JP2023150202A - インターフェースおよび流体取扱デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】流体取扱装置に後付けできるインターフェースを提供すること。【解決手段】本発明のインターフェースは、流体取扱装置に接合され、外部機器と前記流体取扱装置の開口部とを接続するためのインターフェースである。本発明のインターフェースは、貫通孔と、前記流体取扱装置に接合される第１接合面とを含む本体と、前記第１接合面を取り囲むように配置された、前記流体取扱装置に接合される第２接合面を含むフランジと、を有する。前記本体および前記フランジは、一体である。前記フランジの厚みは、前記本体の厚みより小さい。【選択図】図５

Description

本発明は、外部機器と流体取扱装置とを接続するためのインターフェース、および前記インターフェースを有する流体取扱デバイスに関する。

近年、タンパク質や核酸等の微量な物質の分析を高精度かつ高速に行うために、マイクロ流路チップやマイクロウェルプレート、フローセルなどの流体取扱装置が使用されている。流体取扱装置は、分析に必要な試料および試薬の量が少なくてもよいという利点を有しており、臨床検査や食物検査、環境検査などの様々な用途での使用が期待されている。試料や試薬などの液体を流体取扱装置に導入したり、流体取扱装置から空気などの気体を排出したりする際には、マイクロピペットやポンプなどの外部機器が用いられることがある。

たとえば、特許文献１には、ピペットチップを含むピペットを用いて、流路ユニット（流体取扱装置）の流路に液体を流すことが開示されている。流路の注入口および排出口には、ピペットチップが押し当てられるピペット受け部が設けられている。ピペット受け部は、ピペットチップを押し当てられると弾性変形する軟質部材で成形されており、ピペットチップと流路とを水密に接続する。

特開２００６－３２２８５０号公報

しかしながら、特許文献１に記載の流体取扱装置（流路ユニット）では、流路とピペット受け部とが一体であり、使用するピペットチップの種類や用途などに応じたインターフェース（ピペット受け部）を後から選択し、取り付けることができない。

本発明の目的は、流体取扱装置に後付けできるインターフェースを提供することである。また、本発明の別の目的は、前記インターフェースを有する流体取扱デバイスを提供することである。

本発明のインターフェースは、流体取扱装置に接合され、外部機器と前記流体取扱装置の開口部とを接続するためのインターフェースであって、貫通孔と、前記流体取扱装置に接合される第１接合面とを含む本体と、前記第１接合面を取り囲むように配置された、前記流体取扱装置に接合される第２接合面を含むフランジと、を有し、前記本体および前記フランジは、一体であり、前記フランジの厚みは、前記本体の厚みより小さい。

本発明の流体取扱デバイスは、流体取扱装置と、前記流体取扱装置に接合された本発明のインターフェースと、を有する。

本発明によれば、使用する外部機器の種類や用途などに応じて流体取扱装置に後付けできるインターフェースを提供することができる。また、本発明によれば、前記インターフェースを有する流体取扱デバイスを提供することができる。

図１は、実施の形態に係る流体取扱デバイスの斜視図である。 図２Ａは、流体取扱デバイスの平面図であり、図２Ｂは、流体取扱デバイスの正面図であり、図２Ｃは、流体取扱デバイスの右側面図である。 図３Ａは、図２ＡにおけるＡ－Ａ線の断面図であり、図３Ｂは、図２ＡにおけるＢ－Ｂ線の断面図であり、図３Ｃは、図２ＡにおけるＣ－Ｃ線の断面図である。 図４Ａは、天板の底面図であり、図４Ｂは、図４ＡにおけるＢ－Ｂ線の断面図であり、図４Ｃは、図４ＡにおけるＣ－Ｃ線の断面図である。 図５は、実施の形態に係るインターフェースの斜視図である。 図６Ａは、インターフェースの平面図であり、図６Ｂは、インターフェースの正面図であり、図６Ｃは、インターフェースの右側面図であり、図６Ｄは、図６ＡにおけるＤ－Ｄ線の断面図である。

