JP4083452B2 - Valve mechanism - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微量試料の分析や検出を簡便に行うことができる分析装置に好適なバルブ機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
医療診断に必要な測定を患者近傍で行うベッドサイド診断用の分析（ＰＯＣ（ｐｏｉｎｔ ｏｆ ｃａｒｅ）分析）や、河川や廃棄物中の有害物質の分析を河川や廃棄物処理場等の現場で行うこと（ＰＯＵ（ｐｏｉｎｔ ｏｆ ｕｓｅ）分析）や、食品の調理，収穫，輸入の各現場における汚染検査等の、分析・計測が必要とされる現場もしくは現場の近傍で分析・計測を行うこと（以下、「ＰＯＣ分析等」と総称する）の重要性が注目されており、近年、このようなＰＯＣ分析等に適用される検出法や装置の開発が重要視されつつある。そして、このようなＰＯＣ分析等は、簡便に短時間で、且つ低コストで行われることが要求される。
【０００３】
従来、微量分析には、試料をキャピラリガスクロマトグラフィー（ＣＧＣ），キャピラリ液体クロマトグラフィー（ＣＬＣ）等で分離した後、質量分析計で定量するＧＣ−ＭＳ装置やＬＣ−ＭＳ装置が広く使用されてきた。しかしながら、これらの分析装置は質量分析計が大型であることと操作が煩雑であることから、患者のベッドサイドや汚染河川，廃棄物処理場近辺等の現場での測定に使用するのには適していない。さらに、血液等を試料とする医療診断用途の分析装置は、試料が触れる部分を使い捨てにすることが望ましい。
【０００４】
そこで、これらの問題点を解決するために、従来利用されてきた分析装置を小型化し、極微量の液体試薬を反応させるμＴＡＳ（ｍｉｃｒｏ ｔｏｔａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｓｙｓｔｅｍ）の技術をＰＯＣ分析等へ応用する検討が進んできた。μＴＡＳでは、血液に限らず検体量を微量にするために、１０ｃｍから数ｃｍ角程度以下のガラスやシリコン製のチップの表面に溝を形成して、その溝中に試薬溶液や検体を流して分離，反応を行って、微量試料の分析を行っている（特開平２−２４５６５５号公報、特開平３−２２６６６６号公報、特開平８−２３３７７８号公報、 Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ Ｃｈｅｍ． ６９， ２６２６−２６３０ （１９９７） Ａｃｌａｒａ Ｂｉｏｓｃｉｅｎｃｅｓなど）。この技術においては、検体量，検出に必要な試薬量，検出に用いた消耗品等の廃棄物，廃液の量がいずれも少なくなる上、検出に必要な時間もおおむね短時間で済むという利点がある。
【０００５】
本願出願人も、特願平１０−１８１５８６号明細書（「混合分析装置及び混合分析方法」）、特開２０００−２６７５号公報（「キャピラリ光熱変換分析装置」）、特開２０００−２６７７号公報、国際公開ＷＯ９９／６４８４６号公報（「分析装置」）、特願平１１−２２７６２４号明細書、国際公開ＷＯ０１／１３１２７号公報（「分析用カートリッジ及び送液制御装置」）等のμＴＡＳ関係の発明を出願している。
【０００６】
これらの公報又は出願明細書には、チップとして樹脂製のマイクロチップを用いることや、微量成分の検出法として熱レンズ検出法を用いることなども記載されている。
熱レンズ検出法は、励起光で液体中の試料を励起して、いわゆる熱レンズを形成させ、検出光でその熱レンズの変化を測定する光熱変換検出法であり、その原理等は以前から知られている（特開昭６０−１７４９３３号公報、Ａ．Ｃ．Ｂｏｃｃａｒａ ｅｔ．ａｌ．，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．３６，１３０，１９８０、Ｊ． Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ １２， ２５７５−２５８５（１９８９） 、特開平１０−１４２１７７号公報、特開平４−３６９４６７号公報、ぶんせきＮｏ．４，２８０−２８４，１９９７、Ｍ．Ｈａｒａｄａ，ｅｔ．ａｌ．，Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．Ｖｏｌ．６５，２９３８−２９４０，１９９３、川西，他 日本分析化学会第４４年会講演要旨集，ｐ１１９，１９９５など）。
【０００７】
キャピラリ中の成分を測定する方法としては、熱レンズ検出法の他に蛍光法や吸光度法等も用いることができるが、蛍光標識物質の導入などの操作をすることなく高い感度が実現できるので、熱レンズ検出法が適している。
一方、チップ内の液体を移動させる技術、すなわち送液方法としては、チップ外の送液ポンプ又は吸引ポンプを用いて、チップのキャピラリ内の送液を行う方法が一般的である（例えば、Ｓ．Ｓｈｏｊｉ，ｅｔ．ａｌ．，Ｓｅｎｓｏｒｓ＆ＡｃｔｕａｔｏｒｓＢ８，２０５−２０８，１９９４、ぶんせきＮｏ．４，２８０−２８４，１９９７、Ｍ．Ｈａｒａｄａ，ｅｔ．ａｌ．、Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．Ｖｏｌ．６５，２９３８−２９４０，１９９３、川西，他 日本分析化学会第４４年会講演要旨集，ｐ１１９，１９９５等）。
【０００８】
しかしながら、この外部ポンプを用いる方法では、制御の即応性，連続的な変化，耐久性，医療現場においては重要な静粛性等の点で問題がある。また、送液ポンプ，吸引ポンプを用いるため装置全体が大型になることや、チップと外部ポンプとの接続部分で漏れが生じるおそれもある。さらに、外部ポンプを用いた装置等のように外部との液の通過が必要な装置では、チップ外部に廃液溜，試薬溶液溜，緩衝液溜等を設ける必要があり、液の補給，廃棄，清掃など、その液溜のメインテナンスが必要になる。このことは、ＰＯＣ分析等において簡便性を著しく損なうことになる。
【０００９】
そのため、最近ではチップ内に組み込み可能なマイクロポンプの開発が行われている。このマイクロポンプとしては、例えばチップ内部に液を押し動かすためのダイアフラム膜が組み込まれているものがある。ダイアフラム膜の動力源としては圧電素子をあげることができる。圧電素子は、比較的少量のエネルギーで大きな力を発生させることが可能である。
【００１０】
しかしながら、圧電素子が単一の結晶で構成されていると、極小さい距離しか液を押し動かすことができない。ストロークを大きくするには通常は複数の結晶で圧電素子を構成するが、そうすると多くの部品が必要になり、結局コストがかさんでしまう。
また、圧電素子は小さい電流で駆動するが高い電圧を必要とするため、必ずしも今日の半導体回路に適応しているとは言えない。さらに、伸張係数の異なる材料を積層して圧電素子を構成する必要があり、しかも積層に際しては正確なクリアランスが要求されるため、微小サイズ化することが難しい。さらに、振動による往復運動を生ずるため、送液に適した一方向の力に変換するためには、逆止弁機能を有する複数のバルブを必要としたり、複数のポンプに位相差を付ける電気的制御を必要としたりするので、システム全体が非常に複雑になるという問題があった。ディフューザーなど整流効果のあるモジュールを流路内に設置することにより送液を行うことも可能であるが、その構造上の特性により、高流速でないと整流効果は期待できない。低流速の場合には流路幅を細くすることにより高速化することも可能ではあるが、この方法では流路での圧力損失が大きくなる，チップの製作精度や流量制御精度を高める必要がある，高コストにつながる等の理由により、実用的なシステムを組むことが困難になってくる。
【００１１】
また一方、チップ内の液体移動を止める技術、すなわち流路閉止方法としては、ピエゾ素子等を用いた能動バルブ（例えばＡ．Ｖａｎ ｄｅｎ Ｂｅｒｇ等、Ｐｒｏｃ．ｏｆ μＴＡＳ’９６，ｐ９（１９９６）等）やシリコンゴム等を用いた受動バルブ（例えばＲ． Ｚｅｎｇｅｒｌｅ他、Ｐｒｏｃ． ｏｆ Ａｃｔｕａｔｏｒ’９４， ｐ２５（１９９４）等）といった種々の構造が考案されている。これらのバルブとダイアフラム膜の駆動部分とを組み合わせて形成されるマイクロポンプは実用に供されつつあるが、製作に必要な手間やコストを考えると、血液測定などの用途で一般的である使い捨てには適していない。
【００１２】
また、遠心力で送液を行う場合には、流路幅が途中で細くなり表面張力で閉状態となるバルブや、ワックスで流路を塞ぐバルブを設けて送液を制御する方法も知られている（国際公開ＷＯ ９８／５３３１１や国際公開ＷＯ ９７／２１０９０等。ＧＡＭＥＲＡ Ｂｉｏｓｃｉｅｎｃｅ社）。表面張力を利用したバルブにあっては、試薬溶液に界面活性剤が入っているときには、容易にバルブが開状態となってしまい調節が難しいという問題があり、ワックスを用いたバルブにあっては、流路幅が太くなる，ワックスを溶かす加熱機構が必要になる，液体中の成分がワックスに吸着する等の問題がある。また、これらのバルブを開状態から閉状態にするには、大きな困難が伴う。
【００１３】
また一方、チップ内の液体のハンドリングを行う技術、すなわち液体ハンドリング方法としては、例えばマイクロマシンに代表されるシリコンの微細加工技術を応用して、シリコン基板の削り込みや、厚塗りタイプの感光性樹脂に流路を形成するなどして、ゲートバルブ構造を同一平面上に形成するものや（例えばＶ．Ｓｅｉｄｅｍａｎｎ他、Ｐｒｏｃ． ｏｆ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ’０１，ｐｐ１６１６−ｐｐ１６１９（２００１））、シリコン基板を複数枚積層した立体構造としてバルブ構造を組み込んだものがある。これらはＬＳＩに代表される半導体加工技術に基づいて製作されており、コストが高いので使い捨て用途には不向きであり、またシリコンを使用するため光学的検出には適さない。
【００１４】
また、磁気粘性流体で流路を閉塞して閉止バルブとする方法も知られている（Ｈ． Ｈａｒｔｓｈｏｒｎｅ他、Ｐｒｏｃ． ｏｆ μＴＡＳ’９８， ｐｐ３７９−ｐｐ３８１（１９９８））。この方法ではチップ保管時における外部磁力の存在が問題となる。
さらに、液体の水素イオン指数等に応じて体積が変化するポリマーを開閉バルブとして使用する方法も知られている（Ｒ． Ｈ． Ｌｉｕ他、Ｐｒｏｃ． ｏｆ μＴＡＳ’２０００， ｐｐ４５−ｐｐ４８（２０００））。しかしながら、この方法では種々の物質を取り扱わなければならないチップには制約が多すぎる。
【００１５】
また、液体に触れるだけで体積が大きくなる吸水ポリマーを閉止バルブとして使用する方法も知られている（例えば、特願平４−３３５）。しかしながら、この方法では、吸水ポリマーが液体に触れたときから閉止効果を発揮してしまうため、液体の流れを制御する手段や吸水ポリマーを膨潤させないようにする手段等を設ける必要がある。
【００１６】
