JP7361884B2 - 流路デバイス - Google Patents

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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)。流体から分離対象粒子を分離するデバイスに採用される部品と、分離対象粒子の評価に用いられるデバイスに採用される部品とは、互いに異なる場合がある。
流路デバイスは、溝を有する第1デバイスと、第1面と、前記第1面に対向して位置して前記第1デバイスに接触する第2面と、前記第1面と前記第2面との間で貫通して前記溝と連通する第1孔とを有する第2デバイスと、前記第1面に接触する第3面と、前記第3面において開口し前記第1孔と連通する第2孔と、前記第2孔と連通して前記第3面において開口する流路とを有する第3デバイスとを備える。
前記第1面から前記第2面に向かう第1方向に沿って見て、前記第1孔は、前記第2孔に囲まれる少なくとも1つの頂点と、各々の前記頂点と連結され、前記流路に向かって広がって劣角を形成する辺の対とを有する。
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、接続デバイスと分離デバイスとを図9の位置H-Hにおいて鉛直下向き(-Z方向)に見て模式的に示し、破断によって一部が省略された断面図である。 図9は、接続デバイスと分離デバイスとを図8の位置G-Gにおいて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10は、接続デバイスと分離デバイスとを図11の位置H1-H1において鉛直下向き(-Z方向)に見て模式的に示し、破断によって一部が省略された断面図である。 図11は、接続デバイスと分離デバイスとを図10の位置G1-G1において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12は、接続デバイスと分離デバイスとを図14の位置H2-H2において鉛直下向き(-Z方向)に見て模式的に示し、破断によって一部が省略された断面図である。 図13は、接続デバイスの貫通孔の一部を拡大して示す平面図である。 図14は、接続デバイスと分離デバイスとを図12の位置G2-G2において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15は、接続デバイスと分離デバイスとを図16の位置H3-H3において鉛直下向き(-Z方向)に見て模式的に示し、破断によって一部が省略された断面図である。 図16は、接続デバイスの貫通孔の一部を拡大して示す平面図である。 図17は、接続デバイスと分離デバイスとを図15の位置G3-G3において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。
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。
当該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。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。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。
分離対象粒子P100の計数に鑑みて、処理用デバイス1が透光性を有してもよい。図1、図3(a)、図3(b)、図3(c)、図5(a)、図5(b)、図5(c)、図9、図11、図14、図17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。
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、透光性に優れ、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。
<3.排出孔329から貫通孔229への流体の移動>
図2、図5(c)、図8、図9を参照した説明が行われる。まず、説明を容易にするために、貫通孔229および排出孔329のいずれの平面視上の輪郭(以下、単に「輪郭」と称される)も、平面視上で円形である場合が想定される。貫通孔229の輪郭は面2aの縁によって規定される。排出孔329の輪郭は分離デバイス3の平面視上の縁によって規定される。図8もかかる想定に則って描かれる。図8において排出孔329と流路39との境界は仮想線たる一点鎖線によって円弧として描かれる。
流体が流路39から計測流路151へ至るまでに、排出孔329、貫通孔229、導入孔129を経由する。流路39から排出孔329に至るまでには、流体は面2a上を-X方向へ移動する。
通常、貫通孔229の平面視上の輪郭は、排出孔329の輪郭を囲む。貫通孔229および排出孔329のかかる配置は、貫通孔229と排出孔329との位置ずれが生じても、流体が排出孔329から貫通孔229へ移動し易くし得る。かかる配置を実現する観点から、貫通孔229の輪郭の径W2は、排出孔329の輪郭の径W3よりも大きい。
