JPS5940154A - 液体搬送装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、液体を毛細管現象で搬送する通路を含む液体
搬送装置、よシ詳細には前記のような通路へ液体を運ぶ
装置に関する。

欧州特許第００１０４５６号は、液体の滴を受取り、そ
の液体を毛細管現象区画、即ち通路まで運ぶようにつく
られた開口を有する液体搬送装置を開示しており、前記
特許に説明さハているように、前述の開口は、液体の滴
が慎重に前記開口の中心に落され、かつ該開口を完全に
囲むようにならなければ、円形であれば使用が困難であ
る。前記開口の中央に滴が来なければ、円形開口の滑か
な円筒状の側壁は液体の滴を開口の一部の上に溜らせ、
開口から吸出する傾向がある。そのような場合の液体の
表面張力によって液体を開口へ入ねる代りに、そこから
押し出してしまう傾向がある。

欧州特許第００１０４５＜５号に記載の装置は、液滴を
開口へ押込む上で極めて効果的であることが判明した特
殊な側壁形状を有する開口を使用することにより円形開
口の問題を排除している。しかしながら、前記の特殊形
状の側壁を有する開口につ、・ての１つの問題は前記開
口を液体搬送装置を製作するときに形成しにくいことで
ある。このように、液体搬送装置を大量に製作する場合
、円形開口を形成できればはるかに好ましい。

液体搬送装置への液体を計量する上で重要な要素は、開
口に液体を配布する精度である。開口の中心と、滴下さ
ねだ液体の中心との間の距離はずれの計量誤差と１７で
知られている。計量装置と搬送装置との公差を制御する
ことによりある点を越えて誤差を減少させることは実用
」杓でない。唯一容易に変えられるその他のパラメータ
は液体の滴下量と開口の寸法である。液体の滴下量は、
想定される中心ずれの最大誤差から決定されるが、開口
が滴下した液体の周囲によって常に囲まれるのを確実に
するよう増加させることができる。しかしながらそのよ
うな方法は約１０μｌである現在好適とされているレベ
ルから容認さねないレベルまで液体の滴下必要量を増加
させてしまう可能性がある。

ずれの誤差を包含するために単に開口の寸法を大きくす
ることは、液滴が毛細管搬送通路の上面に接触すること
なく開口へ人ってしまう可能性があるため満足な解決で
はない。そのような場合、搬送通路において毛細管現象
による流ＩＩは発生しないであろう。その他の方法は液
体の量を一定にし、開口の寸法を減少させることである
。この方法では、最大誤差のずれが発生［またとしても
、開口は確実に滴下した液体によって囲まれるようにな
る。しかしながら、直径が３ミリり下の著しく小さい開
口は数々の欠点がある。液滴が接触する表面積は開口の
面積に比較して非常に大きいため、残余の液体が開口へ
入るよりもむしろ開１コの周りの表面に留る傾向がある
。そのような何１向により毛細管通路を通過する液体の
量を変え、このことが、もし液体搬送装置が流体中のア
ナライト（ａｎａｌｙｔｅ　）のレベルの検出に使用さ
れる場合誤差を生ぜしめる可能性がある。さらに、液滴
が接触する比較的大きい表面積によって、液滴を開口の
中心の位置から漂遊させる傾向がある。

このように、進入開口の固定された寸法に対して液体の
量を増加させたり、あるいは液体の固定された滴下量に
対して開口の寸法を減少させることのいづれも、円形の
進入開口を信頼して使用するには満足な方法ではなかっ
た。

本発明は、実用的な寸法の液滴が確実に囲むに十分な貫
流寸法を有する進入開口を設け、かつ外面から搬送通路
へ液体を良好に搬送させる付加的な補助開口を前記進入
開口に近接配置し７て設けることにより円形間［１を使
用する上での問題を克服する。