以下、本発明の一実施の形態に係るインターフェースおよび流体取扱デバイスについて説明する。

（流体取扱デバイスの構成）
図１～図３Ｃは、本実施の形態に係る流体取扱デバイス１００の構成を示す図である。

図１は、流体取扱デバイス１００の斜視図である。図２Ａは、流体取扱デバイス１００の平面図であり、図２Ｂは、流体取扱デバイス１００の正面図であり、図２Ｃは、流体取扱デバイス１００の右側面図である。図３Ａは、図２ＡにおけるＡ－Ａ線の断面図であり、図３Ｂは、図２ＡにおけるＢ－Ｂ線の断面図であり、図３Ｃは、図２ＡにおけるＣ－Ｃ線の断面図である。

図１に示されるように、流体取扱デバイス１００は、流体を収容するための収容部を有する流体取扱装置２００と、流体取扱装置２００に接合されたインターフェース３００と、を有する。

流体取扱装置２００は、流体を収容するための収容部を有する装置である。本明細書では「装置」という用語を用いているが、流体取扱装置２００は、チップやプレート、デバイスなどと呼ばれるものであってもよい。収容部は、試料や試薬などの液体または粉体、空気などの気体などの流体を収容するための構造である。収容部は、流体を一箇所に貯留させる構造であってもよいし、流体を流す構造であってもよい。収容部の構成は、特に限定されず、流体取扱デバイス１００の用途に応じて適宜選択される。収容部の例には、流路やチャンバー、ウェルなどが含まれる。流体取扱装置２００の例には、マイクロ流路チップやマイクロウェルプレート、フローセルなどが含まれる。

流体取扱装置２００の構成および材料は、特に限定されず、流体取扱デバイス１００の用途に応じて適宜選択される。たとえば、流体取扱装置２００は、収容部の形状を規定するための貫通孔を設けられた第１板（スペーサー）を、導入口または排出口として機能する貫通孔を設けられた第２板（天板）と、貫通孔を設けられていない第３板（底板）との間に配置した構成であってもよい。また、流体取扱装置２００は、収容部の形状を規定するための凹部と、導入口または排出口として機能する貫通孔とを設けられた第１板（天板）の下に、貫通孔を設けられていない第２板（底板）を配置した構成であってもよい。また、流体取扱装置２００は、収容部の形状を規定するための凹部を設けられた第１板（底板）の上に、導入口または排出口として機能する貫通孔を設けられた第２板（天板）を配置した構成であってもよい。これらの板の材料は、特に限定されないが、例えばガラスまたは樹脂である。本実施の形態に係るインターフェース３００を流体取扱装置２００に熱圧着により接合する場合、流体取扱装置２００のインターフェース３００が接合される部材（天板）がガラス製であるときに、本実施の形態に係るインターフェース３００の効果が特に発揮される。

図１～図３Ｃに示される例では、流体取扱装置２００は、ガラス製の天板２１０と、ガラス製の底板２２０とを有している。流体取扱装置２００は、収容部として、導入／排出口２０１および空気孔２０２を接続する流路２０３を有している。導入／排出口２０１、空気孔２０２および流路２０３の数は、特に限定されないが、図１～図３Ｃに示される例ではそれぞれ４つである。

図４Ａ～Ｃは、天板２１０の構成を示す図である。図４Ａは、天板２１０の底面図であり、図４Ｂは、図４ＡにおけるＢ－Ｂ線の断面図であり、図４Ｃは、図４ＡにおけるＣ－Ｃ線の断面図である。

