、上方向に進むことができる。この場合、液体には重力、あるいは表面張力が働くため、液体が第２空間４を進む速さを小さくすることができる。そのため、一実施形態に係る流路デバイス１は、液体が第１空間３から第２空間４に流入するときに、液体が第２空間４を進む速さを小さくすることができる。その結果、流路デバイス１は、例えば、液体の進む速さが比較的大きくなりやすい場合であっても、液体に気泡が混入する可能性を低減することができる。また、第１空間３に流入した液体に気泡が含まれている場合に、第２空間４は気泡をトラップすることができる。その結果、流路デバイス１は、下流側に気泡が流れる可能性を低減することもできる。

なお、例えば、液体の粘度が比較的小さい場合、及び流路２の底面が上流から下流に向かって下方に傾斜している場合などに、液体は進む速さが比較的大きくなりやすくなる。しかし、上記の構成が流路デバイス１に適用される場面はこれらの例に限定されるものではない。

第２空間４の上端は、第１空間３の上端よりも低い位置に位置してもよい。すなわち、流路２は、例えば図２に示すように側面から見て上に凹の形状であってもよい。この場合、液体は、第１空間３から第２空間４に流入すると、下方向に進むことができる。そのため、液体には重力、あるいは表面張力が働き、液体が第２空間４を進む速さを大きくすることができる。その結果、流路デバイス１は、例えば、液体が進む速さが小さすぎる場合であっても、流路２内で液体が停止する可能性を低減することもできる。また、流路デバイス１は、例えば、粘性が高く流れにくい液体であっても所定の位置まで液体を流しやすくすることができる。また、流路デバイス１は、例えば、流路２の底面が上流から下流に向かって上方に傾斜している場合であっても所定の位置まで液体を流しやすくすることができる。

一実施形態に係る流路２において、第１空間３と第２空間４の下端は同じ高さに位置している。すなわち、例えば、第２空間４の下端は、図１及び図２に示すように第１空間３の下端と接続していてもよい。つまり、第１空間３と第２空間４は、同一平面上に位置していてもよい。これによれば、第１空間３と第２空間４の下端の境界面に突起及び段差等がなく、液体の流れが妨げられにくくなる。その結果、液体が第１空間３から第２空間４へ流入する際に液体が乱れて気泡が混入する可能性を低減することができる。一実施形態において、第１空間３と第２空間４の下端は同じ高さに位置している。つまり、一実施形態において、第２空間４は、第１空間３よりも高さが大きい。具体的には、第１空間３と第２空間４は、例えば、高さの比が１：２であればよい。

なお、第１空間３と第２空間４の高さの関係は上記の例に限定されない。例えば、第２空間４の一部の高さが第１空間３の高さよりも小さくなっていてもよい。第１空間３と第２空間４の全体が、上記の高さの比を満たしていなくともよい。例えば、第１空間３及び第２空間４はそれぞれ、高さが一定でなくともよい。すなわち、各空間のある一部の高さの比が１：２を満たしていなくともよい。つまり、気泡が混入する可能性を低減し得るのであれば、流路２の構成は上記の例に限定されるものではない。

図６、図７、図８、図９、図１０、図１１、図１２、及び図１３は、さらに他の形状の流路２を有する流路デバイス１を、図３及び図４と同様に図１及び図２のＡ－Ａの切断線で切断したときの断面図である。

流路２の形状は上記の例に限られない。例えば、第２空間４の下端は、第１空間３の下端と異なる高さに位置していてもよい。具体的には、例えば、第２空間４の下端は、第１空間３の下端よりも上方に位置していてもよい。すなわち、流路２は、例えば、図６に示すように側面から見て下に凹の形状であってもよい。この場合、液体は、上流側の第１空間３から第２空間４に流入するときに、上方向に進むことができる。また、液体は、第２空間４から下流側の第１空間３に流出するときに、下方向に進むことができる。したがって、一実施形態に係る流路デバイス１は、液体が第１空間３から第２空間４に流入するときに液体の流れを整えつつ、液体が第２空間４から第１空間３へ流出するときに液体の進む速さを大きくすることができる。そのため、一実施形態に係る流路デバイス１は、下流側の流路２へ比較的スムーズに液体を送ることができる。

また、例えば、第２空間４の下端は、第１空間３の下端よりも下方に位置していてもよい。すなわち、流路２は、例えば図７に示すように側面から見て下に凸の形状であってもよい。この場合、液体は、上流側の第１空間３から第２空間４に流入するときに、下方向に進むことができる。また、液体は、第２空間４から下流側の第１空間３に流出するときに、上方向に進むことができる。したがって、一実施形態に係る流路デバイス１は、液体が上流側の第１空間３から第２空間４に流入したときに液体が第２空間４で停止する可能性を低減しつつ、第２空間４から下流側の第１空間４へ流出するときに液体の流れを整えることができる。そのため、一実施形態に係る流路デバイス１は、下流側の第１空間３へ比較的スムーズに液体を送りつつ、液体に気泡が混入するリスクを低減することができる。