さらにまた、吸水ポリマーを閉止バルブとして使用する場合には、乾燥した吸水ポリマーをチップ内に保管することになるが、乾燥した吸水ポリマー間で静電気が発生したり、またチップが樹脂製であるときには当該チップと乾燥した吸水ポリマーとの間で静電気による反発が発生し、所定量の吸水ポリマーを保管場所に収納することは困難である。
【００１７】
また、吸水ポリマーを膨潤させるときには、吸水ポリマーの保管場所と液体が導入される流路との位置関係によっては、液体が吸水ポリマー全体を湿潤する前に当該液体の導入口をふさいでしまい、膨潤に必要な液体の供給が絶たれてしまう可能性がある。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
このように、ＰＯＣ分析等を行う機器へ提供するバルブ機構として多くの提案があるが、多項目，小型，簡便，短時間，低コストという我々の目指す機器の要求全てに適合するものは未だ提案されていない。具体的には、装置が小型で平易に製造できるもの、操作が煩雑でなく簡単に測定ができるもの等の多くの必要条件を満たすことのできるバルブ機構が求められている。
【００１９】
そこで、本発明は、上記のような従来技術が有する問題点に鑑みて、その機構が平易で小型且つ低コストであると共に、ＰＯＣ分析等をはじめとする種々の分析を行う分析装置に好適なバルブ機構を提供することを課題とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明の請求項１に係る分析チップにおけるバルブ機構は、流路と、この流路に連結され且つ所定の液体を収容した液体槽とを備えた分析チップにおけるバルブ機構であって、前記流路から分岐した分岐流路と、この分岐流路に連結された保存槽と、この保存槽内に乾燥した状態で収納され且つ前記所定の液体を吸収すると体積が増加する吸水ポリマーと、を備え、前記保存槽は、少なくとも一部が気体を透過し液体を透過しない素材からなる変形可能な隔壁で構成された壁体に囲まれており、前記所定の液体を吸収させることによって体積が増加した前記吸水ポリマーを、前記保存槽の内部に向かって突出するように前記隔壁を変形させることによって、前記流路内の所定部位に押し出して、当該流路を塞ぐことを特徴とする。
このような構成であれば、吸水ポリマーを流路内に押し出すことによって、当該流路を任意のタイミングで塞ぐことができ、当該流路内の液体の通過を妨げる閉止バルブとしての機能を、平易で小型且つ低コストに形成することができる。
【００２２】
また、外側から隔壁に押圧力が加えることによって、その隔壁が変形して保存槽の内部に押し込まれ、この隔壁の変形によって保存槽の容積が減少することで、その保存槽内の吸水ポリマーを前記容積変化分だけ流路に押し出すことができ、簡便に低コストで作製することができる。
【００２３】
さらに、乾燥した吸水ポリマーを保存槽内に予め収容しておき、使用時に膨潤させて使用することができるので、ＰＯＣ等に求められる簡便性から見て好ましい。
【００２４】
また、乾燥した吸水ポリマーを膨潤させる液体を前記保存槽に充填するときには、前記保存槽内の空気は液体が充填されるにしたがって隔壁を透過して抜けていくが、液体や吸水ポリマーは透過して抜けていくことはなく、前記保存槽内を吸水ポリマーで完全に満たされた状態にすることができる。
【００２５】
さらに、本発明の請求項２に係る発明は、請求項１に記載のバルブ機構において、前記乾燥した状態の吸水ポリマーを、所定の補助部材に保持させて前記保存槽内に収納したことを特徴とする。
このような構成であれば、乾燥した吸水ポリマーを保存槽内に収容するときに、乾燥した吸水ポリマーと保存槽との間の静電気による反発力や、乾燥した吸水ポリマー間で生じる静電気による反発力による不具合を防止することができる。
【００２６】
さらに、本発明の請求項３に係る発明は、請求項１に記載のバルブ機構において、前記乾燥した状態の吸水ポリマーを、表面に粘着性を有するシート状部材を介して前記保護槽に収納したことを特徴とする。
また、本発明の請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれかに記載のバルブ機構において、前記分析チップは、一対の平板状部材が貼り合わされて構成され、当該一対の平板状部材のうち少なくとも一方は板面に溝を備え、当該溝を備えた板面を内側にして貼り合わせることにより前記流路が形成されていることを特徴とする。
【００２７】
以下に、本発明のバルブ機構について、図面を参照しながら詳細に説明する。
〔チップについて〕
本発明のバルブ機構を構成するチップ１は、前述のようにキャピラリ１２と当該キャピラリ１２を閉塞可能な物質が収納される保存槽１３とを備えている。そして、これらは板面に溝を備える一対の平板状部材を貼り合わせることにより形成することが好ましい。すなわち、図１に示すように、板面に溝１０ａを備える平板状部材１０の前記溝１０ａを備えた板面１０ｂに、例えば樹脂製のカバーシート１１を接着剤，粘着テープ等を介して貼り合わせると、搬送用流路や混合用流路となるキャピラリ１２を有するチップ１が形成される。また、チップ１は加工生産性の点から、貫通溝をもつ平板を、他の平板２枚で挟んで溝を形成させて３枚構成とすることも可能である。
【００２８】
この溝は、金型による成形やエンボス等の技術によって形成することができる。溝の形状，寸法については特に限定されるものではないが、現状の成形技術の観点からは、流路の幅と深さとの比が０．３〜１０程度で、且つ、幅，深さはそれぞれ０．５μｍ以上が好ましく、必要とする試料，試薬の量の観点からは、幅，深さはそれぞれ５００μｍ以下であることが好ましい。なお、溝の断面形状は、どのようなものであってもよく、例えば四角形や三角形等の多角形、半円形、半楕円形等であってもよい。また、１つの平板状部材１０上に何種類かの異なった形状の溝を形成してもよく、溝１０ａの上面（開放面）の幅は、溝１０ａの下面（底）の幅と同じであってもよいし広くてもよい。
【００２９】
なお、後述する光熱変換法に基づく検出手段をより簡便に精度よく行うためには、溝の断面形状が四角形であることが望ましい。この溝１０ａは、小さすぎると液体中の微粒子により流れが乱れる原因となり、大きすぎると平板状部材１０の面積が大きくなるという問題や、拡散時間の増大という問題を生じる。
平板状部材１０の材質として樹脂を採用する場合は、成形加工性が良好であることと、光学測定を実施する場合には透明であることが要求されるので、透明な熱可塑性樹脂を使用することが好ましい。平板状部材１０の材質としてガラスを採用することも可能であるが、コストを考慮すると樹脂の方が好ましい。
【００３０】
具体的には、ポリスチレン、スチレン−アクリロニトリル共重合体等のスチレン系樹脂、ポリメチルメタクリレート、メチルメタクリレート−スチレン共重合体等のメタクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルイミド、ポリアリレート、ポリメチルペンテン、１，３−シクロヘキサジエン系重合体などがあげられる。また、これらの共重合体やブレンド品を用いることも可能である。また、樹脂の材質については本出願人によるＰＣＴ／ＪＰ９９／０３１５８号明細書（「分析装置」）に詳述されている。
【００３１】
樹脂製の平板に微細な溝を形成する方法としては、切削加工やレーザー等によるエッチング加工、型内でのモノマーやマクロモノマーのＵＶ硬化や熱硬化、熱可塑性樹脂の溶融加工や塑性加工等の方法を挙げることができる。また、それらのうち熱可塑性樹脂の溶融加工や塑性加工によれば、溝を有する平板を大量に且つ安価に成形加工できるので好ましい。また同様に、金型を用いた熱可塑性樹脂の射出成形法や圧縮成形法、エンボス成形法等を用いるようにしてもよい。
【００３２】
また、カバーシート１１の材料は、前記溝を有する平板に用いられる材料の中から選ぶことができ、同じ材料であってもよいし、異なる材料であってもよい。厚みは、特に限定されるものではないが、検出の障害にならないように、０．０５〜数ｍｍ程度が好ましい。
また、平板状部材１０にカバーシート１１を貼り合わせる方法としては、超音波融着、熱融着、アクリル系光硬化性接着剤、ホットメルト接着剤やＵＶ接着剤等の接着剤による接着、粘着剤による粘着、直接又は薄い弾性シート、両面テープ等を介しての圧接等が挙げられる。
【００３３】
〔隔壁及びバルブ機構について〕
図２の（ａ）に示すように、保存槽１３は平板状部材１０に設けられた貫通孔により形成され、その内部には吸水ポリマーＬが収納されている。また、保存槽１３には、開口部を覆うように弾性を有するダイアフラム膜１４が取り付けられている。ダイアフラム膜１４は柔軟性を有していて変形可能であるので、図２の（ｂ）に示すようにチップ１の外側から押圧力を作用させると、ダイアフラム膜１４が変形して保存槽１３の内部に押し込まれる。
【００３４】
そうすると、このダイアフラム膜１４の変形によって保存槽１３の容積が減少するので、図２の（ｂ）に矢印で示すように、保存槽１３内の吸水ポリマーＬが前記容積変化分だけ押し出される。これにより保存槽１３内の吸水ポリマーＬをキャピラリ１２に移動させることができ、キャピラリ１２を塞ぐことができる。ダイアフラム膜１４は、柔軟性を有していて、小型の機構で変形可能なシート状のものであれば特に限定されるものではないが、空気は透過し液体は透過しない（撥水性によりはじかれてしまう）性質の膜で形成することが好ましい。ダイアフラム膜１４は通気性を有し且つ耐水性を有する機能膜になるので、保存槽１３内に乾燥した吸水ポリマーを収納しておき液体を導入すると、保存槽１３内の空気は液体が充填されるにしたがって押し出され、ダイアフラム膜１４を透過して抜けていくが、ダイアフラム膜１４の撥水性によって液体や吸水ポリマーＬが透過して抜けていくことはないので、保存槽１３内を吸水ポリマーＬで完全に満たされた状態にすることができる。
【００３５】
ダイアフラム膜１４の素材としては様々な多孔膜が使用可能である。吸水ポリマーＬを膨潤させる液体は水溶液であるので、疎水性の有機ポリマーや無機素材からなる平板などに数μｍから１ｍｍ程度の小さな穴をあけた構造のものでもよい。この場合は、水の表面張力のために小さな穴に液は入っていかないが、気体は通ることになる。
【００３６】
特に、ＰＴＦＥ（四フッ化エチレン）多孔膜であれば、ごく一般的に市販されているものでも１０数気圧程度の耐水圧を持つものは容易に入手でき、十分な性能を備えているものを容易に構成することが可能である。
疎水性の有機ポリマーは、臨界表面張力が２０℃で約０．０４Ｎ／ｍ以下であることが好ましく、例としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、シリコン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアリレート、ポリメチルペンテン、１，３−シクロヘキサジエン系重合体等があげられる。
【００３７】