以下の説明では導入孔129の大きさは不問である。例えば導入孔129は貫通孔229と平面視上で一致する場合が想定される。図9もかかる想定に則って描かれる。また、径W2は径W3よりも大きいか、あるいは径W2は径W3と等しい。例えば径W2の値は2.4mmである。例えば径W3の値は2.0mmである。
排出孔329の近傍における流路39の幅(排出孔329に向かって(-X)方向に延びる部分における流路39の、Y方向に沿った長さ)d0よりも、径W3は大きい。かかる大小関係は流路39から排出孔329への流体の容易な移動に寄与し得る。例えば幅d0の値は0.9mmである。
例えば、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、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。
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、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。
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。
図9には流体4が排出孔329に到達せず、よって貫通孔229にも到達しない状態が示される。流体4のうち、接続デバイス2および分離デバイス3のいずれにも接触しない表面41が、貫通孔229の輪郭において流路39から排出孔329に向かってせり出す。
このような表面41のせり出しは、流体4が親水性を有する液体であって、面2aが撥水性を有する場合に発生しやすい。このような場合には流体4と面2aとの接触角が大きくなる。流体4に与えられる圧力が一定であれば接触角の余弦値と表面張力とは反比例し(例えばラプラスの式を参照)、当該接触角の増大は表面張力の増大をもたらす。表面張力の増大は、流体4が流路39から排出孔329へと円滑に移動することを妨げやすくする。
前処理流体の例は生理食塩水(例えばPBS)である。生理食塩水は親水性に富む。接続デバイス2の素材がシリコーン樹脂であるとき、前処理流体は流体4と同様に貫通孔229へは到達しにくい。
面2a,3bは例えば上述の様に、プラズマ接合あるいは光接合によって接合されたとき、面2aは親水性を有する。プラズマ接合あるいは光接合によって得られた親水性は経時的に低下する。分離デバイス3と接続デバイス2とが接合されてから長時間が経過した場合であっても、前処理流体が排出孔329から貫通孔229へ円滑に移動することが望まれる。
貫通孔229が平面視上で円形を呈する場合、図8で例示されるように、流路39および排出孔329から貫通孔229へ向かう流体4(図9参照)が接する部分(以下「接触部位」と称される)は流路39において、X方向に対して凸の円弧として現れる。この円弧へ流路39から流体4(図9参照)が到達する。
下記の例示では、貫通孔229の輪郭のうち接触部位は、平面視上で流路39側から離れるにつれて(ここでは(-X)方向側へ向かうにつれて)狭まる出隅を有する。この出隅は、より具体的には、頂点と当該頂点に連結される2辺とを有する。出隅は劣角側で流路39を根元側として狭まる。このような接触部位へ、平面視上、流体4が出隅の根元側から流入して頂点に至る。
平面視上、円弧を呈する接触部位へ流体4の先頭が到達するよりも、2辺によって導かれる頂点を有する接触部位へ流体4の先頭が到達する方が、接触部位における流体4の圧力が高まりやすい。かかる圧力が高まるほど、流路39から排出孔329に向かって流体4は移動し易くなる。
図10は、貫通孔229が平面視上、頂点Q1と、辺229a,229bと、曲線229rとを有する場合を例示する。図10では図の煩雑を避けるために導入孔129の図示が省略される。
辺229a,229bは頂点Q1において連結される辺の対である。辺229a,229bは流路39に向かって広がって劣角α1を形成する。図10による例示においては、平面視上で流路39側を根元側とする出隅は1つである。
図10において排出孔329と流路39との境界は仮想線たる一点鎖線によって円弧として描かれる。平面視上、頂点Q1は排出孔329に囲まれる。平面視上、例えば頂点Q1は円弧である曲線229rの中心に位置する。頂点Q1は円弧たる曲線229rの中心に位置しなくてもよい。
曲線229rは辺229aの頂点Q1とは反対側の端と、辺229bの頂点Q1とは反対側の端とを連結する。図10では曲線229rが排出孔329よりも外側にある場合が例示される。この場合、曲線229rは、接触部位には含まれず、流体4が頂点Q1へ到達することを妨げない。曲線229rは例えば径W2を有する円弧である。
図10に例示される場合において、接触部位は頂点Q1および排出孔329において現れる位置での辺229a,229bである。
図10では辺229a,229bがX方向においていずれも長さd2を有する場合が例示される。辺229a,229bのX方向における長さは互いに異なってもよい。
図11では頂点Q1がZ方向に平行な直線として現れ、辺229aがZ方向に平行な平面として現れ、曲線229rはZ方向に平行な円筒の一部として現れる。図11における表面41は、流体4が貫通孔229へ流れ込む直前の状態を示す。図11は流体4が貫通孔229へ流れ込み難い状態を示すものではない。流体4は頂点Q1に到達した後、貫通孔229へ流れ込み易い。