第１空間３と第２空間４の上端は同じ高さに位置していてもよい。すなわち、第２空間４の上端は、第１空間３の上端と接続していてもよい。つまり、第１空間３と第２空間４の上端は同一平面に位置していてもよい。これによれば、第１空間３と第２空間４の上端の境界面に突起及び段差等がなく、液体の流れが妨げられにくくなる。その結果、液体が第１空間３から第２空間４へ流入する際に液体が乱れて気泡が混入する可能性を低減することができる。

また、例えば、第２空間４の上端は、第１空間３の上端と異なる高さに位置し、第２空間４の下端は、第１空間３の下端と異なる高さに位置していてもよい。

すなわち、流路２は、例えば図８に示すように側面から見て十字型の形状であってもよい。ここで、液体に気泡が混入している場合、気泡は第２空間４のうち上に突出した上端側の空間にトラップされる。この場合、液体は、上流側の第１空間３から第２空間４に流入すると上下方向に進むことができる。液体に重力、あるいは表面張力が働くため、下方向に進んだ液体の方が上方向に進んだ液体よりも速く進む。すなわち、第２空間４において、上端側の方が下端側よりも、液体が進みにくい。したがって、一実施形態に係る流路デバイス１は、トラップした気泡を第２空間４に留めやすくなる。

また、流路２は、例えば図９に示すようにＨ型の形状であってもよい。この場合、上流側の第１空間３の上端は、第２空間４の上端よりも高い位置に位置している。したがって、上流側の第１空間３に流入した液体に気泡が混入している場合、気泡は、上流側の第１空間３にトラップされやすくなる。したがって、一実施形態に係る流路デバイス１は、下流側の流路２から流出する液体に気泡が混入する可能性を低減することができる。

また、例えば、第２空間４の上端は、上流側の第１空間３の上端と異なる高さに位置し、かつ第２空間４の下端は下流側の第１空間の下端と異なる高さに位置していてもよい。すなわち、流路２は、例えば図１０に示すように側面から見て逆Ｚ型の形状であってもよい。この場合、液体は、上流側の第１空間３から第２空間４に流入するときに上方向に進むことができる。また、さらに第２空間４から下流側の第１空間３に流出するときにも上方向に進むことができる。したがって、一実施形態に係る流路デバイス１は、より気泡が混入する可能性を低減することができる。

また、流路２は、例えば図１１に示すように上流から下流に向かって空間の高さが大きくなる形状であってもよい。この場合、液体は、上流側の第１空間３から第２空間４に流入するときに上方向に進むことができる。そして、第２空間４から下流側の第１空間３に流出するときに下方向に進むことができる。したがって、一実施形態に係る流路デバイス１は、液体が第１空間３から第２空間４に流入するときに液体の流れを整えつつ、液体が第２空間４から第１空間３へ流出するときに液体の進む速さを大きくすることができる。そのため、一実施形態に係る流路デバイス１は、下流側の流路２へ比較的スムーズに液体を送ることができる。

また、例えば、第２空間４の上端は、下流側の第１空間３の上端と異なる高さに位置し、かつ第２空間４の下端は上流側の第１空間の下端と異なる高さに位置していてもよい。すなわち、流路２は、例えば図１２に示すように側面から見てＺ型の形状であってもよい。この場合、液体は、上流側の第１空間３から第２空間４に流入するときに下方向に進むことができる。また、さらに第２空間４から下流側の第１空間３に流出するときにも下方向に進むことができる。したがって、一実施形態に係る流路デバイス１は、第２空間４で気泡をトラップしつつ、下流側の第１空間３へ流出する液体が進む速さを大きくすることができる。すなわち、一実施形態に係る流路デバイス１は、気泡が混入するリスクを低減しつつ、比較的スムーズに下流側の流路２へ液体を送ることができる。

また、流路２は、例えば図１３に示すように上流から下流に向かって空間の高さが小さくなる形状であってもよい。この場合、液体は、上流側の第１空間３から第２空間４に流入するときに下方向に進むことができる。そして、第２空間４から下流側の第１空間３に流出するときに上方向に進むことができる。したがって、一実施形態に係る流路デバイス１は、液体が上流側の第１空間３から第２空間４に流入したときに液体が第２空間４で停止する可能性を低減しつつ、第２空間４から下流側の第１空間４へ流出するときに液体の流れを整えることができる。そのため、一実施形態に係る流路デバイス１は、下流側の第１空間３へ比較的スムーズに液体を送りつつ、液体に気泡が混入するリスクを低減することができる。