また、耐水圧が大きいほど高い圧力で送液できるので、耐水圧は大きいほど好ましいが、本発明のチップに使用できる膜の耐水圧は、発明の実施の形態の項で後述するような流路構成では０．１ｋｇ／ｃｍ２以上、好ましくは１．０ｋｇ／ｃｍ２以上、さらに好ましくは３．０ｋｇ／ｃｍ２以上が好ましい。膜の平均孔径は０．１μｍから約５μｍのものが使用できるが、孔径が小さいほど耐水圧が高く透過空気量が僅かであることを考慮すると、０．１μｍ程度が最も好ましい。膜厚は１００〜３００μｍのものが好ましい。
【００３８】
また、吸水ポリマーＬの材質としてはキャピラリ１２内の液体に溶解しないこと、また吸収した液体が漏れ出さないことが必要である。吸水ポリマーＬの溶解や漏れ出しがあると、キャピラリ１２内の液体の組成に変化を与え、測定値の正確さに影響を与えることとなる。従来吸水ポリマーは使い捨ておむつや女性の生理用品などに使用されてきており、代表的なものとしては、ポリアクリル酸ソーダ等を挙げることができる。アクリル酸系以外にもポリビニルアルコール系、デンプン−アクリル酸グラフト共重合体系、デンプン−アクリロニトリルグラフト共重合体けん化物、アクリルアミド系、カルボキシメチルセルロース系、イソブチレン−マレイン酸共重合体系、酢酸ビニル−アクリル酸エステル共重合体けん化物、ビニルアルコール−アクリル酸系など各種の吸水性をもつ物質を利用できるが、これらはキャピラリ１２内の液体による溶解等を考慮する必要があり、またキャピラリ１２の大きさに応じて適切な移動性等を持つように弾力性を調整する必要もある。
【００３９】
また、乾燥した吸水ポリマーを保存槽Ｖに収容する方法としては、所定の大きさに切り抜いた両面テープに当該吸水ポリマーを塗布して保存槽Ｖ内に収容する方法が好ましい。乾燥した吸水ポリマーＬとチップ１との間の静電気による反発力や、乾燥した吸水ポリマーＬ間で生じる静電気による反発力による不具合を防止することができる。
【００４０】
なお、キャピラリ１２内に押し出す物質としては、吸水ポリマーＬに限定されるものではなく、バルブとして機能しないときには保存槽１３内に留まり、かつ必要に応じてキャピラリ１２内に移動でき、さらにキャピラリ１２内においては液体の流れに抗することができる位置保持性を持ち、キャピラリ１２内の液体に溶解しない等の条件を満たすものであればよい。
【００４１】
そのような物質としては、例えばイオン濃度変化、溶媒組成変化、熱・温度変化、光刺激、電気刺激など特定の刺激に対して反応し、膨潤／収縮するポリマーが多数知られている。また、ポリアクリル酸又はポリメタクリル酸をポリビニルアルコールで架橋した電解質ゲルフィルムはＨＣｌ中で収縮、ＮａＯＨ中で膨潤することが知られている。また熱・温度変化による膨潤／収縮は、ポリビニルメチルエーテルゲル、Ｎ−イソプロピルアクリルアミド−の誘導体ゲル、アクリルアミド／トリメチル（Ｎ−アクリロイル−３−アミノプロピル）アンモニウムアイオダイドゲルなどで見られる。これらについても弾力性や耐溶剤性等に考慮すれば閉止バルブとして利用可能である。
【００４２】
〔バルブ機構について〕
このような原理を利用すれば、図３の模式図に示すようなバルブ機構を有するチップ１を形成することができる。
このチップ１はキャピラリ１２の一端に連結された液体槽Ｓと、前記キャピラリ１２の他端に連結された廃液槽Ｗと、キャピラリ１２から分岐した分岐キャピラリ１５に連結された保存槽Ｖとを有していて、それらの開口部は前述のダイアフラム膜１４で覆われている。また、液体槽Ｓにはキャピラリ１２に送液する液体が収容され、保存槽Ｖには吸水ポリマーＬが収容されており、液体槽Ｓと保存槽Ｖとには、ダイアフラム膜１４を押圧し変形させて槽内の容積を変化させる機構（図示せず）、すなわち、液体槽Ｓ内の液体を送液する機構や、保存槽Ｖ内の吸水ポリマーＬを押し出す機構も備えられている。
【００４３】
ダイアフラム膜１４は柔軟性を有していて変形可能であるので、図４の（ａ）に示すように液体槽Ｓのダイアフラム膜１４に押圧力を作用させると、ダイアフラム膜１４が変形して液体槽Ｓの内部に押し込まれる。そうすると、このダイアフラム膜１４の変形によって液体槽Ｓに収容されている液体が押し出され、保存槽Ｖと廃液槽Ｗとに流れ込み、保存槽Ｖに流れ込んだ液体で吸水ポリマーＬが膨潤する。そして、膨潤した吸水ポリマーＬで保存槽Ｖが満たされた状態になると、液体は廃液槽Ｗだけに流れ込むようになる。
【００４４】
その後、図４（ｂ）に示すように保存槽Ｖのダイアフラム膜１４に押圧力を作用させると、ダイアフラム膜１４が変形して保存槽Ｖの内部に押し込まれる。そうすると、このダイアフラム膜１４の変形によって保存槽Ｖに収容されている吸水ポリマーＬが押し出されて、図４（ｃ）に示すように、キャピラリ１２に押し込まれ、キャピラリ１２に押し込んだ吸水ポリマーＬで当該キャピラリ１２が塞がれた状態となり、廃液槽Ｗに流れ込む液体の流れを阻害する閉止バルブとして機能することとなる。
【００４５】
このような閉止バルブとしての機能は、例えば図５に示すような試料の希釈と試薬反応とを連続して行う検出装置に適用することができる。例えば図５においては、まず試料ｓと緩衝液ｂとを混合して希釈試料ｓｂを生成する希釈用流路と、希釈試料ｓｂに試薬ｘ、ｙを混合する反応用流路と、希釈試料ｓｂと試薬ｘ、ｙの反応結果を検出する検出用流路とからなるものに、前記希釈用流路と反応用流路とを繋ぐ流路ＳＢに連結する保存槽Ｖを設け、その保存槽Ｖに吸水ポリマーＬを収納している。そのため、保存槽Ｖに収容されている吸水ポリマーＬを流路ＳＢに押し出して当該流路ＳＢを塞ぐことで、試薬ｘ、ｙ混合時に反応用流路から希釈用流路への液体の逆流を防止することができる。
【００４６】
これによって、例えば一般的な生化学測定のプロセスで必要となる希釈用流路と反応用流路との相互作用の防止が、簡便なダイアフラム機構とキャピラリとを形成することで可能となり、高精度なプロセスを実現することができるため、ＰＯＣ用途などの小型、廉価な測定機構に適した構造の基本的要素を実現することができる。
【００４７】
ちなみに、図６に示すように、吸水ポリマーＬによって流路ＳＢを閉塞する機構がないときには、それぞれの圧力の関係によっては、試料ｓｂと試薬ｘ、ｙとの混合液が流路ＳＢを逆流する可能性がある。このような状態が発生すると、試料ｓｂと試薬ｘ、ｙとの混合が適切に行われないので、検出結果の精度が低下することになる。
【００４８】
なお、液体槽Ｓの開口部を覆うダイアフラム膜１４は、医療診断における分析では、チップ１内の液が基本的には水を主成分とすること、製造上の利点が多いこと、および漏れの恐れがきわめて小さいことからも、疎水性の膜を用いることが好ましい。特に、ＧＯＴ／ＧＰＴやコレステロール量などの生化学分析においては、一般には血漿蛋白の吸着防止などのために、試薬に界面活性剤を添加することが多いので、その場合はより疎水性の強い膜が必要となる。
【００４９】
またセルロースアセテート膜のようなものでも使用できる場合もあるが、界面活性剤が添加された試薬液の場合は、ＰＴＦＥ，シリコン，ポリエチレン等の疎水性の強い膜の方が液体の透過を防ぐ耐水圧が大きいので好ましい。試薬の乾燥固着の工程を考慮すると、界面活性剤入りの試薬に対して、形状がより安定なＰＴＦＥ膜など、疎水性の高いダイアフラム膜１４がさらに好ましい。またキャピラリ１２を流れる液体が疎水性の有機溶媒である場合には、親水性の高い素材からなる平板などに小さな穴をあけたものを用いるようにしてもよい。
【００５０】
【発明の実施の形態】
本発明に係るバルブ機構の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。
図７に、吸水ポリマーによる閉止バルブを備えた、生化学測定用の混合装置の構成を説明する模式図を示す。この混合装置は、複数の槽（Ａ槽，Ｂ１槽，Ｂ２槽，Ｃ１槽，Ｃ２槽）と、それらの槽を連通する複数の流路ａ，ｂ１，ｃ１，ｃ２とを有するチップ２０を備えている。また、Ｂ１槽，Ｂ２槽，Ｃ１槽には疎水性のダイアフラム膜２１が取り付けられ、Ａ槽，Ｃ２槽にはシリンジ接続用のコネクター２２が取り付けられている。
【００５１】
ここで、Ａ槽は検体を導入するための液体槽であり、流路ａの一端に連結されている。また流路ａの他端は流路ｂ１，ｂ２に分岐されており、それらの流路ｂ１，ｂ２の端部にはそれぞれＢ１槽，Ｂ２槽が廃液槽として連結されている。また、流路ｂ２には流路ｃ１，ｃ２が連結されており、それらのうち流路ｃ１には乾燥した吸水ポリマーを収容したＣ１槽が連結され、また流路ｃ２には試薬溶液を導入するためのＣ２槽が連結されている。
【００５２】
また該チップ２０は、貫通孔と溝とを備える平板状部材２３にカバーシート２４を貼り合わせることにより構成されている。平板状部材２３の溝を備えた板面にカバーシート２４を貼り合わせることによって液体の流路が形成され、貫通孔によって液体槽が形成される。なお、平板状部材２３及びカバーシート２４は、透明な熱可塑性樹脂で構成されている。
【００５３】
このチップ２０の制作方法については、本出願人がＰＣＴ／ＪＰ９９／０３１５８号明細書に詳述している。つまり、平板状部材２３はメタクリル樹脂（旭化成工業製デルペット ８０ＮＨ）を射出成形することで成形される。
射出成形の方法としては、金型キャビティへの樹脂の充填工程中に炭酸ガスを存在させ、金型に接する樹脂表面の固化温度を低下させつつ射出成形する射出成形法（特公平１０−１２８７８３号公報、特公平１０−５０７１９号公報）を用いる。その際、ガスとしては純度９９％以上の二酸化炭素を使用し、成形機としては住友重機械工業製ＳＧ５０を使用する。
【００５４】
ここで、金型は表面に微細な形状を加工したスタンパーで形成する。スタンパーは、次のようにして作成することができる。即ち、射出成形によって溝を形成できるパターンのマスクを、シリコンウェハー上に５０μｍの厚みでコートしたドライフィルムレジスト（ＤＦＲ）に乗せて露光し、シリコンウェハー上にＤＦＲのパターンを形成し、このシリコン／ＤＦＲに対してニッケル電鋳を行い、さらに電鋳品の厚みや幅、長さを、金型にはまるように微調整（ヤスリで研磨）してスタンパーを得る。その際、金型表面状態の転写性は、光学顕微鏡による観察、レーザー顕微鏡による形状測定で評価する。また、成形品も、光学顕微鏡による観察、切断断面の溝形状の光学顕微鏡や電子顕微鏡での観察、レーザー顕微鏡による形状測定等で観察する。
【００５５】
そして、金型キャビティの表面温度を８０℃とし、二酸化炭素を１ＭＰａの圧力で満たしてから、樹脂温度２４０℃のメタクリル樹脂を射出し、シリンダ内樹脂圧力８０ＭＰａで１０秒間保圧し、さらに２０秒間冷却して表面に溝を有する平板を成型する。なお、金型に満たした二酸化炭素は、樹脂充填完了と同時に大気中に開放する。この成形品に対してドリルで必要サイズの貫通孔を設け、十分にバリ取りを施した後、溝が形成されている側に３００μｍ厚みのメタクリル樹脂シートをカバーシート２４として、メタアクリレートモノマーで溶解したアクリル系光硬化性接着剤で貼合わせて、複数の液体槽と流路とを有するチップ２０を構成する。
【００５６】