図４Ａ～Ｃに示されるように、天板２１０には、導入／排出口２０１として機能する複数の第１貫通孔２１１と、空気孔２０２として機能する複数の第２貫通孔２１２が設けられている。また、天板２１０の底面には、流路２０３を規定するための複数の溝２１３が設けられている。複数の溝２１３は、それぞれ第１貫通孔２１１と第２貫通孔２１２とを接続するように配置されている。天板２１０の底面に底板２２０を接合することで、天板２１０に形成された複数の第１貫通孔２１１、複数の第２貫通孔２１２および複数の溝２１３の開口部が塞がれ、複数の導入／排出口２０１、複数の空気孔２０２および複数の流路２０３が形成される。

天板２１０および底板２２０の大きさは、特に限定されず、用途などに応じて適宜設定されうる。天板２１０の厚さは、溝２１３の深さや、要求される強度などに応じて適宜設定される。

図１～図３Ｃに示される流体取扱装置２００では、導入／排出口２０１から流体（例えば液体）を注入することで、流路２０３内に流体を導入することができる。また、導入／排出口２０１から流体（例えば液体）を吸引することで、流路２０３内の流体を排出させることができる。

インターフェース３００は、流体取扱装置２００の収容部の開口部の周囲に接合された、外部機器と流体取扱装置２００の収容部の開口部とを接続するための弾性部材である。図１～図３Ｃに示される例では、インターフェース３００は、流体取扱装置２００の天板２１０の天面における４つの導入／排出口２０１の周囲に接合されている。外部機器の種類は、特に限定されない。外部機器は、例えば、マイクロピペットやマイクロピペットのピペットチップ、ポンプなどである。ポンプなどの外部装置をインターフェース３００に接続する場合は、外部装置に設けられたノズルなどを直接インターフェース３００に接続してもよいし、チューブなどを介してインターフェース３００に接続してもよい。

インターフェース３００は、外部機器と接続される１つまたは複数の貫通孔３１１を有している。貫通孔３１１は、流体取扱装置２００の収容部の開口部に接続されている。図１～図３Ｃに示される例では、４つの貫通孔３１１が、流体取扱装置２００の４つの導入／排出口２０１にそれぞれ接続されている。外部機器を貫通孔３１１に接続する方法は、特に限定されない。たとえば、外部機器の流体を吐出または吸引する部分（例えばピペットチップの先端やチューブの端部など）を、貫通孔３１１に圧入してもよいし、貫通孔３１１の開口部の上部に配置してもよい。たとえば、外部機器の流体を吐出または吸引する部分（例えばピペットチップの先端やチューブの端部など）を貫通孔３１１に取り外し可能に圧入した状態で外部機器（例えばマイクロピペットやポンプなど）を操作することで、外部機器内の流体を流体取扱装置２００の収容部（例えば流路２０３）内に導入したり、流体取扱装置２００の収容部（例えば流路２０３）内の流体を外部機器内に吸引したりすることができる。

インターフェース３００は、実質的に一体品である。より具体的には、後述するインターフェース３００の本体３１０およびフランジ３２０は、一体品である。インターフェース３００を一体品とすることで、流体取扱デバイス１００の部品数を削減することができる。たとえば、インターフェース３００は、樹脂やエラストマーなどの一体成形品であってもよいし、切削などにより製造された一体品であってもよい。また、上記一体成形品は、１種類の材料から構成されていてもよいし、例えば二色成形などにより複数の材料から構成されていてもよい。

インターフェース３００の材料は、特に限定されない。インターフェース３００の材料の例には、樹脂、エラストマーなどが含まれる。外部機器の一部を貫通孔３１１に圧入する場合は、インターフェース３００（本体３１０およびフランジ３２０）は、弾性体であることが好ましく、インターフェース３００の材料は、エラストマーなどの弾性を有するものであることが好ましい。インターフェース３００を弾性体とすることで、外部機器の流体を吐出または吸引する部分を貫通孔３１１に圧入したときに、外部機器の当該部分の外側面とインターフェース３００の貫通孔３１１の内側面とを密着させて、外部機器内の空間と流体取扱装置２００の収容部（例えば流路２０３）とを水密に接続させることができる。一方、外部機器の当該部分が弾性体である場合は、インターフェース３００（本体３１０およびフランジ３２０）が樹脂などから構成されていても、外部機器内の空間と流体取扱装置２００の収容部（例えば流路２０３）とを水密に接続させることができる。