図１４及び図１５は、さらに他の形状の流路２を有する流路デバイス１を、図５と同様に図１のＢ－Ｂの切断線で切断したときの断面図である。一実施形態に係る流路２において、例えば、第１空間３は、流路２の左右いずれかの側面とその側面に対向する第２空間４の外周との間に位置していてもよい。すなわち、図１４及び図１５に示すように流路２の左右いずれかの側に段差が位置していてもよい。この場合、高さが小さい方の空間の方が液体は流れやすくなるため、液体の流れを流路２の左右のいずれかに偏らせることができる。したがって、液体が流路２の左右のいずれかに偏りやすい場合、例えば、流路２が左右のいずれかにカーブした形状である場合などにおいて、液体の流れを均一に揃えやすくなる。すなわち、一実施形態に係る流路デバイス１は、液体に気泡が混入する可能性を低減することができる。

なお、第１空間３と第２空間４の上端及び下端の位置関係は、上記の例に限られない。すなわち、ユーザは、例えば、上記の実施形態において示した流路形状のほか、気泡が混入する可能性を低減することができる任意の構成を適宜採用すればよい。

ここで、液体の進む速さが大きすぎる場合、液体の流れが途切れて気泡が混入するおそれがある。また、液体の進む速さが小さすぎる場合、流れに逆行する方向に表面張力などの力が加わることで流れが停止してしまうおそれがある。

これに対して、本開示に係る流路デバイス１は、第１空間３の第１流入端３１と第１流出端３２の平面視における幅の大きさが異なる。これによれば、一実施形態に係る流路デバイス１は、第１空間３から流出する液体の速さを調節することができる。すなわち、第１空間３に位置する液体の量を調節することができる。

一実施形態において、第１流入端３１の幅は第１流出端３２の幅よりも大きくてもよい。すなわち、液体の流入から流出の方向に直行する方向の断面積は、第１流出端３２よりも第１流入端３１の方が大きくてもよい。具体的には、第１流入端３１と第１流出端３２の幅の比は、１：２であればよい。この場合、第１空間３から流出する液体の進む速さよりも第１空間３に流入する液体の進む速さを大きくすることができる。したがって、液体の流れが途切れにくくなる。すなわち、気泡が混入する可能性を低減することができる。

第１流出端３２の幅は第１流入端３１の幅よりも大きくてもよい。すなわち、液体の流入から流出の方向に直行する方向の断面積は、第１流入端３１よりも第１流出端３２の方が大きくてもよい。具体的には、第１流入端３１と第１流出端３２の幅の比は、２：１であればよい。この場合、第１空間３に流入する液体の進む速さよりも第１空間３から流出する液体の進む速さを大きくすることができる。したがって、進む速さの低下によって流れが停止する可能性を低減することができる。

これらのことから、本開示に係る流路デバイス１は、上述の第１空間３と第２空間４の高さの関係と、第１空間３の第１流入端３１と第１流出端３２の幅の関係とを組合わせることによって、さらに液体の流れを制御することができる。

第１流入端３１から第１流出端３２の間における流路２の幅は、規則的に変化してもよい。例えば、流路２の幅は、図１に示すように第１流入端３１から第１流出端３２に向かって次第に小さくなってもよい。あるいは、例えば、流路２の幅は、図２に示すように第１流入端３１から第１流出端３２に向かって次第に大きくなってもよい。

図１６及び図１７は、さらに他の流路２の形状を示す上面図である。例えば、流路２の幅は、図１６に示すように第１流入端３１から第１流出端３２に向かって次第に小さくなり、その後に次第に大きくなってもよい。また、例えば、流路２の幅は、図１７に示すように第１流入端３１から第１流出端３２に向かって次第に大きくなり、その後に次第に小さくなってもよい。その結果、流路デバイス１は、流れが乱れて不均一になることで液体に気泡が混入する可能性を低減することができる。一実施形態に係る流路デバイス１において、流路２の幅は、第１流入端３１から第１流出端３２に向かって次第に小さくなっている。なお、気泡の混入を低減することができるのであれば、第１流入端３１から第１流出端３２の間における流路２の幅の大きさの関係は上記の例に限られない。例えば、第１流入端３１から第１流出端３２の間における流路２の幅は、不規則に変化してもよい。

一実施形態において、第２空間４の第２流入端４１及び第２流出端４２は、平面視における幅の大きさが異なる。これによれば、一実施形態に係る流路デバイス１は、第２空間４から流出する液体の進む速さを調節することができる。すなわち、第２空間４に位置する液体の量を調節することができる。

一実施形態において、第２流入端４１の幅は第２流出端４２の幅よりも大きい。すなわち、液体の流入から流出の方向に直行する方向の断面積は、第２流出端４２よりも第２流入端４１の方が大きくてもよい。具体的には、第２流入端４１と第２流出端４２の幅の比は、２：１であればよい。この場合、第２空間４から流出する液体の進む速さよりも第２空間４に流入する液体の進む速さを大きくすることができる。したがって、液体の流れが途切れにくくなる。すなわち、気泡が混入する可能性を低減することができる。