また、ダイアフラム膜２１が取り付けられているＣ１槽の近傍には、当該ダイアフラム膜２１を変形させるダイアフラム膜変形機構が設けられており、そのダイアフラム膜変形機構は、動力源としての回転モータと、ダイアフラム膜２１を押圧するためのプランジャー２５と、ボールネジによりモータの回転動作をプランジャー２５の押圧動作に変えるシリンダ機構とから構成されている。そして、これをＣ１槽のダイアフラム膜２１へ押しつけることで吸水ポリマーを押し出すようになっている。
（実施例１）
次に、この混合装置で吸水ポリマーによる閉止バルブの閉止効果を確認した結果を具体的に説明する。
【００５７】
まず構成を説明すると、シリンジポンプでＡ槽に導入する検体に代えて、直径０．５μｍのポリスチレンビーズ（大塚電子製）を混入した濃度０．１％のＰＢＳを使用し、Ｃ２槽に導入する試薬に代えて濃度４ｍＭの青いキシレンシアノールを使用した。
また、Ｃ１槽に収容する吸水ポリマーとしては住友精化製のポリアクリル酸ソーダ（１０ＳＨ−Ｐ、平均粒度は２００μｍ〜３００μｍ）を使用した。これを直径１．５ｍｍに切り抜いた両面テープ２６（日東電工製）に塗布することで、両面テープ２６の面積の応じた一定量の吸水ポリマーを導入するようにした。このように、乾燥した吸水ポリマーを両面テープ２６に塗布してからＣ１槽に収容することで、乾燥した吸水ポリマーとＣ１槽との間の静電気による反発力や、乾燥した吸水ポリマー間で生じる静電気による不具合を防止できる。
【００５８】
また、ダイアフラム膜２１としては、孔径がφ０．１μｍである多孔質のＰＴＦＥ膜（ＡＤＶＡＮＴＥＣ社製）を使用し、図８に示すように両面テープ２７でチップ２０に貼り付けて固定した。また、ここではＰＴＦＥ膜を補強するために、ＰＴＦＥ膜の表面にも両面テープ２８を貼り付けた。なお、強度に問題なければこの両面テープ２８は不要である。
【００５９】
チップ２０の形状としては、流路ａの幅を２００μｍとし、流路ｂ１、ｂ２、ｃ１、ｃ２の幅を１００μｍとした。また、深さは各流路ａ，ｂ１，ｂ２，ｃ１，ｃ２とも５０μｍとした。またＣ１槽の直径を２０００μｍとし、他の槽の直径を１０００μｍとした。
また、ダイアフラム膜変形機構の回転モータとしては、ステップモータ（ＶＥＸＴＡ Ｍｏｄｅｌ Ｃ７２１４−９０１５，ＯｒｉｅｎｔａｌＭｏｔｏｒ Ｃｏ，． Ｌｔｄ．）を用いた。ステップモータは、駆動用のドライバー（Ｓｔｅｐｐｉｎｇ Ｍｏｔｏｒ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，Ｍｏｄｅｌ Ｄ７０，Ｓｕｒｕｇａ Ｓｅｉｋｉ）により、１パルス信号に対して０．０１μｍ押し込むことができるようにした。なお、モータ性能としては１〜１０Ｎ程度の推力を発生できれば十分であり、またボールネジを備えているため、高い精度は必要としない。
【００６０】
また、Ｃ１槽にＰＢＳを満たす前に本機構をセッティングしておき、セッティング動作によって内部の吸水ポリマーが不用意に移動する事を回避した。なお、プランジャー直径をＣ１槽の開口部より小さく設計しておけば、仮に外部プランジャーがＣ１槽の中心位置からずれてセッティングされた場合にも、変形による送液量が変動することはなく正確な送液ができる。
【００６１】
次に手順を説明すると、まずシリンジポンプでＡ槽にＰＢＳを２０００μｌ／ｈｒの速度で導入した。すると、ＰＢＳはＣ１槽のダイアフラム膜２１から空気を排出しながら、流路ａ，ｂ２，ｃ１を通ってＣ１槽を満たし、吸水ポリマーを膨潤してＣ１槽が満たされる。このように、Ｃ１槽は気体を透過し液体を透過しないダイアフラム膜２１を有するため、Ｃ１槽内の空気はＰＢＳが充填されるにしたがってダイアフラム膜２１を透過して抜けていくが、ＰＢＳや吸水ポリマーは透過して抜けていくことはなく、Ｃ１槽内を吸水ポリマーで完全に満たされた状態にすることができる。
【００６２】
また同時に、ＰＢＳはＢ１槽，Ｂ２槽，Ｃ２槽に流入し、Ｃ２槽が満たされたことが確認されてから、空気が混入しないよう十分注意を払いつつ、Ｃ２槽のコネクター２２にキシレンシアノールを供給するシリンジポンプを接続した。
次に、顕微鏡で吸水ポリマーの移動状態を確認しつつ、ダイアフラム膜変形機構を作動させて、Ｃ１槽のダイアフラム膜２１を５μｍ／ｓｅｃで押し下げさせ、Ｃ１槽の吸水ポリマーを押し出させて、当該吸水ポリマーで流路ｂ２と流路ｃ１との合流点を塞ぎ、当該ダイアフラム膜２１を５００μｍ押し下げた状態で停止させた。このように、外側からダイアフラム膜２１に押圧力を加えることによって、そのダイアフラム膜２１が変形してＣ１槽の内部に押し込まれ、この変形によってＣ１槽の容積が減少することで、そのＣ１槽内の吸水ポリマーを前記容積変化分だけ押し出すことができる。
【００６３】
そして、この状態でＣ２槽にキシレンシアノールを導入したところ、流路ｂ２上にある流路ｃ１の分岐点と流路ｃ２の分岐点とに挟まれたＰＢＳ内のポリスチレンビーズの動きは観測されず、またＣ２槽から導入されたキシレンシアノールの漏れ込みも観測されなかった。キシレンシアノールは流路ｂ２をＢ２槽の方向にのみ流れ、Ａ槽やＢ１槽の方向への流れが発生しておらず、この結果から、吸水ポリマーによる閉止バルブに十分な閉止効果があることが明白となった。
【００６４】
また、吸水ポリマーを流路ｂ２内に押し出すことによって、当該流路ｂ２を任意のタイミングで塞ぐことができるので、当該流路ｂ２内の液体の通過を妨げる閉止バルブとしての機能を、平易で小型且つ低コストに形成することができる。
（実施例２）
次に、検出手段として熱レンズ法を用いて実際に検体の分析を行った結果を説明する。まず図９に、生化学測定用の分析装置の構成を説明する模式図を示す。この分析装置は、複数の槽（Ａ槽，Ｂ１槽，Ｂ２槽，Ｖ１槽，Ｖ２槽，Ｗ槽）と、それらの槽を連通する複数の流路ａ，ｂ１，Ｖ１，ｖ２、ｃとを有するチップ３０を備えている。また、Ｖ１槽，Ｖ２槽には疎水性のダイアフラム膜３１が取り付けられており、Ａ槽，Ｂ１槽、Ｂ２槽、Ｗ槽にはシリンジ接続用のコネクター３２が取り付けられている。
【００６５】
ここで、Ａ槽はキシレンシアノールを供給するための液体槽であり、搬送用流路ａの一端に連結されている。またＢ１槽，Ｂ２槽はＰＢＳを供給するための液体槽であり、それぞれ搬送用流路ｂ１，ｂ２の一端に連結されている。そして搬送用流路ａ，ｂ１，ｂ２の他端は混合用流路ｃに連結されていて、当該混合用流路ｃの端部には廃液槽であるＷ槽が連結されている。また、搬送用流路ａ、ｂ１、ｂ２を幅１００μｍ、混合用流路ｃを幅１５０μｍとし、図９に示すように、混合用流路ｃは合流直後の流れの乱れを抑えるため徐々に流路幅を狭めて、最終的に一定幅となるようにした。また、Ａ槽，Ｂ１槽，Ｂ２槽の直径を１０００μｍとし、Ｖ１槽，Ｖ２槽の直径は２０００μｍとした。
【００６６】
また、Ａ槽にキシレンシアノールを供給するシリンジと、Ｂ１槽，Ｂ２層にＰＢＳを供給するシリンジとの断面積比を１：２とし、同じポンプで押し出して、それぞれの流量を１：２の比率を保つようにした。なお、液の動きを観察するために、ＰＢＳには０．１％濃度でφ０．５μｍのポリスチレンビーズ（大塚電子製）を混入し、キシレンシアノールとして５μＭ濃度のものを使用した。
【００６７】
さらに、該チップ３０は、前述の混合装置と同様に、貫通孔と溝とを備える平板状部材にカバーシートを貼り合わせることにより構成されており、またダイアフラム膜３１が取り付けられているＶ１槽，Ｖ２槽の近傍には、当該ダイアフラム膜３１を変形させるダイアフラム膜変形機構が設けられている。
また、図１０に示すように、検出装置としてはステージ上での試料の取扱いの容易さを勘案し倒立型顕微鏡３３（ＩＸ７０、Ｏｌｙｍｐｕｓ製）を使用した。これは別に落射型の顕微鏡であっても構わない。この顕微鏡３３は、顕微鏡外の光学系からのレーザー光を導入できるよう改造を加えてある。レーザーは、励起用としてはＨｅ−Ｎｅレーザー（６３３ｎｍ、１０ｍＷ、エドモントサイエンティフィック製）を使用し、検出用のプローブ光としては半導体レーザー（７８５ｎｍ、５０ｍＷ（ＰＳ０２６−００）、フォトテクニカ製）をペルチェ付ＬＤマウント（ＴＣ−０５、日本科学エンジニアリング製）に組み込み使用した。ミラー、ビームエクスパンダー等の光学系はメレスグリオ社製品で統一した。
【００６８】
これらのレーザーは使用する試薬、生成する反応物の吸収スペクトルに応じて適当な周波数のものを利用すればよい。またレーザーはガス、固体、半導体などの種類を選ばない。励起用のレーザー光はライトチョッパー３４により変調された後、ダイクロイックミラー３５により検出用レーザーと同軸にされ、顕微鏡に導かれて試料に照射される。測定試料を照射したレーザー光のうち、励起光のみを選択的にフィルターにより除去しフォトセンサーに導く。レーザー光受光部分には、取扱いの簡便性を考えファイバー付きのフォトセンサーアンプ（Ｃ６３８６、浜松ホトニクス社製）を使用した。このフォトセンサーアンプの受光部はピンホールを持つカバーで覆われている。フォトセンサー３６及びセンサーアンプからの出力は低雑音プリアンプ（ＬＩ−７５Ａ、エヌエフ回路ブロック社製）で増幅した後、ロックインアンプに導かれ信号処理が行われる。
【００６９】
本検出装置を用いた検出の手順を説明すると、まずチップ３０を倒立顕微鏡のステージ上に置く。対物レンズの焦点合わせは励起用レーザーを使用して、モニター画面を参照しつつ溝パターンの上面及び下面で焦点合わせを実施し、それらの中間点をもって溝の中心位置とする。焦点合わせを実施してから、ＰＢＳとキシレンシアノールとを混合し、混合液を検出部分に導く。
【００７０】
励起用レーザーはライトチョッパー３４により１０９５Ｈｚに変調され、混合用流路ｃにある混合液を励起し発熱過程を生じさせる。このライトチョッパー３４による変調の周波数はＳＮ比等の影響により変更することも有りうる。この発熱過程により発生した熱レンズにより検出用レーザーの焦点位置がずれ、それによりピンホールを通してフォトセンサー３６の受光量が発熱量に応じ変化する。測定時、試料の流れは停止させても流した状態でも構わないが、本実施例では流している状態で測定を行う。
【００７１】
フォトセンサーで検出された信号はロックインアンプで処理されるが、ここでは時定数として１秒を用い、ライトチョッパー３４と同じ周波数１０９５Ｈｚの信号だけを選択して用いる。ロックインアンプの出力電圧は励起光により励起される混合液の濃度に比例するため混合液の定量化が可能である。
次に、この分析装置で吸水ポリマーによる閉止バルブの閉止効果を確認した手順を具体的に説明すると、まずシリンジポンプでＷ槽にＰＢＳを２０００μｌ／ｈｒの速度で導入した。すると、ＰＢＳはＶ１槽，Ｖ２槽のダイアフラム膜から空気を排出しながら、流路ｖ１，ｖ２を通ってｖ１槽，Ｖ２槽を満たし、吸水ポリマーを膨潤してＶ１槽，Ｖ２槽が満たされる。また同時に、ＰＢＳはＡ槽，Ｂ１槽，Ｂ２槽に流入する。
【００７２】