図12は、貫通孔229の輪郭が、頂点Q2,Q3と、辺229c,229d,229e,229f,229gと、曲線229rとを有する場合を例示する。図12では図の煩雑を避けるために導入孔129の図示が省略される。
図12において排出孔329と流路39との境界は仮想線たる一点鎖線によって円弧として描かれる。平面視上、頂点Q2,Q3は排出孔329に囲まれる。
図12および図13で例示されるように、辺229c,229dは頂点Q2において連結される辺の対である。辺229c,229dは流路39に向かって広がって劣角α2を形成する。辺229f,229gは頂点Q3において連結される辺の対である。辺229f,229gは流路39に向かって広がって劣角α3を形成する。図12および図13による例示においては、平面視上で流路39側を根元側とする出隅は2つである。
辺229eはY方向において辺229d,229fに挟まれてこれらと連結する。図12および図13では辺229eはY方向に平行に配置される場合が例示される。辺229eはY方向に平行でなくてもよい。
曲線229rは辺229cの頂点Q2とは反対側の端と、辺229gの頂点Q3とは反対側の端とを連結する。図12では曲線229rが排出孔329よりも外側にある場合が例示される。この場合、曲線229rは、接触部位には含まれず、流体4が頂点Q2,Q3へ到達することを妨げない。曲線229rは例えば径W2を有する円弧である。
図12および図13に例示される場合において、接触部位は頂点Q2,Q3、辺229d,229e,229f、および排出孔329において現れる位置での辺229c,229gである。
図13では辺229c,229gがX方向においていずれも長さd3を有する場合が例示される。辺229c,229gのX方向における長さは互いに異なってもよい。
図14では頂点Q2および辺229eがそれぞれZ方向に平行な直線として現れ、辺229c,229dがそれぞれZ方向に平行な平面として現れ、曲線229rはZ方向に平行な円筒の一部として現れる。例えば平面視上、頂点Q2のX方向における位置および頂点Q3のX方向における位置と円弧たる曲線229rの中心のX方向における位置とは一致する。
図14において流体4の表面412,41eは、接続デバイス2および分離デバイス3のいずれにも接触しない。流体4は頂点Q2において表面412を有する。流体4は辺229eにおいて表面41eを有する。頂点Q3においても流体4は表面412と同様の表面を有する。
表面412は、流体4が貫通孔229へ流れ込む直前の状態を示す。図14は流体4が貫通孔229へ流れ込み難い状態を示すものではない。流体4は頂点Q2,Q3に到達した後、貫通孔229へ流れ込み易い。流体4は辺229eにおいて表面41eが維持されてもよい。
図15は、貫通孔229の輪郭が、頂点Q4,Q5,Q6と、辺229h,229i,229j,229k,229m,229n,229pと、曲線229rとを有する場合を例示する。図15では導入孔129が隠れ線たる破線で示される。
図15において排出孔329と流路39との境界は仮想線たる一点鎖線によって円弧として描かれる。平面視上、頂点Q4,Q5,Q6は排出孔329に囲まれる。
図15および図16で例示されるように、辺229i,229jは頂点Q4において連結される辺の対である。辺229i,229jは流路39に向かって広がって劣角α4を形成する。辺229k,229mは頂点Q5において連結される辺の対である。辺229k,229mは流路39に向かって広がって劣角α5を形成する。辺229n,229pは頂点Q6において連結される辺の対である。辺229n,229pは流路39に向かって広がって劣角α6を形成する。図15および図16による例示においては、平面視上で流路39側を根元側とする出隅は3つである。
辺229jの頂点Q4とは反対側の端と、辺229kの頂点Q5とは反対側の端とは一致する。辺229mの頂点Q5とは反対側の端と、辺229nの頂点Q6とは反対側の端とは一致する。
曲線229rは、辺229iの頂点Q4とは反対側の端と辺229hを介して連結される。曲線229rは、辺229pの頂点Q6とは反対側の端と連結される。図15では曲線229rが排出孔329よりも外側にある場合が例示される。この場合、曲線229rは、接触部位には含まれず、流体4が頂点Q4,Q5,Q6へ到達することを妨げない。曲線229rは例えば径W2を有する円弧である。
図15および図16に例示される場合において、接触部位は頂点Q4,Q5,Q6、辺229i,229,229k,229m,229n、および排出孔329において現れる位置での辺229h,229pである。
図16では辺229i,229j,229k,229m,229nがX方向においていずれも長さd6を有する場合が例示される。辺229i,229j,229k,229m,229nのX方向における長さは互いに異なってもよい。
図17では頂点Q4がZ方向に平行な直線として現れ、辺229j,229kがそれぞれZ方向に平行な平面として現れ、曲線229rはZ方向に平行な円筒の一部として現れる。例えば平面視上、頂点Q4のX方向における位置、頂点Q5のX方向における位置および頂点Q6のX方向における位置と円弧たる曲線229rの中心のX方向における位置とは一致する。