また、第２流出端４２の幅は第２流入端４１の幅よりも大きくてもよい。すなわち、液体の流入から流出の方向に直行する方向の断面積は、第２流入端４１よりも第２流出端４２の方が大きくてもよい。具体的には、第２流入端４１と第２流出端４２の幅の比は、１：２であればよい。この場合、第２空間４に流入する液体の進む速さよりも第２空間４から流出する液体の進む速さを大きくすることができる。したがって、進む速さの低下によって流れが停止する可能性を低減することができる。

流路２は、第１空間３の第１流入端３１から第２空間４の第２流入端４１までの長さよりも、第２空間４の第２流出端４２から第１空間３の第１流出端３２までの長さの方が長くてもよい。具体的には、これらの長さの比は、１：２であってもよい。これによれば、第１空間３の第１流入端３１から第１流出端３２までの長さを比較的短くしつつ、流路２の下流にスムーズに送液しやすくなる。具体的には、例えば、上流から下流に向かって流路２の幅が狭くなる場合、液体に濡れる流路２の面積が小さくなっていくため、液体の進む速さが次第に大きくなる。この場合、例えば、第２流出端４２から第１流出端３２までの長さを長くすることによって、液体の流れを整えつつ、第１空間３の下流に流出する液体の進む速さを大きくすることができる。したがって、液体が比較的流れにくい場合、液体の流れを止めずに第１空間３の下流に送液しやすくなる。なお、例えば、液体の粘度が比較的大きい場合、あるいは流路２の底面が上流から下流に向かって上方に傾斜している場合に、液体は比較的流れにくくなる。しかし、上記の構成が流路デバイス１に適用される場面はこれらの例に限定されるものではない。

また、例えば、上流から下流に向かって流路２の幅が広くなる場合、液体に濡れる流路２の面積が大きくなっていくため、液体の進む速さが次第に小さくなる。この場合、例えば、第２流出端４２から第１流出端３２までの長さを長くすることによって、液体の流れを整えつつ、第１空間３の下流に流出する液体の進む速さを小さくすることができる。したがって、液体が比較的流れやすい場合、液体が進む速さを大きくしすぎずに、第１空間３の下流に送液しやすくなる。すなわち、液体に気泡が混入する可能性を低減しやすくなる。なお、例えば、液体の粘度が比較的小さい場合、あるいは流路２の底面が上流から下流に向かって下方に傾斜している場合に、液体は比較的流れやすくなる。しかし、上記の構成が流路デバイス１に適用される場面はこれらの例に限定されるものではない。

図１８及び図１９は、さらに他の形状の流路２を有する流路デバイス１の外観を示す上面図である。流路２は、第２空間４の第２流出端４２から第１空間３の第１流出端３２までの長さよりも、第１空間３の第１流入端３１から第２空間４の第２流入端４１までの長さの方が長くてもよい。具体的には、これらの長さの比は、２：１であってもよい。これによれば、第１空間３の第１流入端３１から第１流出端３２までの長さを比較的短くしつつ、第１空間３に流入した液体を第２空間４にスムーズに送液しやすくなる。具体的には、例えば、上流から下流に向かって流路２の幅が狭くなる場合、液体に濡れる流路２の面積が小さくなっていくため、液体の進む速さが次第に大きくなる。この場合、例えば、第１流入端３１から第２流入端４１までの長さを長くすることによって、液体の流れを整えつつ、第２空間４に流入する液体の進む速さを大きくすることができる。したがって、液体が比較的流れにくい場合、第２空間４で液体の流れを止めずに下流側の第１空間３に送液しやすくなる。

また、例えば、上流から下流に向かって流路２の幅が広くなる場合、液体に濡れる流路２の面積が大きくなっていくため、液体の進む速さが次第に小さくなる。この場合、例えば、第１流入端３１から第２流入端４１までの長さを長くすることによって、液体の流れを整えつつ、第２空間４に流入する液体の進む速さを小さくすることができる。したがって、液体が比較的流れやすい場合、液体が進む速さを大きくしすぎずに、第２空間４に送液しやすくなる。

（他の実施形態）
本開示に係る流路デバイス１の実施形態は上記の例に限定されるものではない。すなわち、本開示に係る流路デバイス１において、上記の実施形態に係る流路２には、上記の構成に加えて、さらに他の構成を適宜適用させてもよい。