本発明によれば、液体を受へ灼る通路を形成するよう配
置され、一方がその上に配したある量の液体を受入れる
ようにされた外面を有し、前記通路に沿って毛細管現象
によって液体を誘引することにより液体を搬送する対向
する面を有する複数部材と、前記外面と通路とを流体接
続（７前記外面に配した液体を前記通路へ、かつ前記通
路に沿って搬送させるアクセス手段とを含む液体搬送装
置において、前記アクセス手段が前記外面から前記通路
へ延びた一群の開口を含み、前記開口の内の一つが液体
を前記通路中へ、かつ前記通路を通して毛細管現象によ
り搬送するに十分大きい最大貫流寸法を有し、前記開口
の他のものが前記通路内を進行している液体に合流する
位置において前記面の１つにおいて前記面上に配した液
体がメニスカス（凹凸）を形成するようにした最大貫流
寸法を有する液体搬送装置が提供される。

本発明の利点は、液体がある程度のずれの誤差で搬送装
置に滴下された場合でも、円形の進入開口を有する液体
搬送装置において適度に湿った毛細管現象の搬送通路を
得ることができることである。本発明の関連する利点は
進入量［１が滴下液の所望量の範囲内で液により囲まれ
つる寸法とすることができ、かつ搬送通路において満足
な流わを提供しうろことである。本発明の別の利点は、
一群の開口を形成したアクセス手段が搬送通路へ液体を
より完全に排出するので、搬送装置の外面に残る残留液
を最小にすることである。本発明のさらに別の利点であ
って、かつ本発明をずれの誤差の解決に適用する、しな
いに関係なく適用可能な利点は、一群の進入開口と小さ
い寸法の補助開口とが通路内での液体の流速を遅速せし
めることである。

本発明の実施例を添付図面を参照し、例示として以下説
明する。

第１図と第２図とにおいて、米国特許第４，２３３，０
２９号に記載の電位試験素子１０が示されている。この
素子１０は２個のイオン選択性電極（ＩＳＥの）１４　
、１４ａの上方に配置さねたイオンブリッジ１２を會む
。イオンブリッジ１２は対向する面２４と２６との間で
毛細管現象の搬送通路２０を形成するに有効な距離だけ
隔置された２個の部材１６と１８とを含む（ｉ２図）。

前記部材１６と１８との間の間隔に対して有用な値は５
０ミクロンから６００ミクロンの間の範囲である。進入
開口２８と２８８とは部材１６（第１図）に形成され、
前記部材１６の外面６０を通路２０と連通さぜる作用を
する。各開口２８，２８８は液体の個々の滴りを受入れ
るように配置されている。部材１８に形成された開口６
２はｌ５Ｅ１４まで延び、奸まり、　＜は第２図に示す
ように開口２８と整合している。同様に、部材１８にお
ける第２の開口６２ａ（図示せず）はｌ５Ｅ１４ａまで
延び、開口２８ａと整合している。開口２８と２８３と
は、面６０上に配した液滴りが開口２８および２８ａを
貫流し、前述の米国特許に記載のようにその中を通して
毛細管現象による流」１を確実にするに十分通路２０を
湿らせる、電極１４と１４３とに接続さｈたリード線２
２４を有する電位差計２２６が試験素子１０で発生した
電位差の測定に使用される。

第２図を参照するつある量の液体目」′中心Ｃが中心線
ｃ２上に位置した滴の形で面６０上にある状態で示され
ている。開口２８は全体的に円形であり、中心線Ｃ１０
上の中心Ｃが開口２８の中心線Ｃ，／からずれているこ
とによって面３０上の液体りの外側境界が開口２８の円
周を囲むのでなく、むしろ交錯する場合、液体１．は開
口２８へ入るよりもむしろ面６０上に留ろうとする（第
２図）。これらの状況下では、面６０上の液体りのメニ
スカスは第２図の矢印６６で指示するように、液体りに
力を加えるエネルギ障壁に遭遇することは明らかである
。こうして液体りは開口２８へ入るのを阻市され、通路
２０での流ハが発生しない。

第６図と第４図とにおいては、…［述の問題を排除する
液体搬送装置１１２が示されている。前記装置１１２は
前述の米国特許第４，２３３．０２９号に記載のように
、毛細管現象による通路を提供するようＸの距離だけ隔
置された２個の部材１１６と１１８とを含むつアクセス
手段１６０は外面１６０を通路１２０に接続する進入口
１２８を含む。開口１２８は半径がｒであって、約６ミ
リ以下が好ましい最大貫流寸度２ｒを有する。