そして、各槽が満たされたことが確認されてから、空気が混入しないよう十分注意を払いつつ、Ａ槽のコネクターにはキシレンシアノールを供給するシリンジポンプを接続し、Ｂ１槽、Ｂ２槽のコネクターにはＰＢＳを供給するシリンジポンプを接続して、キシレンシアノールの流量が０．１５μｌ／ｍｉｎとなるように、またＰＢＳの流量が０．３０μｌ／ｍｉｎとなるようにシリンジポンプを作動させた。このときロックインアンプの出力値は１．７ｍＶで安定していた。
【００７３】
次に、顕微鏡でポリマーの移動状態を確認しつつ、ダイアフラム膜変形機構を作動させて、Ｖ１槽のダイアフラム膜３１を５μｍ／ｓｅｃで押し下げさせ、Ｖ１槽の吸水ポリマーを押し出させて当該吸水ポリマーで流路ｂ１を塞ぎ、当該ダイアフラム膜３１を４８０μｍ押し下げた状態で停止させた。この状態でＢ１槽に接続されたシリンジをポンプよりはずし、さらにシリンジポンプで液を送り続けた。すると、混合用流路ｃ内にある混合液が搬送用流路ｂ１に逆流することが防止され、ロックインアンプの出力値は２．８ｍＶで安定していた。
【００７４】
ちなみに、吸水ポリマーで流路ｂ１を塞ぐことなく、Ｂ１槽に接続されているシリンジをポンプから外すと、混合用流路ｃ内にある混合液が搬送用流路ｂ１に逆流していく様子が観測された。これはシリンジに接続されたチューブの拡張等によるものと考えられる。また、この逆流した混合液は、その後再び混合用流路ｃに戻るため、ロックインアンプの出力値は不安定な値を示し、２．２ｍＶ〜３．２ｍＶ程度の大きな振れが観測された。
【００７５】
次いで同様に、顕微鏡でポリマーの移動の状態を確認しつつ、ダイアフラム膜変形機構を作動させて、Ｖ２槽のダイアフラム膜を５μｍ／ｓｅｃで押し下げさせ、Ｖ２槽の吸水ポリマーを押し出させて当該吸水ポリマーで流路ｂ２を塞ぎ、当該ダイアフラム膜を５１０μｍ押し下げた状態で停止させた。この状態でＢ２槽に接続されたシリンジをポンプよりはずし、さらにシリンジポンプで液を送り続けた。すると、混合用流路ｃ内にあるキシレンシアノールが搬送用流路ｂ２に逆流することが防止され、ロックインアンプの出力値は８．５ｍＶで安定した。
【００７６】
ちなみに、吸水ポリマーで搬送用流路ｂ２を塞ぐことなく、Ｂ２槽に接続されているシリンジをポンプから外すと、混合用流路ｃ内にあるキシレンシアノールが搬送用流路ｂ２に逆流していく様子が観測された。
これらの結果より、吸水ポリマーが閉止バルブとして機能し、微細流路内での液体の不安定な動作を防止して、安定した精度良い制御が可能となることが明らかになった。
【００７７】
【発明の効果】
以上のように、本発明のバルブ機構は、ＰＯＣ分析等をはじめとする種々の分析を行う分析装置に好適で、小型且つ低コストである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のバルブ機構を有するチップの構成を説明する断面図である。
【図２】本発明において採用されるダイアフラム機構を説明する断面図である。
【図３】本発明のバルブ機構を有するチップの流路構成を説明する模式図である。
【図４】本発明のバルブ機構の動作を説明する模式図である。
【図５】本発明のバルブ機構を有するチップの流路構成を説明する模式図である。
【図６】バルブ機構を有しないチップの流路構成を説明する模式図である。
【図７】実施例のバルブ機構を有するチップの流路構成を説明する模式図である。
【図８】実施例のダイアフラム機構を説明する断面図である。
【図９】実施例のバルブ機構を有するチップの流路構成を説明する模式図である。
【図１０】実施例の分析装置の全体構成を説明する概念図である。
【符号の説明】
１，２０，３０は チップ
２は平板
１０ａは溝
１０ｂは板面
１０は平板状部材
１１はカバーシート
１２，２４はキャピラリ
１３は保存槽
１４，２１，３１はダイアフラム膜
１５は分岐キャピラリ
２２，３２はコネクター
２５はプランジャー
２６，２７，２８は両面テープ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a valve mechanism suitable for an analyzer that can easily analyze and detect a trace amount of sample.
[0002]
[Prior art]
Analysis for bedside diagnosis (POC (point of care) analysis) that performs measurements necessary for medical diagnosis in the vicinity of patients, and analysis of harmful substances in rivers and wastes at rivers and waste disposal sites (POU (point of use) analysis), and contamination analysis at each site of food preparation, harvesting, and importing, etc. In general, the development of detection methods and devices applied to such POC analysis and the like is being emphasized. Such POC analysis and the like are required to be easily performed in a short time and at low cost.
[0003]
Conventionally, for microanalysis, a GC-MS apparatus or an LC-MS apparatus, in which a sample is separated by capillary gas chromatography (CGC), capillary liquid chromatography (CLC), etc. and then quantified by a mass spectrometer, has been widely used. It was. However, these analyzers are suitable for use on the patient's bedside, contaminated rivers, in the vicinity of a waste disposal site, etc. because of the large mass spectrometer and complicated operation. Not. Furthermore, it is desirable that an analyzer for medical diagnosis using blood or the like as a sample should be disposable at the part touched by the sample.
[0004]
Therefore, in order to solve these problems, studies have been made to reduce the size of a conventionally used analyzer and to apply a μTAS (micro total analysis system) technology for reacting an extremely small amount of liquid reagent to POC analysis or the like. did it. In μTAS, a groove is formed on the surface of a glass or silicon chip of about 10 cm to several centimeters or less in order to reduce the amount of a specimen, not limited to blood, and a reagent solution or specimen is allowed to flow through the groove. A small amount of sample is analyzed by separation and reaction (JP-A-2-245655, JP-A-3-226666, JP-A-8-233778, Analytical Chem. 69, 2626-2630 (1997). ) Acara Biosciences etc.). This technology has the advantage that the amount of specimen, the amount of reagent necessary for detection, the amount of waste such as consumables used for detection, and the amount of waste liquid are all reduced, and the time required for detection can be reduced to a short time. is there.
[0005]
The applicant of the present application is also disclosed in Japanese Patent Application No. 10-181586 (“mixing analysis apparatus and mixing analysis method”), Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-2675 (“capillary photothermal conversion analysis device”), and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-2777. Inventions related to μTAS, such as International Publication WO99 / 64846 (“Analyzer”), Japanese Patent Application No. 11-227624, International Publication WO01 / 13127 (“Analytical Cartridge and Liquid Feed Control Device”), etc. Has been filed.
[0006]
These publications or application specifications also describe using a resin microchip as a chip and using a thermal lens detection method as a trace component detection method.