図２０は、他の実施形態に係る流路デバイス１の斜視図である。図２１は、図２０で示した他の実施形態に係る流路デバイス１をＣ－Ｃの切断線で切断したときの側断面図である。なお、図２１では、流路２の一部と後述する流路基板５の一部が省略されている。省略部分は波線で示されている。すなわち、流路２は、例えば、図２１で示されているよりもさらに下流に延びていてもよい。また、流路基板５は、例えば、図２１で示されているよりもさらに流路２の上流側又は下流側に広がっていてもよい。

他の実施形態に係る流路デバイス１は、流路基板５をさらに備えている。流路基板５は、流路デバイス１に搭載される種々の部材を保持することができる。したがって、例えば、上記の実施形態で示した流路２は、流路基板５の内部又は外部に位置してもよい。一実施形態において、流路２は、流路基板５の内部に位置している。

流路基板５は、例えば、樹脂で形成されていればよい。具体的には、上記の実施形態で示した流路２と同一の材料で形成されてもよい。すなわち、流路基板５と流路２とは一体として形成されてもよい。この場合、流路基板５と流路２とを別々に形成する必要がなくなるため、流路デバイス１を形成するプロセスを短くすることができる。なお、流路基板５及び流路２は、射出成形などの従来公知の技術によって形成されればよい。

他の実施形態に係る流路デバイス１は、保持部６及び受液部７をさらに備えていてもよい。保持部６は、液体を保持することができる。受液部７は、保持部６から解放された液体を受けることができる。

保持部６及び受液部７は、例えば、流路基板５の外部又は内部に位置していてもよい。一実施形態において、保持部６は流路基板５の外部に位置し、受液部７は、流路基板５の内部に位置している。さらに、受液部７は、流路基板５の上面に開口し、流路２と接続していてもよい。そして、受液部７の開口は、保持部６の底面で覆われていてもよい。すなわち、一実施形態において、保持部６に保持された液体は、保持部６の底面が開放されることで受液部７に流入し、さらに受液部７から流路２に流入することができる。

他の実施形態に係る流路デバイス１が保持部６を有することによって、ユーザは検査の度に使用する液体を適宜定量して流路２に導入する必要がなくなる。したがって、他の実施形態に係る流路デバイス１は、ユーザのハンドリングの差に起因する誤差が生じる可能性を低減することができる。また、保持部６に液体を保存しておくことができるため、ユーザは検査のために液体を別途の容器で保存する必要がなくなる。すなわち、他の実施形態に係る流路デバイス１は、検査の利便性を向上させることができる。

保持部６は、検査に用いる液体の種類に応じた任意の材料によって形成されればよい。例えば、酸化しやすい液体を用いる場合は、保持部６は、酸素の透過率が小さい材料で形成されればよい。例えば、酸性の液体を用いる場合は、保持部６は、耐酸性の材料で形成されればよい。したがって、保持部６は、例えば、アルミニウム、ポリプロピレン、及びポリエチレンなどで形成されればよい。一実施形態において、保持部６は、ポリプロピレンで形成されている。なお、保持部６は、鋳造など、従来公知の技術によって形成されればよい。

保持部６は、液体を保持することができるのであれば、特定の形状に限定されるものではない。保持部６は、例えば、円錐台、三角錐台、及び四角錐台などの錐台、あるいは円錐、三角錐、及び四角推などの錐体、あるいは円柱、三角柱、及び四角柱などの柱体、又はこれらの組合せなど、任意の形状であればよい。一実施形態において、保持部６は円錐台である。なお、保持部６の上面及び下面は、必ずしも平面でなくともよい。保持部６の上面及び下面の少なくとも一方は、例えば、上方に頂点を有する球面であってもよい。すなわち、例えば、保持部６はいわゆるドーム型の形状であってもよい。

受液部７は、例えば、樹脂で形成されていればよい。具体的には、上記の実施形態で示した流路２及び流路基板５と同一の材料で形成されてもよい。すなわち、流路２、流路基板５、及び受液部７とは一体として形成されてもよい。この場合、これらを別々に形成する必要がなくなるため、流路デバイス１を形成するプロセスを短くすることができる。なお、受液部７は、流路２及び流路基板５と同様に射出成形などの従来公知の技術によって形成されればよい。

受液部７は、保持部６から解放された液体を受けることができるのであれば、特定の形状に限定されるものではない。受液部７は、例えば、円錐台、三角錐台、及び四角錐台などの錐台、あるいは円錐、三角錐、及び四角錘などの錐体、あるいは円柱、三角柱、及び四角柱などの柱体、又はこれらの組合せなど、任意の形状であればよい。一実施形態において、受液部７は円柱である。