本発明の一展開によりば、アクセス手段１６０はまた、
少なくとも１個の、半径がｒ３　の補助開口１４０を含
み、該開口１４０は部材１１６に形成され、面１６０か
ら通路１２０まで延びている。

いづれの補助開口１４０の最大貫流寸度も２ｒ３であっ
て、開０１４０内の液体が面１２６（第４図）と接触１
〜、通路１２０内で流わるようにする寸法よりも小さい
。第５図を参照すると、２個の開口１９８から流れが通
路２０′内で始まる場合の比較例が示されている。この
ような状態が発生すると、通路２０′においてポケット
２００に空気が捕捉される。この捕捉された空気は以後
の処理と干渉し、例えば空気が第１図に示すイオンブリ
ッジ１２に捕捉されているとすれば、誤０結果を招来す
る。

部材１１６の厚さは、液体りが所定時間内で開口を通し
て滲透しうるよう、部材１１６に使用される材質の湿潤
性によって選択される。このように、厚さの決定要素は
部材１６の材質の表面エネルゲテイツクである。例えば
、部材１１６がポリスチレンの場合、約２００ミクロン
以上の厚さであってはならない。

開口１４０の寸法は、その中の液体がメニスカスＬ（第
４図）を形成するに十分通路１２０へ滲透することによ
って、進行しているメニスカスＭ１が点線で示す位置に
達すると、メニスカスＭ２　　がメニスカスＭ１ｖｃ合
流するように選定する。面１２４において、前記の合流
を発生させるには、メニスカスＭ２は全体的に図示のよ
うに凸形か、あるいは全体的に凹形である。メニスカス
Ｍ２の特定の形状は主として、外面１６０上の液体りの
高さによって決まる。開口１２８と１４０の貫流形状が
円形、即ち該開口１２８．１４０を通る液体りの流れ方
向に対ｔ７て横方向に延びる平面における開口１２８．
１４０の形状が円形の場合１寸法ｒおよびｒ３は半径で
ある。開口１２８と１４０とが円形でない場合（図示せ
ず）、「とｒ、に対応する寸法は最大貫流寸法の半分に
等しい。

開口１４０の寸法２ｒ３が開口１２８の寸法２ｒより小
さい第２の理由は、寸法２ｒ３が寸法２ｒに近づくにつ
わて、後述するように、開口１４０の円周Ｚ３が溜った
液体りの円周Ｚ２の範囲に確実に入るようにするのが益
々困難になるからである。

本発明の別の面によれば、開口１２８は常に円周Ｚ２の
範囲内にあるような寸法とされている。

この目的に対１７て、半径ｒは面１３０上に配する液体
りの接触面積の予想半径Ｒと開口１２８の中心Ｃ１から
の液体りの中心Ｃ２のずハｄの予想最大誤差との間の差
身上に大きくないよう選定される。このことによって、
円周Ｚ、＜第３図）は開口１２８の円周Ｚ、を常に囲む
。数字的にいえば、その関係はＲ−〉ｄ＋ｒである。（
第６図と第４図とに示すようＫ）ｒの値は最大許容値で
あって、開口１２８はこの値以下の半径ｒを有すること
が好ましい。

ずれｄの最大誤差は装置１１２上に液体りを滴下するた
めに使用する装置（図示せず）に固有の公差と、装置１
１２内の公差との関数である。

開口１２８の中心Ｃ，（第３図）は面１６０上の液体り
の中心Ｃ２の理想的な位置を表わす。開口１２８が液体
りによって常に確実に囲′ｔ！ｉねるようにするには、
装置１１２は、開口１２８が円周Ｚｌ内にあるよう計量
装置（図示せず）に関連して位置される。即ち、２ｒよ
りわずかに小さい直径を有する開口１２８に対して、こ
ねは最悪の場合であるが、Ｚｌは半径がｒ以下の実際の
開白１２８がその中に位置する仮想円となる。