図17において表面41は、流体4が貫通孔229へ流れ込む直前の状態を示す。図17は流体4が貫通孔229へ流れ込み難い状態を示すものではない。流体4は頂点Q4,Q5,Q6に到達した後、貫通孔229へ流れ込み易い。
辺229aと辺229bとの間の距離のY方向における最大値d1(図10参照)、辺229cと辺229dとの間の距離のY方向における最大値d4(図13参照)、辺229fと辺229gとの間の距離のY方向における最大値d5(図13参照)、辺229iと辺229jとの間の距離のY方向における最大値d7(図16参照)、辺229kと辺229mとの間の距離のY方向における最大値d8(図16参照)は、例えばいずれも0.5mm以上である。最大値d1,d4,d5,d7,d8が大きいことは、それぞれ頂点Q1,Q2,Q3,Q4,Q5へと流体4が到達しやすい観点で有利である。
辺229a,229bのX方向における長さ(図10においてはいずれも長さd2で例示される)、辺229c,229gのX方向における長さ(図13においてはいずれも長さd3で例示される)、辺229i,229j,229k,229m,229nのX方向における長さ(図16ではいずれも長さd6で例示される)は、例えばいずれも0.1mm以上である。これらのX方向における長さが大きいことによって、小さな劣角α1,α2,α3,α4,α5,α6が得られ易い。劣角α1,α2,α3,α4,α5,α6が小さいことは、それぞれ頂点Q1,Q2,Q3,Q4,Q5,Q6における流体4の圧力を高め易い観点で有利である。
例えば劣角α1,α2,α3,α4,α5,α6は60度以上かつ120度以下である。頂点Q1における流体4の圧力を高めるために劣角α1が90度以下であってもよい。
曲線229rは接触部位に含まれてもよい。曲線229rは円弧でなくてもよい。
<4.変形>
接触部位における出隅の個数は1個(図10参照)でも、2個(図12、図13参照)でも、3個(図15、図16参照)でも、4個以上でもよい。
排出孔329の輪郭は円形に限られず、楕円形であってもよい。輪郭329cには円を含む楕円形が採用され得る。導入孔129の輪郭は円形に限られず、楕円形であってもよい。
前処理流体の使用は必須ではない。上述の様に接触部位に出隅を採用する特徴は、被処理流体が排出孔329から導入孔129へ円滑に移動し易くすることに寄与し得る。
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
2a,2b,3b 面
3 分離デバイス
39 流路
100 流路デバイス
151 計測流路
229 貫通孔
329 排出孔
229a,229b,229c,229d,229f,229g,229i,229j,229k,229m,229n,229p 辺
229r 曲線
Q1,Q2,Q3,Q4,Q5,Q6 頂点
α1,α2,α3,α4,α5,α6 劣角

Claims (8)

  1. 溝を有する第1デバイスと、
    第1面と、前記第1面に対向して位置して前記第1デバイスに接触する第2面と、前記第1面と前記第2面との間で貫通して前記溝と連通する第1孔とを有する第2デバイスと、
    前記第1面に接触する第3面と、前記第3面において開口し前記第1孔と連通する第2孔と、前記第2孔と連通して前記第3面において開口する流路とを有する第3デバイスと
    を備え、
    前記第1面から前記第2面に向かう第1方向に沿って見て、前記第1孔は、
    前記第2孔に囲まれる少なくとも1つの頂点と、
    各々の前記頂点と連結され、前記流路に向かって広がって劣角を形成する辺の対と
    を有する、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1方向に沿って見て、前記第1孔は、前記第2孔の外側にある曲線を更に有する、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、
    前記第1方向に沿って見て、前記第2孔は円形または楕円形を呈する、流路デバイス。
  4. 請求項1から請求項3のいずれか1つの請求項に記載の流路デバイスであって、
    記第2デバイスは、前記第3デバイスおよび前記第1デバイスに対して、光接合またはプラズマ接合によって接合される、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デバイスを形成する材料は、ポリジメチルシロキサンを含む、流路デバイス。
  6. 請求項4または請求項5に記載の流路デバイスであって、
    前記第1デバイスを形成する材料は、シクロオレフィンポリマーを含む、流路デバイス。
  7. 請求項4から請求項6のいずれか1つの請求項に記載の流路デバイスであって、
    前記第2デバイスを形成する材料は、シリコーンを含む、流路デバイス。
  8. 請求項1から請求項7のいずれか1つの請求項に記載の流路デバイスであって、
    前記第1デバイスは透光性を有する、流路デバイス。
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