次に、本開示の一実施形態の流路デバイス１において、第１空間３および第２空間４が形成される具体例について説明する。

図２２は、本開示の一実施形態の流路デバイス１における保持部６の周辺を示す図である。流路デバイス１は、図２２に示すように、保持部６から受液部７に注入された液体が流路２において受液部７から送液される位置に、第１空間３および第２空間４が形成されている。流路デバイス１は、図２２に示すように図１および図３に示した形状の第１空間３および第２空間４が形成されていてもよいし、図４、図６、図７、図８、図９、図１０、図１１、図１２、または図１３に示した形状の第１空間３および第２空間４が形成されていてもよい。流路デバイス１に、図２２に示すように図１および図３に示した形状の第１空間３および第２空間４が形成されている場合、第２空間４の上端が第１空間３の上端よりも高い位置に位置していてもよい。

上記の構成を有することにより、液体が第１空間３から第２空間４に流入する際、第１空間３と第２空間４の境界において液体に表面張力が働くため、液体が第２空間４を進む速さを小さくすることができる。また、流路２の側面と第２空間４の外周の少なくとも一部との間に第１空間３が位置することによって、第１空間３と第２空間４との境界面を増やすことができる。すなわち、一実施形態に係る流路デバイス１は、液体に働く表面張力を大きくすることができる。その結果、第１空間３に流入した液体の流れが第１空間３と第２空間４との境界において均一になりやすくなる。つまり、液体の界面の挙動が均一になりやすくなる。したがって、下流の第１空間３から流出する液体に気泡が混入する可能性が低減される。

図２３は、本開示の一実施形態の流路デバイス１が備える幅広部８の構成を示す図である。図２３に示すように、本開示の一実施形態の流路デバイス１は、幅広部８を備えていてもよい。幅広部８は、流路２の一部を構成しており、流路２の他の部分と比べて流路の幅が広くなっている構造である。幅広部８には、気体（例えば、空気）が充填されていてもよい。例えば、流路２において幅広部８の下流に他の液体が存在する場合、幅広部８に液体が送液されることにより幅広部８に充填されていた空気が幅広部８の下流に押し出されることで、流路２において幅広部８の下流に存在する液体を下流へ向けて送液することができる。これにより、幅広部８に送液された液体と、上記他の液体とが、幅広部８に充填されていた気体を介して接するため、幅広部８に送液された液体と上記他の液体とが混合する可能性を低減させることができる。幅広部８における流路の最大の幅は、２．０～２．５ｍｍであってもよい。

図２３に示すように、第１空間３および第２空間４は、幅広部８に位置していてもよい。幅広部８が、流路２を液体が送液される方向（図２３において矢印で示す方向）に沿って、流路の幅が徐々に広くなる第１領域８１、流路の幅が一定である第２領域８２、および、流路の幅が徐々に狭くなる第３領域８３を有していてもよい。この場合、第１空間３および第２空間４は、第２領域８２および第３領域８３を跨ぐように位置していてもよい。幅広部８に位置する第１空間３および第２空間４は、図１および図３に示した形状であってもよいし、図４、図６、図７、図８、図９、図１０、図１１、図１２、または図１３に示した形状の第１空間３および第２空間４が形成されていてもよい。第１空間３および第２空間４が幅広部８に位置している場合、液体が幅広部８を流れる際に、液体が第２空間４を進む速さを小さくすることができる。その結果、液体に気泡が混入する可能性を低減することができるとともに、液体が第１空間３から第２空間４に流入するときに液体の流れを整えることができる。

図２４は、本開示の一実施形態の流路デバイス１が備える検出部９の構成を示す図である。検出部９は、流路２に設けられており、液体に含まれる検出対象物質の測定を行うための領域である。本実施形態における検出部９は、検出部９に予め固定されている抗体に、液体に含まれる抗原が結合することによる重量の増加を検出するセンサー（不図示）を有していてもよい。

検出部９における検出対象物質の検出方法は、上述の方法に限定されない。当該検出方法は、検出対象物質と直接または間接的に結合した蛍光物質が発する蛍光の強度を測定する方法、または、検出対象物質と直接または間接的に結合した酵素が生成する生成物（色素など）の濃度を検出する方法であってもよい。

図２４に示すように、検出部９は、流路２を液体が送液される方向（図２４において矢印で示す方向）に沿って、流路の幅が徐々に広くなる第４領域９１、流路の幅が一定である第５領域９２、および、流路の幅が徐々に狭くなる第６領域９３を有していてもよい。第１空間３および第２空間４は、第５領域９２に位置してもよい。この場合、前記センサーは、図２４に示すように、第２空間に位置していてもよい。検出部９における流路の最大の幅は、１．０～１．５ｍｍであってもよい。

上記構成となっていることにより、液体が第１空間３から第２空間４（すなわち、センサーの位置する場所）に流入する際に、液体が第２空間４を進む速さを小さくすることができる。これにより、検出部９に予め抗体が固定されている場合、検出部９に予め固定されている抗体に、液体に含まれる抗原が結合する可能性を向上させることができるので、測定精度を向上させることができる。