The thermal lens detection method is a photothermal conversion detection method in which a sample in a liquid is excited with excitation light to form a so-called thermal lens, and the change in the thermal lens is measured with the detection light. (JP-A-60-174933, AC Bockara et.al., Appl.Phys.Lett.36, 130, 1980, J. Liquid Chromatography 12, 2575-2585 (1989), JP 10-142177, JP-A-4-369467, Bunkeki No. 4,280-284, 1997, M. Harada, et.al., Anal.Chem.Vol.65, 2938-2940, 1993, Kawanishi , Et al. Abstracts of the 44th Annual Meeting of the Analytical Society of Japan, p119, 1995, etc.).
[0007]
As a method of measuring the components in the capillary, in addition to the thermal lens detection method, a fluorescence method or an absorbance method can be used, but high sensitivity can be realized without an operation such as introduction of a fluorescent labeling substance. Thermal lens detection is suitable.
On the other hand, as a technique for moving the liquid in the chip, that is, a liquid feeding method, a method of feeding the liquid in the capillary of the chip using a liquid feeding pump or a suction pump outside the chip is generally used (for example, S Shoji, et.al., Sensors & Actuators B8, 205-208, 1994, Bunkeki No. 4,280-284, 1997, M. Harada, et.al., Anal.Chem.Vol.65, 2938-2940, 1993. Kawanishi, et al. Abstracts of the 44th Annual Meeting of the Analytical Society of Japan, p119, 1995, etc.).
[0008]
However, this method using an external pump has problems in terms of control responsiveness, continuous change, durability, quietness that is important in the medical field, and the like. In addition, since the liquid feeding pump and the suction pump are used, the entire apparatus becomes large, and there is a possibility that leakage occurs at the connection portion between the chip and the external pump. Furthermore, in a device that requires liquid to pass outside, such as a device using an external pump, it is necessary to provide a waste liquid reservoir, a reagent solution reservoir, a buffer solution reservoir, etc. outside the chip. Maintenance of the liquid reservoir, such as cleaning, is required. This significantly impairs simplicity in POC analysis and the like.
[0009]
Therefore, recently, a micro pump that can be incorporated in a chip has been developed. As this micro pump, for example, there is one in which a diaphragm film for pushing and moving a liquid is incorporated in a chip. A piezoelectric element can be cited as a power source for the diaphragm film. A piezoelectric element can generate a large force with a relatively small amount of energy.
[0010]
However, when the piezoelectric element is composed of a single crystal, the liquid can be pushed and moved only by a very small distance. In order to increase the stroke, the piezoelectric element is usually constituted by a plurality of crystals. However, if this is done, a large number of parts are required, resulting in an increase in cost.
In addition, since the piezoelectric element is driven with a small current but requires a high voltage, it is not necessarily adapted to the present semiconductor circuit. Furthermore, it is necessary to form piezoelectric elements by laminating materials having different expansion coefficients, and accurate clearance is required for lamination, so it is difficult to reduce the size. Furthermore, since reciprocating motion is caused by vibration, multiple valves with check valve function are required to convert the force into one-way force suitable for liquid feeding, or electrical differences that add phase differences to multiple pumps are required. There is a problem that the entire system becomes very complicated because control is required. Although it is possible to perform liquid feeding by installing a module having a rectifying effect such as a diffuser in the flow path, the rectifying effect cannot be expected unless the flow rate is high due to its structural characteristics. Although it is possible to increase the speed by narrowing the flow path width at low flow rates, this method increases the pressure loss in the flow path, and it is necessary to improve the chip manufacturing accuracy and flow control accuracy. It becomes difficult to build a practical system for reasons such as high costs.
[0011]
On the other hand, as a technique for stopping liquid movement in the chip, that is, as a flow path closing method, an active valve using a piezo element or the like (for example, A. Van den Berg et al., Proc. Of μTAS '96, p9 (1996), etc.) Various structures such as passive valves using silicon rubber or the like (for example, R. Zengerle et al., Proc. Of Actuator '94, p25 (1994)) have been devised. Micropumps formed by combining these valves and diaphragm membrane drive parts are being put to practical use. However, considering the labor and cost required for manufacturing, they can be used as disposables, which are common in blood measurement applications. Is not suitable.
[0012]
In addition, when performing liquid feeding by centrifugal force, a method of controlling the liquid feeding by providing a valve that becomes narrow in the middle of the flow path and closes by surface tension, or a valve that closes the flow path with wax is known. (International Publication WO 98/53311, International Publication WO 97/21090, etc., GAMERA Bioscience). In the case of a valve using surface tension, when a surfactant is contained in the reagent solution, there is a problem that the valve is easily opened and adjustment is difficult. There are problems such as an increase in the width of the flow path, a heating mechanism for dissolving the wax, and adsorption of components in the liquid to the wax. In addition, it is very difficult to change these valves from the open state to the closed state.
[0013]
On the other hand, as a technique for handling the liquid in the chip, that is, a liquid handling method, for example, by applying a silicon micromachining technique represented by a micromachine, a silicon substrate is shaved or a thick coating type photosensitive resin is used. A gate valve structure is formed on the same plane by forming a flow path in the same plane (for example, V. Seidemann et al., Proc. Of Transducers '01, pp1616-pp1619 (2001)), or a plurality of stacked silicon substrates. Some of these three-dimensional structures incorporate a valve structure. These are manufactured based on semiconductor processing technology represented by LSI, and are not suitable for disposable applications because of high cost. Also, since silicon is used, they are not suitable for optical detection.
[0014]
A method of closing a flow path with a magnetorheological fluid to form a closing valve is also known (H. Harthorne et al., Proc. Of μTAS'98, pp379-pp381 (1998)). In this method, the presence of an external magnetic force during chip storage becomes a problem.
Furthermore, a method of using a polymer whose volume changes according to the hydrogen ion index of the liquid as an open / close valve is known (RH Liu et al., Proc. Of μTAS'2000, pp45-pp48 (2000)). . However, this method is too restrictive for chips that must handle various materials.
[0015]
In addition, a method of using a water-absorbing polymer whose volume increases only by touching a liquid as a closing valve is also known (for example, Japanese Patent Application No. 4-335). However, in this method, since the water-absorbing polymer exerts a closing effect when it comes into contact with the liquid, it is necessary to provide means for controlling the flow of the liquid and means for preventing the water-absorbing polymer from swelling.
[0016]
Furthermore, when the water-absorbing polymer is used as a closing valve, the dried water-absorbing polymer is stored in the chip. However, when static electricity is generated between the dried water-absorbing polymers or the chip is made of resin. A repulsion due to static electricity occurs between the chip and the dried water-absorbing polymer, and it is difficult to store a predetermined amount of the water-absorbing polymer in a storage place.
[0017]
When the water-absorbing polymer is swollen, depending on the positional relationship between the storage location of the water-absorbing polymer and the flow path into which the liquid is introduced, the liquid inlet is blocked before the liquid wets the entire water-absorbing polymer. There is a possibility that the supply of liquid necessary for the operation will be cut off.
[0018]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, there are many proposals for valve mechanisms to be provided to equipment that performs POC analysis, etc., but proposals that meet all of the requirements of our target equipment such as multi-item, small size, simple, short time, and low cost are still proposed. It has not been. Specifically, there is a need for a valve mechanism that can satisfy many requirements, such as a small device that can be easily manufactured, and a device that can be easily measured without being complicated.
[0019]
Therefore, in view of the problems of the conventional techniques as described above, the present invention has a simple, small, and low-cost mechanism, and is suitable for an analysis apparatus that performs various analyzes including POC analysis. It is an object to provide a valve mechanism.
[0020]
[Means for Solving the Problems]
  In order to solve the above problems, the present invention has the following configuration. That is, according to claim 1 of the present inventionIn the analysis chipThe valve mechanism includes a flow path,A valve mechanism in an analysis chip, which is connected to the flow path and includes a liquid tank containing a predetermined liquid,Branch channel branched from the channelAnd this branch channelLinked toWasSaveTankWhen,thisStorage tankInsideStored in a dry stateAnd the predeterminedA water-absorbing polymer that increases in volume when absorbing liquid;The storage tank is surrounded by a wall body composed of a deformable partition wall made of a material that at least partially transmits gas and does not transmit liquid,SaidPredeterminedAbsorb liquidBy lettingIncreased in volumeSaidWater-absorbing polymerTheTo protrude toward the inside of the storage tankThe partitionDeformationBy pushing, it pushes out to the predetermined site | part in the said flow path, and plugs the said flow pathIt is characterized by that.
  With such a configuration, by pushing out the water-absorbing polymer into the flow path, the flow path can be closed at an arbitrary timing, and the function as a closing valve that prevents the passage of the liquid in the flow path is simplified. And can be formed at a small size and at a low cost.
[0022]
  Also, OutsideBy applying a pressing force to the partition wall from the side, the partition wall is deformed and pushed into the storage tank, and the volume of the storage tank is reduced by the deformation of the partition wall, so that the water-absorbing polymer in the storage tank is reduced to the volume. The change can be pushed out into the flow path, and can be easily produced at low cost.
[0023]
  furtherDrySince the dried water-absorbing polymer is stored in advance in a storage tank and can be used after being swollen, it is preferable in view of convenience required for POC and the like..
[0024]
  AlsoWhen the storage tank is filled with a liquid that swells the dried water-absorbing polymer, the air in the storage tank passes through the partition wall as the liquid is filled, but the liquid and the water-absorbing polymer permeate. The inside of the storage tank can be completely filled with the water-absorbing polymer without coming off.
[0025]
  Further claims of the present invention2The invention according to claim1The valve mechanism described above is characterized in that the dried water-absorbing polymer is held by a predetermined auxiliary member and stored in the storage tank.
  With this configuration, when the dried water-absorbing polymer is stored in the storage tank, the repulsive force due to static electricity between the dried water-absorbing polymer and the storage tank, or the repulsive force due to static electricity generated between the dried water-absorbing polymer. It is possible to prevent problems caused by
[0026]
  Further claims of the present invention3The invention according to claim1In the valve mechanism described in (1), the dried water-absorbing polymer is stored in the protection tank via a sheet-like member having adhesiveness on the surface.
  Further, the claims of the present invention4The invention according to claim 1 to claim 13In the valve mechanism according to any one of the above,Analysis chipA pair of flat plate members are bonded together, and at least one of the pair of flat plate members is provided with a groove on a plate surface, and the plate surface including the groove is bonded insideSaidA flow path is formed.
[0027]
Hereinafter, the valve mechanism of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[About chip]
The chip 1 constituting the valve mechanism of the present invention includes the capillary 12 and the storage tank 13 in which a substance capable of closing the capillary 12 is stored as described above. And it is preferable to form these by bonding together a pair of flat member provided with a groove | channel on a plate surface. That is, as shown in FIG. 1, a cover sheet 11 made of resin, for example, is attached to a plate surface 10b having a groove 10a of a flat plate member 10 having a groove 10a on the plate surface with an adhesive, an adhesive tape or the like. Together, the chip 1 having the capillaries 12 serving as a transfer channel and a mixing channel is formed. Further, from the viewpoint of processing productivity, the chip 1 can be configured in a three-sheet configuration by forming a groove by sandwiching a flat plate having a through groove between two other flat plates.