エラストマーの種類は、適切な弾性を有していれば特に限定されない。エラストマーの例には、オレフィン系熱可塑性エラストマー、スチレン系熱可塑性エラストマー、ポリスチレン系熱可塑性エラストマー、ポリウレタン系熱可塑性エラストマー、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）などが含まれる。外部機器の挿入部を多数回抜き差しすることに耐えうる耐久性を確保する観点からは、オレフィン系エラストマーが好ましい。

インターフェース３００を流体取扱装置２００に接合させる方法は、特に限定されない。たとえば、インターフェース３００は、熱圧着により流体取扱装置２００に接合されていてもよいし、接着剤を用いて接着されていてもよい。本実施の形態に係るインターフェース３００を流体取扱装置２００に熱圧着により接合する場合に、本実施の形態に係るインターフェース３００の効果は特に発揮される。

本実施の形態に係る流体取扱デバイス１００は、インターフェース３００の構成に主たる特徴を有する。そこで、インターフェース３００については、別途詳細に説明する。

（インターフェースの構成）
図５～図６Ｄは、本実施の形態に係るインターフェース３００の構成を示す図である。図５は、インターフェース３００の斜視図である。図６Ａは、インターフェース３００の平面図であり、図６Ｂは、インターフェース３００の正面図であり、図６Ｃは、インターフェース３００の右側面図であり、図６Ｄは、図６ＡにおけるＤ－Ｄ線の断面図である。

図５～図６Ｄに示されるように、インターフェース３００は、流体取扱装置２００とは別の部材であり、本体３１０およびフランジ３２０を有する。たとえば、本体３１０およびフランジ３２０は、エラストマーの一体成形品である。本体３１０およびフランジ３２０は、いずれも流体取扱装置２００に接合されうる。

本体３１０は、貫通孔３１１および第１接合面３１２を含む。

貫通孔３１１は、本体３１０を厚み方向に貫通し、本体３１０の天面および底面（第１接合面３１２）に開口している。貫通孔３１１には、外部機器が接続される。前述のとおり、外部機器の流体を吐出または吸引する部分（例えばピペットチップの先端やチューブの端部など）を、貫通孔３１１に圧入してもよいし、貫通孔３１１の開口部の上部に配置してもよい。貫通孔３１１は、インターフェース３００が流体取扱装置２００に接合されたときに、流体取扱装置２００の収容部の開口部（例えば導入／排出口２０１）に接続されるように配置されている。また、貫通孔３１１は、外部機器の挿入部の外側面とインターフェース３００の貫通孔３１１の内側面とを密着させて、外部機器内の空間と流体取扱装置２００の収容部の開口部（例えば導入／排出口２０１）とを水密に接続させることができるように構成されていることが好ましい。

貫通孔３１１の数および位置は、特に限定されず、流体取扱装置２００の構成に応じて適宜設定される。本実施の形態では、流体取扱装置２００は４つの導入／排出口２０１を有しており、インターフェース３００も４つの貫通孔３１１を有している。

貫通孔３１１の形状は、特に限定されず、外部機器の形状や外部機器の接続方法に応じて適宜設定される。たとえば、貫通孔３１１の形状は、円柱状であってもよいし、逆円錐台状（テーパー状）であってもよい。外部機器を接続しやすくする観点からは、貫通孔３１１の天面側の開口部は、貫通孔３１１の他の部分よりも拡げられていることが好ましい。たとえば、図６Ｄに示されるように、貫通孔３１１の天面側の開口部の縁は、面取りされていてもよい。面取りの例には、Ｒ面取りおよびＣ面取りが含まれる。