ずれの誤差が０．１２５　ミ！Ｊで、滴下量が１０μｌ
までの場合の装置における、ｒ　−＜Ｊ（−ｄに対して
有用な値の例を以下に示す。

面１６０の材質　　　　ｄ　　　　Ｒｒ＜（）（１′−
ｄ　）−ｍ−−１−−−−−−■■−一１−　　　　　
　−一−−自　　　　　−一一−−―セルローズアセテ
ート　　０．１２５ミリ　２．１ミリ　　　　１．９ミ
リポリスチレン　　　　　　０．１２５ミリ　１．９ミ
リ　　　　１．７ミリまた、少なくとも１個の補助開口
１４０が面１６０上の液体りによって完全に冊まわるの
を確実にするには、開口１４０の中心Ｃ３は、開口１４
０の円周Ｚ、が円周Ｚ２の範囲に入り該円周Ｚ２によっ
て確実に囲まれるようにする値よりも太きくな（１距離
δ（第６図）だけ中心Ｃ１からずらさねることが好まし
い、例えば、そのずれが中心Ｃ１の左方に行われる場合
（第６図）開口１４０を適度に位置させるには、その関
係はδくＲ−ｒ、＋ｄとなる。

前述の指標を保持して、ｒ３に対して選択する値の正確
な範囲は、通路１２０の間隔Ｘや、面１６０上の液体り
のヘッドを含む数種の要素によって決まる。面１３０上
の液体に対［２て好適な量が１０μｌであると想定する
と、面１６０上の液体りのヘッド（第４図）は常に通路
１２０へ半球形に突出する（図示せず）よう液体のメニ
スカスＭ！を押圧するに必要なヘッド以下であることが
判る。したがって、好適使用状態においては、半球形の
突出（図示せず）は「最悪の場合」を表わし、もし開口
１４０のｒ３が間隔Ｘに等しい場合、開口１４０からの
流れが通路１２０内に生ずることになろう。この「最悪
の場合」を排除するには、開口１４０のｒ、は間隔Ｘ以
下であるべきである。

ｒ３の好適値は前述の最大値よりはるかに小さいことが
容易に認められよう。このように、半径ｒが０．７５ミ
リから１．１５ミリの間で、最も好ましくは０．９５ミ
リである開口１２８に対して、開口１４０の半径ｒ３は
０．０５ミリから０．１２５ミリの間、最も好ましくは
０．０７５ミリである。

前述のように、メニスカスＭ、がメニスカスにと合流す
る際、液体りの第２の流路が面１６０から通路１２０中
へ完成する。この合流が、液体が通路１２０を通る速度
を減速させるものと判明した。前記の合流をもたらすに
必要なエネルギと時間とが通路１２０への流速、したが
って通路１２０内での流速を減少させる。通路１２０に
おける液体りの合流から出しる排出速度の減速は本発明
の予期せぬ結果であった。

ずれｄの誤差の発生する方向は一般には判らないので、
開口１２８を開口１４０に対して概ね中心に位置させて
１個以上の補助開口１４０を開口１２８の周りに位置さ
せることが好ましい。補助開口１４０の間隔は、中心Ｃ
２の軌跡が、ずれｄの最大誤差に等しい半径を有し、第
６図の鎖線で示す円１５０上か、その中に来るような基
準に基いて達定される。開口１４０、は、中心Ｃ２が円
１５０内のいづれの位置に来ようとも円周Ｚ２が少なく
ｂも１個の開口１４０を囲むように隔置されることが最
も好ましい。好適配置は、開口１２８の周りで均等に隔
置された４個の補助開口１４０から構成されろ開口１２
８．１４０の群である。

各開口１４０の中心Ｃ３のＣ７からの好適距離δは１．
２５ミリと１．６ミリの間であって、１．５ミリが最も
好ましい。

１個以上の開口１４０を使用すると数々の利点を提供す
ることが判明した。その１つの利点は、開口１４０が液
体りの堆積量を「ピンダウン」させ、装置１１２がゆれ
たり、振動しても面１６０上で漂遊しないようにするこ
とである。別の利点としては、開口１４０を使用するこ
とによシ液体を均一かつ完全に通路１２０へ排出あるい
は滲透させることである。第３の利点は前述のように流
速を減少させることである。