[0028]
This groove can be formed by a technique such as molding using a mold or embossing. The shape and dimensions of the groove are not particularly limited, but from the viewpoint of the current molding technique, the ratio of the width and depth of the flow path is about 0.3 to 10, and the width and depth are Each is preferably 0.5 μm or more, and from the viewpoint of the amount of sample and reagent required, the width and depth are each preferably 500 μm or less. In addition, what kind of cross-sectional shape of a groove | channel may be sufficient, for example, polygons, such as a quadrangle | tetragon and a triangle, a semicircle, a semi-ellipse etc. may be sufficient. Also, several different types of grooves may be formed on one flat plate member 10, and the width of the upper surface (open surface) of the groove 10a is the same as the width of the lower surface (bottom) of the groove 10a. It may be wide or wide.
[0029]
In order to perform detection means based on the photothermal conversion method, which will be described later, more simply and accurately, it is desirable that the cross-sectional shape of the groove is a quadrangle. If the groove 10a is too small, the flow is disturbed by the fine particles in the liquid. If the groove 10a is too large, the area of the flat plate member 10 becomes large, and the diffusion time increases.
When a resin is used as the material of the flat plate member 10, it is required to have good moldability and to be transparent when performing optical measurement. Therefore, a transparent thermoplastic resin is used. It is preferable. Although it is possible to employ glass as the material of the flat plate member 10, a resin is preferable in consideration of cost.
[0030]
Specifically, styrene resins such as polystyrene and styrene-acrylonitrile copolymer, methacrylic resins such as polymethyl methacrylate and methyl methacrylate-styrene copolymer, polycarbonate, polysulfone, polyethersulfone, polyetherimide, polyarylate, Examples thereof include polymethylpentene and 1,3-cyclohexadiene polymers. These copolymers and blends can also be used. The material of the resin is described in detail in PCT / JP99 / 03158 specification ("analyzer") by the present applicant.
[0031]
Methods for forming fine grooves in a resin flat plate include cutting and etching with laser, UV curing and thermosetting of monomers and macromonomers in the mold, melt processing and plastic processing of thermoplastic resins, etc. A method can be mentioned. Of these, melt processing or plastic processing of a thermoplastic resin is preferable because a large number of flat plates having grooves can be formed at low cost. Similarly, an injection molding method, a compression molding method, an emboss molding method, or the like of a thermoplastic resin using a mold may be used.
[0032]
Moreover, the material of the cover sheet 11 can be selected from materials used for the flat plate having the groove, and may be the same material or different materials. The thickness is not particularly limited, but is preferably about 0.05 to several mm so as not to hinder detection.
The cover sheet 11 can be bonded to the flat plate member 10 using ultrasonic fusion, thermal fusion, acrylic photo-curing adhesive, hot melt adhesive, UV adhesive, or other adhesive. Examples thereof include adhesion by an agent, direct or thin elastic sheet, pressure contact through a double-sided tape, and the like.
[0033]
[Bulk and valve mechanism]
As shown to (a) of FIG. 2, the storage tank 13 is formed by the through-hole provided in the flat member 10, and the water absorption polymer L is accommodated in the inside. In addition, a diaphragm film 14 having elasticity is attached to the storage tank 13 so as to cover the opening. Since the diaphragm film 14 has flexibility and can be deformed, when a pressing force is applied from the outside of the chip 1 as shown in FIG. It is pushed inside.
[0034]
Then, since the volume of the storage tank 13 decreases due to the deformation of the diaphragm film 14, the water-absorbing polymer L in the storage tank 13 is pushed out by the volume change as shown by the arrow in FIG. Thereby, the water-absorbing polymer L in the storage tank 13 can be moved to the capillary 12, and the capillary 12 can be closed. The diaphragm film 14 is not particularly limited as long as it is flexible and can be deformed by a small mechanism, but it does not permeate air but permeates liquid (repelled by water repellency). It is preferable to form the film with a property. Since the diaphragm film 14 is a functional film having air permeability and water resistance, when the dried water-absorbing polymer is stored in the storage tank 13 and a liquid is introduced, the air in the storage tank 13 is filled with the liquid. However, the liquid and water-absorbing polymer L do not permeate through the diaphragm film 14 due to the water repellency of the diaphragm film 14, so that the water-absorbing polymer L passes through the storage tank 13. Can be fully filled.
[0035]
Various porous membranes can be used as the material of the diaphragm membrane 14. Since the liquid that swells the water-absorbing polymer L is an aqueous solution, it may have a structure in which a small hole of about several μm to 1 mm is formed in a flat plate made of a hydrophobic organic polymer or an inorganic material. In this case, the liquid does not enter the small hole due to the surface tension of the water, but the gas passes.
[0036]
In particular, as long as it is a PTFE (tetrafluoroethylene) porous membrane, a commercially available one having a water pressure resistance of about 10 or more atm is easily available and has sufficient performance. It can be easily configured.
The hydrophobic organic polymer preferably has a critical surface tension of about 0.04 N / m or less at 20 ° C., for example, polytetrafluoroethylene (PTFE), silicon, polyethylene, polypropylene, polystyrene, polyvinyl chloride Polycarbonate, polysulfone, polyethersulfone, polyarylate, polymethylpentene, 1,3-cyclohexadiene polymer, and the like.
[0037]
In addition, since the higher the water pressure, the higher the water pressure, the higher the water pressure, the better. However, the water pressure of the membrane that can be used in the chip of the present invention is a flow path as described later in the section of the embodiment of the invention. In the configuration, 0.1 kg / cm 2 or more, preferably 1.0 kg / cm 2 or more, more preferably 3.0 kg / cm 2 or more is preferable. The average pore size of the membrane can be from 0.1 μm to about 5 μm, but considering that the smaller the pore size, the higher the water pressure resistance and the smaller the amount of permeated air, the most preferred is about 0.1 μm. The film thickness is preferably 100 to 300 μm.
[0038]
The material of the water-absorbing polymer L must not be dissolved in the liquid in the capillary 12 and the absorbed liquid must not leak out. If the water-absorbing polymer L is dissolved or leaked, the composition of the liquid in the capillary 12 is changed, and the accuracy of the measured value is affected. Conventionally, water-absorbing polymers have been used in disposable diapers and feminine sanitary products, and typical examples include sodium polyacrylate. Besides acrylic acid, polyvinyl alcohol, starch-acrylic acid graft copolymer, saponified starch-acrylonitrile graft copolymer, acrylamide, carboxymethyl cellulose, isobutylene-maleic acid copolymer, vinyl acetate-acrylic ester Various water-absorbing substances such as copolymer saponification products and vinyl alcohol-acrylic acid can be used. However, it is necessary to consider dissolution by the liquid in the capillary 12, etc., and depending on the size of the capillary 12. It is also necessary to adjust the elasticity so that it has appropriate mobility.
[0039]
In addition, as a method of storing the dried water-absorbing polymer in the storage tank V, a method of applying the water-absorbing polymer to a double-sided tape cut out to a predetermined size and storing it in the storage tank V is preferable. It is possible to prevent problems due to static repulsion between the dried water-absorbing polymer L and the chip 1 and static repulsion between the dried water-absorbing polymer L.
[0040]
The substance to be pushed out into the capillary 12 is not limited to the water-absorbing polymer L. When the substance does not function as a valve, it stays in the storage tank 13 and can move into the capillary 12 as necessary. As long as it has a position retaining property capable of resisting the flow of the liquid and does not dissolve in the liquid in the capillary 12, any condition may be used.
[0041]
As such a substance, for example, many polymers that swell / shrink in response to a specific stimulus such as a change in ion concentration, a change in solvent composition, a change in heat and temperature, a light stimulus, and an electrical stimulus are known. Further, it is known that an electrolyte gel film obtained by crosslinking polyacrylic acid or polymethacrylic acid with polyvinyl alcohol shrinks in HCl and swells in NaOH. Swelling / shrinking due to heat and temperature changes can be seen in polyvinyl methyl ether gel, N-isopropylacrylamide-derivative gel, acrylamide / trimethyl (N-acryloyl-3-aminopropyl) ammonium iodide gel, and the like. These can also be used as a closing valve in consideration of elasticity and solvent resistance.
[0042]
[Valve mechanism]
If such a principle is utilized, the chip | tip 1 which has a valve mechanism as shown to the schematic diagram of FIG. 3 can be formed.
The chip 1 has a liquid tank S connected to one end of a capillary 12, a waste liquid tank W connected to the other end of the capillary 12, and a storage tank V connected to a branch capillary 15 branched from the capillary 12. These openings are covered with the diaphragm film 14 described above. The liquid tank S contains a liquid to be fed to the capillary 12, the storage tank V contains a water absorbing polymer L, and the liquid tank S and the storage tank V are deformed by pressing the diaphragm film 14. A mechanism (not shown) for changing the volume in the tank, that is, a mechanism for feeding the liquid in the liquid tank S and a mechanism for pushing out the water-absorbing polymer L in the storage tank V are also provided.
[0043]
Since the diaphragm film 14 is flexible and can be deformed, when a pressing force is applied to the diaphragm film 14 of the liquid tank S as shown in FIG. It is pushed into the tank S. Then, the liquid stored in the liquid tank S is pushed out by the deformation of the diaphragm film 14 and flows into the storage tank V and the waste liquid tank W, and the water-absorbing polymer L swells with the liquid flowing into the storage tank V. Then, when the storage tank V is filled with the swollen water-absorbing polymer L, the liquid flows only into the waste liquid tank W.
[0044]
Thereafter, when a pressing force is applied to the diaphragm film 14 of the storage tank V as shown in FIG. 4B, the diaphragm film 14 is deformed and pushed into the storage tank V. Then, the deformation of the diaphragm film 14 pushes out the water-absorbing polymer L accommodated in the storage tank V, and as shown in FIG. 4C, the water-absorbing polymer L is pushed into the capillary 12 and pushed into the capillary 12. The capillary 12 is in a closed state, and functions as a closing valve that inhibits the flow of liquid flowing into the waste liquid tank W.
[0045]
Such a function as a shut-off valve can be applied to a detection device that continuously performs sample dilution and reagent reaction as shown in FIG. 5, for example. For example, in FIG. 5, first, a dilution flow path for mixing the sample s and the buffer b to generate the diluted sample sb, a reaction flow path for mixing the reagents x and y with the diluted sample sb, and the diluted sample sb. A storage tank V connected to the flow path SB connecting the dilution flow path and the reaction flow path to the detection flow path for detecting the reaction results of the reagents x and y. The water-absorbing polymer L is stored in the container. Therefore, by pushing the water-absorbing polymer L contained in the storage tank V into the flow path SB and closing the flow path SB, the liquid flows backward from the reaction flow path to the dilution flow path when the reagent x and y are mixed. Can be prevented.