なお、図２４に示す例では、第２空間４が１箇所形成されているが、本開示の流路デバイスは、これに限られるものではない。検出部９は、第２空間４を２つ以上備える構成であってもよい。

図２５は、本開示の一実施形態の流路デバイス１の構成を示す図である。図２５に示すように、流路デバイス１は、第１保持部６Ａと、第２保持部６Ｂと、第３保持部６Ｃと、第１幅広部８Ａと、第２幅広部８Ｂと、第３幅広部８Ｃと、第１検出部９Ａと、第２検出部９Ｂと、廃液貯留部１０とを備えていてもよい。

本実施形態では、第１保持部６Ａは緩衝液を保持しており、第２保持部６Ｂは検体液を保持しており、第３保持部６Ｃは、第１検出部９Ａおよび第２検出部９Ｂにおいて抗体と結合しなかった抗原を洗い流す等の目的のために用いられる緩衝液を保持している。

第１検出部９Ａおよび第２検出部９Ｂは、第２保持部６Ｂに保持されている検体液に含まれる異なる抗原をそれぞれ測定してもよいし、いずれか一方には抗体が固定化されていなくてもよい。

次に、図２５に示す流路デバイス１の使用方法について説明する。まず、第１保持部６Ａの底面を開放することにより第１保持部６Ａから緩衝液が流路２に流入する。このとき、第１保持部６Ａに近くに第１空間３および第２空間４が形成されていることにより、緩衝液に気泡が混入する可能性を低減することができる。また、当該第１空間３に流入した緩衝液に気泡が含まれている場合に、気泡を第２空間４によってトラップすることができる。その結果、下流側に気泡が流れる可能性を低減することができる。

次に、緩衝液が上記第１空間３を通過し第１幅広部８Ａに到達する。第１幅広部８Ａは、上記幅広部８と同様の構成を有している。そのため、第１幅広部８Ａを緩衝液が送液される際に緩衝液の流れを整えることができる。第１幅広部８Ａを通過した緩衝液は、第１検出部９Ａおよび第２検出部を通過した後、廃液貯留部１０に送液される。

次に、第２貯留部６Ｂの底面を開放することにより第２保持部６Ｂから検体液が流路２に流入し、第２幅広部８Ｂに到達する。このとき、第２幅広部８Ｂに充填されていた気体が下流に向けて送出されることにより、流路２内に存在する緩衝液を下流へ向けて送液することができる。これにより、検体液と緩衝液とが混合する可能性を低減させることができる。

第２幅広部８Ｂを通過した検体液は、第１検出部９Ａに流入する。第１検出部９Ａは、上述の検出部９と同様の構成を有しているため、第１検出部９Ａに予め固定されている抗体に、検体液に含まれる抗原が結合する可能性を向上させることができる。その結果、測定精度を向上させることができる。

第１検出部９Ａから流出した緩衝液は、次に、第２検出部９Ｂに流入し、第１検出部９Ａにおいて測定した抗原とは異なる抗原の測定が行われる。第２検出部９Ｂから流出した緩衝液は、廃液貯留部１０に送液される。

次に、第３貯留部６Ｂの底面を開放することにより第１保持部６Ａから緩衝液が流路２に流入し、第３幅広部８Ｃを通過し、第１検出部９Ａおよび第２検出部９Ｂに流入する。第１検出部９Ａおよび第２検出部９Ｂに導かれた緩衝液によって、第１検出部９Ａおよび第２検出部９Ｂにおいて抗体と結合しなかった抗原を洗い流す。その後、緩衝液は、廃液貯留部１０に送液される。

以上、本開示に係る流路デバイス１の実施形態について、諸図面及び実施例に基づき説明してきた。しかしながら、当業者であれば本開示に基づき種々の変形又は修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形又は修正は本開示の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各構成部等に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部等を１つに組み合わせたり、或いは、分割したりすることが可能であることに留意されたい。

例えば、図１において、第１空間３の第１流入端３１と第１流出端３２、及び第２空間４の第２流入端４１と第２流出端４２は、それぞれ直線で示されているが、これに限られない。例えば、第１空間３の第１流入端３１と第１流出端３２、及び第２空間４の第２流入端４１と第２流出端４２は、流路２の上流側又は下流側に頂点を有する曲線であってもよい。

例えば、上記の実施形態において、保持部６は、流路基板５の上面に位置しているが、下面に位置していてもよい。この場合、受液部７は、流路基板５の下面に開口していればよい。

本開示において「第１」及び「第２」等の記載は、一実施形態に係る流路デバイス１の構成を区別するための識別子である。本開示における「第１」及び「第２」等の記載で区別された構成は、当該構成における番号を交換することができる。例えば、第１空間３は、第２空間４と識別子である「第１」と「第２」とを交換することができる。識別子の交換は同時に行われる。識別子の交換後も当該構成は区別される。識別子は削除してもよい。識別子を削除した構成は、符号で区別される。本開示における「第１」及び「第２」等の識別子の記載のみに基づいて、当該構成の順序が解釈されてはならない。また、本開示において、「進む速さ」とは、流量又は流速と解釈されてもよい。流量とは、単位時間あたりに流れる液体の量をいう。流速とは、単位時間あたりに液体が進む距離を言う。