装置１１２は広範囲の搬送目的に対して有用であって、
好適用途は、例えば第１図に示す素子１２の形式のＩＳ
Ｅ　試験素子における搬送である。

第６図を参照する。２個のアクセス手段１６０′を有す
るイオンブリッジ１１２′が示さ、＋１、各アクセス手
段１６０′は中央の開口１２８′と４個の補助開口１４
０′から形成される群からなっている。抽気口１８０を
アクセス手段１６０′の間の順、ね中心に位置させ捕捉
された空気を逃すために設けることが好ましいっ使用時
、例えば血清のような液体りの滴をアクセス手段１６０
′の一方に配布し開口１２８′の全てと、少なくとも１
個の補助開口１４０′を囲み、他方のアクセス手段１６
０′においては、例えば基準液である液体りの滴が同様
に配布される。液体りの２つの滴はζ任ぼ同時に置かＪ
することが好ましい。２個のアクセス手段１６０′から
の液体りは部材１１６′の下の通路１２０′内を流れる
ことにより合流すると、電気回路が完成し、次に、米国
特許第４，２３３．０２９号に記載のように電位差測定
を行うことができる。

上述の実施例は、滴の形態で液体りが装置１１２と１１
２′に配布された場合に関連して説明されている。さら
に、本発明は滴の形をとらずに液体りが装置１１２に搬
送される場合も有用である。また、好適実施例は液体り
が接触する面１６０の部分が概ね円形である場合を言及
している。実際に前記部分が円形であるかどうかは、外
面１６０が好適実施例のように概ね円滑であるかどうか
によって変わり、本発明は液体りが非円形の形をとる場
合の面１３０についても適用可能である。さらに、本明
細書で説明した実施例は、進入開口１２８′が円形であ
るイオンブリッジ１１２’［使用した場合を言及してい
る。楕円形および多角形の進入開口（図示せず）も、特
に線対称あるいは対称平面を有する場合有用である。

ヱし 以下の例は本発明をさらに詳細に説明する。

例１−２ 底部シートとしてポリエチレンテレフタレートの名目上
平滑なシートと、頂部シートとして、トリアセテートの
名目上平滑なシートを用いて毛細管現象通路を有する装
置を構成した。前記両シートは約５０ミクロン隔置させ
て取り付けた。そのような装置を６個準備し、各々の装
置は頂部シートにおいて異った形状の開口を備えた。制
御用に使用する装置においては、単一の円形の進入開口
を約０．７６ミＩＪの半径に打抜いた１例１に使用する
装置においては、４個の補助円形開口を半径が０．０７
６ミリで進入開口の中心から１．５ミリのところに中心
をおき、進入開口の周りで９０度隔置させて打抜いた。

（第６図に示す開口の配置を参照のこと）。例２に使用
する装置においては、例１の形状を使い、同一寸法の補
助開口をさらに４個追加して、第１の例の４個の補助開
口の間で均等に隔置して設けた。従って補助開口は４５
度隔置された。各々の場合に１０μｌ（１’ｒ水滴を進
入開口上に、かつ例１と２とにおいて少なくとも１個の
補助開口に配布し、通路への排出速度を開時した。毛細
管現象通路への排出は、流れを押し進める中央開口で液
体のヘッドが無くなると終了するように決めた。下記の
表はその結果を示Ｉ−ている。

（制御用）　　　０　　　　　０．１５２　　　　　　
４１　　　　４　　　　０．１５５　　　　　７２　　
　　８　　　　０．１５７　　　　　８※＝（Σ全体の
孔の面積　４／π）１／２このように、均等貫流直径が
わずかに増加したにもかかわらず、多く補助開口が存在
する場合排出時間が増加した。この排出時間の遅、ｈは
流速が速いと好ましくない試験結果をもたらす場合に、
装置において流わを制御する手段を提供する点で有利で
ある。例えば、一方のアクセス手段１６０′から他方の
アクセス手段１６０′へ装置１１２’において流ねが急
すぎる場合、汚染が発生ｌ〜うる。この遅れは、本発明
が前述のようにずわの誤差の問題を解決するために応用
されるか否かを問わず、本発明の有用な特徴である。そ
のような場合、開口は単に対称形だけでなくいづれの形
をとってもよく、大きい開口はすでに米国特許第４，２
３３，０２９号に説明されているものと同じ位大きく、
あるいはそわより小さくできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本明細書で説明した本発明が採用可能な形式の
試験素子の斜視図、 第２図は本発明により解決される問題を示すために、液
滴を加えた、第１図の線１１−Ｊ［に沿って視た部分垂
直断面図、 第３図は本発明により構成された装置の部分平面図、 第４図は概ね第６図の線ＩＶ−ＩＶに沿って視た断面図
、 第５図は第４図と類似であるが、比較例を示す部分断面
図、 第６図は本発明を組人わたイオンブリッジの平面図であ
る。 図において、