貫通孔３１１の径も、特に限定されず、外部機器の流体を吐出または吸引する部分の大きさに応じて適宜設定される。たとえば、外部機器がピペットチップを装着されたマイクロピペットの場合、ピペットチップが圧入される貫通孔３１１の径は、０．８～１．４ｍｍ程度である。インターフェース３００が複数の貫通孔３１１を有している場合、複数の貫通孔３１１の径は、同じであってもよいし、互いに異なっていてもよい。

第１接合面３１２は、流体取扱装置２００に接合される面である。本実施の形態では、第１接合面３１２は、本体３１０の底面である。第１接合面３１２の形状は、流体取扱装置２００に接合することができれば特に限定されないが、通常は平面である。

本体３１０の厚み（図６Ｄにおける上下方向の長さ）は、特に限定されず、外部機器の流体を吐出または吸引する部分を圧入される場合は当該部分を適切に保持できるように適宜設定される。たとえば、本体３１０の厚みは、１～１０ｍｍ程度である。

本体３１０の貫通孔３１１を取り囲む壁の幅（図６Ｄにおける左右方向の長さ）は、特に限定されず、外部機器の流体を吐出または吸引する部分を圧入される場合は当該部分を適切に保持できれば特に限定されない。たとえば、本体３１０の貫通孔３１１を取り囲む壁の幅は、０．５～２ｍｍである。この壁の幅は、貫通孔３１１の全周方向において一定であってもよいし、変化してもよい。

フランジ３２０は、本体３１０の下部を取り囲むように配置された、本体３１０よりも薄い部分である。フランジ３２０は、本体３１０が流体取扱装置２００から剥がれることを抑制する。フランジ３２０は、第２接合面３２１を含む。

第２接合面３２１は、第１接合面３１２（本体３１０の底面）を取り囲むように配置された、流体取扱装置２００に接合される面である。本実施の形態では、第２接合面３２１は、フランジ３２０の底面である。第２接合面３２１の形状は、流体取扱装置２００に接合することができれば特に限定されないが、通常は平面である。第１接合面３１２および第２接合面３２１は、不連続であってもよいが、連続していることが好ましい。本実施の形態では、第１接合面３１２および第２接合面３２１は、連続しており、かつ面一である。

フランジ３２０の厚み（図６Ｄにおける上下方向の長さ）は、本体３１０よりも薄ければ特に限定されないが、流体取扱装置２００に接合された後に接合前の形状に戻ろうとする弾性力を小さくする観点からは１０００μｍ以下が好ましい。たとえば、フランジ３２０の厚みは、５０～１０００μｍである。フランジ３２０の厚みは、一定であってもよいし、場所ごとに異なっていてもよい。

フランジ３２０の幅（図６Ｄにおける左右方向の長さ）は、特に限定されないが、本体３１０が流体取扱装置２００から剥がれることを抑制する観点からは０．５ｍｍ以上が好ましい。フランジ３２０の特定部分におけるフランジ３２０の幅とは、フランジ３２０のその部分の外縁と本体３１０の外縁との間の最短長さを意味する。たとえば、フランジ３２０の幅は、０．５～１０ｍｍである。フランジ３２０の幅は、一定であってもよいし、場所ごとに異なっていてもよい。

（インターフェースの使用方法）
本実施の形態に係るインターフェース３００は、流体取扱装置２００の天板２１０の天面における４つの導入／排出口２０１の周囲に接合されて使用される。すなわち、インターフェース３００は、流体取扱装置２００に後付けされる。

ここで、エラストマー製のインターフェース３００を熱圧着により流体取扱装置２００の天板２１０に接合する場合について考える。この場合、弾性を有するインターフェース３００は、加熱されつつ押圧されることで流体取扱装置２００に接合されるため、変形した状態で流体取扱装置２００に接合される。したがって、インターフェース３００は、流体取扱装置２００に接合された後に接合前の形状に戻ろうとする。