流路デバイス １
流路 ２
第１空間 ３
第１流入端 ３１
第１流出端 ３２
第２空間 ４
第２流入端 ４１
第２流出端 ４２
流路基板 ５
保持部 ６
突起部 ６１
第１面 ６１ａ
受液部 ７

Claims (19)

1. 液体が流れる方向に沿って側面を有する流路と、
   前記流路に位置する第１空間と、
   前記流路において前記第１空間と接続して位置し、前記第１空間の上端と異なる高さに上端が位置する第２空間と、を備え、
   前記第１空間の少なくとも一部は、前記流路の前記側面と前記第２空間の外周の少なくとも一部との間に位置し、
   前記第２空間は、平面視において前記第１空間に囲まれており、前記液体が流入する第２流入端と前記液体が流出する第２流出端とを有し、前記第２流入端から流入した液体に気泡が含まれている場合に、前記気泡をトラップする、流路デバイス。
2. 液体が流れる方向に沿って側面を有する流路と、
   前記流路に位置する第１空間と、
   前記流路において前記第１空間と接続して位置し、前記第１空間の上端と異なる高さに上端が位置する第２空間と、を備え、
   前記第１空間の少なくとも一部は、前記流路の前記側面と前記第２空間の外周の少なくとも一部との間に位置し、
   前記第２空間の上端は、前記第１空間の上端よりも高い位置に位置し、
   前記第２空間は、平面視において前記第１空間に囲まれており、前記液体が流入する第２流入端と前記液体が流出する第２流出端とを有し、
   前記第２流入端は、前記第２流出端よりも幅が大きい、流路デバイス。
3. 前記第２空間の上端は、前記第１空間の上端よりも高い位置に位置する、請求項１に記載の流路デバイス。
4. 前記第２空間は、前記第１空間よりも高さが大きい、請求項２または３に記載の流路デバイス。
5. 前記第２空間の上端は、前記第１空間の上端よりも低い位置に位置する、請求項１に記載の流路デバイス。
6. 前記第２空間は、前記第１空間よりも高さが小さい、請求項５に記載の流路デバイス。
7. 前記第２空間の下端は、前記第１空間の下端と同一平面に位置する、請求項１～６のいずれかに記載の流路デバイス。
8. 前記第２空間の下端は、前記第１空間の下端よりも低い位置に位置する、請求項１～６のいずれかに記載の流路デバイス。
9. 前記第１空間は、前記液体が流入する第１流入端と前記液体が流出する第１流出端とを有し、
   前記第１流入端は、前記第１流出端よりも幅が大きい、請求項１～８のいずれかに記載の流路デバイス。
10. 前記第１空間は、前記液体が流入する第１流入端と前記液体が流出する第１流出端とを有し、
    前記第１流入端は、前記第１流出端よりも幅が小さい、請求項１～８のいずれかに記載の流路デバイス。
11. 前記第２流入端は、前記第２流出端よりも幅が大きい、請求項１、３～１０のいずれかに記載の流路デバイス。
12. 前記第２流入端は、前記第２流出端よりも幅が小さい、請求項１、３、５～１０のいずれかに記載の流路デバイス。
13. 前記第１空間は、前記第１流入端から前記第２流入端までの長さよりも、前記第２流出端から前記第１流出端までの長さの方が長い、請求項９または１０に記載の流路デバイス。
14. 前記第１空間は、前記第１流入端から前記第２流入端までの長さよりも、前記第２流入端から前記第１流出端までの長さの方が短い、請求項９または１０に記載の流路デバイス。
15. 内部に前記流路が位置する流路基板と、
    前記流路基板の上面に位置し、前記液体を保持可能な保持部と
    前記流路基板の上面に開口し、前記流路と接続する受液部と、をさらに備え、
    前記受液部の開口は、前記保持部の底面に覆われている、請求項１～１４のいずれかに記載の流路デバイス。
16. 前記保持部は、前記流路基板の上面に対向する第１面、及び前記第１面の外縁に位置し上方に突出する突起部を有する、請求項１５に記載の流路デバイス。
17. 前記第１面の少なくとも一部は、前記保持部に充填された前記液体の液面と接している、請求項１６に記載の流路デバイス。
18. 前記流路は、疎水性材料で形成されている、請求項１～１７のいずれかに記載の流路デバイス。
19. 前記流路の内周面は、疎水性材料が塗布されている、請求項１～１８のいずれかに記載の流路デバイス。

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