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 〔１〕　　液体を受入れる通路（１２０；１２０’）を
   形成するよう配置さね、一方（１１６，１１６’）がそ
   の上に配布される、ある量の液体を受取るようにされた
   外面（１３０；１３０’）を有し、双方（１１６，１１
   ８；１１６′）が毛細管現象により前記通路（１２０，
   １２０’）に沿って液体を搬送するよう対向する面（１
   ２４゜１２６）を有する部材（１１６，１１８；１１６
   ’）と、前記外面（１３０；１３０’）と前記通路（１
   ２０；１２０’）とを流体接続することにより前記外面
   （１３０；１３０’）に配布された液体が前記通路（１
   ２０；１２０’）へ、かつ該通路に沿って運ばれるよう
   にするアクセス手段（１６０；１６０’）とを含む液体
   搬送装置において、前記アクセス手段（１６０；１６０
   ’）が前記外面（１３０；１３０’）から前記通路（１
   ２０，１２０’）へと延びる開口の群（１２８，１４０
   ；１２８’、１４０’）を含み、前記開口の一方（１２
   ８；１２８’）はその中の液体を前記通路（１２０；１
   ２０’）へ通し、かつ毛細管現象により前記通路（１２
   ０；１２０勺を通して送るに十分な大きさの最大貫流寸
   法（２ｒ）を有し、前記開口の他方（１４０；１４０’
   ）は前記面（１３０；１６０つに配布された液体が、前
   記通路（１２０；１２０’）内を進行してくる液体と合
   流する位置において、前記面（１２４，１２６）の一方
   でメニスカス（Ｍ、）を形成するようにする最大貫流直
   径（２ｒ、）を有することを特徴とする液体搬送装置。 （２、特許請求の範囲第１項に記載の装置において、前
   記他方の開口（１４０；１４０勺が少なくとも４個前記
   一方の開口（１２８；１２８’）の周りに配置されてい
   ることを特徴とする液体搬送装置。 （３）特許請求の範囲第１項または第２項に記載の装置
   において、少なくとも前記一方の開口（１２８，１２８
   勺は円形の貫流形状をしていることを特徴とする液体搬
   送装置。 （４）特許請求の範囲第１項から第６項までのいづれか
   １項に記載の装置において、前記の全ての開口（１２８
   ，１４０；１２８’、１４０’）が円形の貫流形状をし
   ていることを特徴とする液体搬送装置。 （５）特許請求の範囲第１項から第４頌までのいづわか
   １項に記載の装置において、前記液体の量は１０　ｎｌ
   であり、前記一方の部材（１１６；１１６’）はセルロ
   ーズアセテートからつくらねており、前記１０μｌは半
   径（１モ）が２．１ミｌＪの前記外面（１３０；１３０
   ’）上の接触面を覆し・、前記一方の開口（１２８，１
   ２８’）の前記最大貫流寸法（２ｒ）の半分が１．９ミ
   リより大きくないことを特徴とする液体搬送装置。 （６）特許請求の範囲第１項から第４項までのいづれか
   １項に記載の装置において、前記液体の量は１０μｌで
   あり、前記一方の部材（１１６，１１６′）がポリスチ
   レンからつくられ、前記１０μｌが。 前記外面（１３０，１３０’）上の半径（Ｉ（）が１．
   ９ミリの接触面を覆い、前記一方の開口（１２８；１２
   ８’）の前記最大貫流寸法（２ｒ）の半分が１．７　ミ
   ＩＪ以上でないことを特徴とする液体搬送装置。