仮に、インターフェース３００がフランジ３２０を有しておらず本体３１０のみから構成されていたとすると、本体３１０は厚みがあり、接合前の形状に戻ろうとする力が大きいため、第１接合面３１２の縁から本体３１０が剥がれてしまいやすい。一方、インターフェース３００が本体３１０に加えてフランジ３２０も有しているとすると、フランジ３２０は薄く、接合前の形状に戻ろうとする力が小さいため、剥がれにくい。そして、第１接合面３１２の周囲にあるフランジ３２０が剥がれないため、本体３１０も剥がれにくい。すなわち、本実施の形態に係るインターフェース３００は、熱圧着により流体取扱装置２００に接合されても、流体取扱装置２００から剥がれにくい。

以上のように、インターフェース３００を流体取扱装置２００の天板２１０に接合することで、本実施の形態に係る流体取扱デバイス１００を得ることができる。流体取扱デバイス１００の使用方法は、特に限定されず、用途に応じて適宜設定されうる。たとえば、外部機器の流体を吐出または吸引する部分を貫通孔３１１に圧入した状態で外部機器を操作することで、外部機器内の流体を流体取扱装置２００の流路２０３内に導入したり、流体取扱装置２００の流路２０３内の流体を外部機器内に吸引したりすることができる。

（効果）
以上のように、本実施の形態に係るインターフェース３００は、流体取扱装置２００に任意のタイミングで接合されうる。また、本実施の形態に係るインターフェース３００は、熱圧着により流体取扱装置２００に接合されても、流体取扱装置２００から剥がれにくい。

本発明に係るインターフェースおよび流体取扱デバイスは、臨床検査や食物検査、環境検査などの様々な用途において有用である。

１００ 流体取扱デバイス
２００ 流体取扱装置
２０１ 導入／排出口
２０２ 空気孔
２０３ 流路
２１０ 天板
２１１ 第１貫通孔
２１２ 第２貫通孔
２１３ 溝
２２０ 底板
３００ インターフェース
３１０ 本体
３１１ 貫通孔
３１２ 第１接合面
３２０ フランジ
３２１ 第２接合面

Claims (11)

1. 流体取扱装置に接合され、外部機器と前記流体取扱装置の開口部とを接続するためのインターフェースであって、
   貫通孔と、前記流体取扱装置に接合される第１接合面とを含む本体と、
   前記第１接合面を取り囲むように配置された、前記流体取扱装置に接合される第２接合面を含むフランジと、
   を有し、
   前記本体および前記フランジは、一体であり、
   前記フランジの厚みは、前記本体の厚みより小さい、
   インターフェース。
2. 前記本体および前記フランジは、いずれも弾性体である、請求項１に記載のインターフェース。
3. 前記第１接合面および前記第２接合面は、連続しており、かつ面一である、請求項１または請求項２に記載のインターフェース。
4. 前記フランジの厚みは、５０～１０００μｍである、請求項１～３のいずれか一項に記載のインターフェース。
5. 前記フランジの幅は、０．５～１０ｍｍである、請求項１～４のいずれか一項に記載のインターフェース。
6. 前記本体の厚みは、１～１０ｍｍである、請求項１～５のいずれか一項に記載のインターフェース。
7. 前記貫通孔は、外部機器を圧入される、請求項１～６のいずれか一項に記載のインターフェース。
8. 前記本体の前記貫通孔を取り囲む壁の幅は、０．５～２ｍｍである、請求項１～７のいずれか一項に記載のインターフェース。
9. 流体取扱装置と、
   前記流体取扱装置に接合された請求項１～８のいずれか一項に記載のインターフェースと、
   を有する、流体取扱デバイス。
10. 前記インターフェースは、熱圧着により前記流体取扱装置に接合されている、請求項９に記載の流体取扱デバイス。
11. 前記流体取扱装置の前記インターフェースが接合される部材は、ガラス製である、請求項９または請求項１０に記載の流体取扱デバイス。