[0046]
This makes it possible to prevent the interaction between the diluting flow path and the reaction flow path, which is necessary in general biochemical measurement processes, for example, by forming a simple diaphragm mechanism and a capillary, and with high accuracy. Therefore, it is possible to realize a basic element of a structure suitable for a small and inexpensive measurement mechanism such as a POC application.
[0047]
Incidentally, as shown in FIG. 6, when there is no mechanism for closing the flow path SB with the water-absorbing polymer L, the mixed liquid of the sample sb and the reagents x and y flows back through the flow path SB depending on the relationship between the pressures. there is a possibility. When such a state occurs, the sample sb and the reagents x and y are not properly mixed, so that the accuracy of the detection result decreases.
[0048]
Note that the diaphragm film 14 covering the opening of the liquid tank S is used for analysis in medical diagnosis, because the liquid in the chip 1 is basically composed mainly of water, has many manufacturing advantages, and leaks. It is preferable to use a hydrophobic membrane because the fear is very small. In particular, in biochemical analysis such as GOT / GPT and cholesterol content, a surfactant is often added to the reagent in order to prevent the adsorption of plasma proteins. In that case, a more hydrophobic membrane is used. Is required.
[0049]
Cellulose acetate membranes may be used, but in the case of a reagent solution to which a surfactant is added, a highly hydrophobic membrane such as PTFE, silicon, or polyethylene is more resistant to liquid permeation. It is preferable because the water pressure is high. Considering the step of drying and fixing the reagent, a highly hydrophobic diaphragm membrane 14 such as a PTFE membrane having a more stable shape is more preferable for a reagent containing a surfactant. In addition, when the liquid flowing through the capillary 12 is a hydrophobic organic solvent, a flat plate made of a highly hydrophilic material with a small hole may be used.
[0050]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of a valve mechanism according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, this embodiment shows an example of this invention and this invention is not limited to this embodiment.
FIG. 7 is a schematic diagram for explaining the configuration of a mixing apparatus for biochemical measurement, which is provided with a closing valve made of a water-absorbing polymer. This mixing apparatus includes a chip 20 having a plurality of tanks (A tank, B1 tank, B2 tank, C1 tank, C2 tank) and a plurality of flow paths a, b1, c1, c2 communicating with these tanks. ing. A hydrophobic diaphragm membrane 21 is attached to the B1, B2 and C1 tanks, and a syringe connection connector 22 is attached to the A and C2 tanks.
[0051]
Here, the A tank is a liquid tank for introducing the specimen, and is connected to one end of the flow path a. The other end of the flow path a is branched into flow paths b1 and b2, and the B1 tank and B2 tank are connected to the ends of the flow paths b1 and b2 as waste liquid tanks, respectively. In addition, channels c1 and c2 are connected to the channel b2, and among them, a C1 tank containing a dried water-absorbing polymer is connected to the channel c1, and a reagent solution is introduced into the channel c2. A C2 tank is connected.
[0052]
Further, the chip 20 is configured by bonding a cover sheet 24 to a flat plate member 23 having a through hole and a groove. A liquid flow path is formed by bonding the cover sheet 24 to a plate surface provided with a groove of the flat plate member 23, and a liquid tank is formed by the through hole. The flat plate member 23 and the cover sheet 24 are made of a transparent thermoplastic resin.
[0053]
The manufacturing method of the chip 20 is described in detail in the specification of PCT / JP99 / 03158 by the present applicant. That is, the flat plate member 23 is formed by injection-molding methacrylic resin (Delpet 80NH manufactured by Asahi Kasei Kogyo).
As an injection molding method, an injection molding method (Japanese Patent Publication No. 10-128783) in which carbon dioxide gas is present during the resin filling process into the mold cavity and the solidification temperature of the resin surface in contact with the mold is lowered. Gazette, Japanese Patent Publication No. 10-50719). At that time, carbon dioxide having a purity of 99% or more is used as the gas, and SG50 manufactured by Sumitomo Heavy Industries, Ltd. is used as the molding machine.
[0054]
Here, the mold is formed by a stamper whose surface has a fine shape. The stamper can be created as follows. That is, a mask having a pattern capable of forming a groove by injection molding is placed on a dry film resist (DFR) coated with a thickness of 50 μm on a silicon wafer and exposed to form a DFR pattern on the silicon wafer. Nickel electroforming is performed on the DFR, and the thickness, width, and length of the electroformed product are finely adjusted (polished with a file) so as to fit in the mold to obtain a stamper. At that time, the transferability of the mold surface state is evaluated by observation with an optical microscope and shape measurement with a laser microscope. In addition, the molded product is also observed by observation with an optical microscope, observation with a groove-shaped optical microscope or electron microscope of a cut section, shape measurement with a laser microscope, or the like.
[0055]
Then, after the surface temperature of the mold cavity is set to 80 ° C. and carbon dioxide is filled at a pressure of 1 MPa, a methacrylic resin having a resin temperature of 240 ° C. is injected, and the pressure in the cylinder is kept at 80 MPa for 10 seconds, and further cooled for 20 seconds. Then, a flat plate having grooves on the surface is molded. The carbon dioxide filled in the mold is released into the atmosphere simultaneously with the completion of resin filling. After drilling through holes of the required size for this molded product and sufficiently deburring it, a methacrylic resin sheet having a thickness of 300 μm is used as a cover sheet 24 on the side where the grooves are formed, and dissolved in a methacrylate monomer. The chip 20 having a plurality of liquid tanks and flow paths is formed by pasting together with the acrylic photocurable adhesive.
[0056]
Further, a diaphragm film deformation mechanism for deforming the diaphragm film 21 is provided in the vicinity of the C1 tank to which the diaphragm film 21 is attached. The diaphragm film deformation mechanism includes a rotation motor as a power source, a diaphragm, and the like. A plunger 25 for pressing the membrane 21 and a cylinder mechanism for changing the rotation operation of the motor to the pressing operation of the plunger 25 by a ball screw are configured. And a water absorption polymer is extruded by pressing this against the diaphragm film | membrane 21 of C1 tank.
Example 1
Next, the result of confirming the closing effect of the closing valve by the water-absorbing polymer with this mixing apparatus will be specifically described.
[0057]
First, the configuration will be described. Instead of the sample introduced into the A tank with a syringe pump, PBS having a concentration of 0.1% mixed with polystyrene beads having a diameter of 0.5 μm (manufactured by Otsuka Electronics) is used and introduced into the C2 tank. Instead of the reagent, blue xylene cyanol having a concentration of 4 mM was used.
Moreover, polyacrylic acid soda (10SH-P, average particle size is 200 μm to 300 μm) manufactured by Sumitomo Seika Co., Ltd. was used as the water absorbing polymer accommodated in the C1 tank. This was applied to a double-sided tape 26 (manufactured by Nitto Denko) cut out to a diameter of 1.5 mm, so that a certain amount of water-absorbing polymer corresponding to the area of the double-sided tape 26 was introduced. Thus, by applying the dried water-absorbing polymer to the double-sided tape 26 and storing it in the C1 tank, the repulsive force caused by static electricity between the dried water-absorbing polymer and the C1 tank, or the static electricity generated between the dried water-absorbing polymers. Can prevent malfunctions.
[0058]
Further, as the diaphragm membrane 21, a porous PTFE membrane (ADVANTEC) having a pore diameter of 0.1 μm was used, and was fixed to the chip 20 with a double-sided tape 27 as shown in FIG. Further, here, in order to reinforce the PTFE film, a double-sided tape 28 was also attached to the surface of the PTFE film. If the strength is not a problem, the double-sided tape 28 is unnecessary.
[0059]
As the shape of the chip 20, the width of the flow path a was 200 μm, and the widths of the flow paths b1, b2, c1, and c2 were 100 μm. The depth of each flow path a, b1, b2, c1, and c2 was 50 μm. The diameter of the C1 tank was 2000 μm, and the diameters of the other tanks were 1000 μm.
In addition, a step motor (VEXTA Model C7214-9015, Oriental Motor Co, Ltd.) was used as the rotation motor of the diaphragm film deformation mechanism. The step motor was made to be able to push 0.01 μm with respect to one pulse signal by a driving driver (Stepping Motor Controller, Model D70, Suruga Seiki). In addition, it is sufficient for the motor performance to be able to generate a thrust of about 1 to 10 N, and since a ball screw is provided, high accuracy is not required.
[0060]
In addition, this mechanism was set before filling the C1 tank with PBS, so that the internal water-absorbing polymer was prevented from moving carelessly by the setting operation. In addition, if the plunger diameter is designed to be smaller than the opening of the C1 tank, even if the external plunger is set off the center position of the C1 tank, the liquid supply amount due to deformation will not fluctuate. Accurate liquid feeding is possible.
[0061]
Next, the procedure will be described. First, PBS was introduced into the tank A with a syringe pump at a rate of 2000 μl / hr. Then, while discharging air from the diaphragm membrane 21 of the C1 tank, the PBS fills the C1 tank through the flow paths a, b2, and c1, and swells the water-absorbing polymer to fill the C1 tank. Thus, since the C1 tank has the diaphragm membrane 21 that transmits gas and does not transmit liquid, the air in the C1 tank permeates through the diaphragm film 21 as PBS is filled. The polymer does not permeate through and the C1 tank can be completely filled with the water-absorbing polymer.
[0062]
At the same time, PBS flows into the B1, B2, and C2 tanks, and after confirming that the C2 tanks are filled, the xylene cyanol is added to the connector 22 of the C2 tank while paying sufficient attention to prevent air from entering. The syringe pump which supplies was connected.
Next, while confirming the moving state of the water-absorbing polymer with a microscope, the diaphragm membrane deformation mechanism is operated to push down the diaphragm membrane 21 in the C1 tank at 5 μm / sec, and to push out the water-absorbing polymer in the C1 tank. The junction of the flow path b2 and the flow path c1 was closed with the polymer, and the diaphragm membrane 21 was stopped in a state where it was pushed down by 500 μm. Thus, by applying a pressing force to the diaphragm membrane 21 from the outside, the diaphragm membrane 21 is deformed and pushed into the C1 tank, and the volume of the C1 tank is reduced by this deformation, so that the inside of the C1 tank is reduced. The water-absorbing polymer can be extruded by the volume change.
[0063]
Then, when xylene cyanol was introduced into the C2 tank in this state, the movement of polystyrene beads in the PBS sandwiched between the branch point of the channel c1 and the branch point of the channel c2 on the channel b2 was observed. In addition, no leakage of xylene cyanol introduced from the C2 tank was observed. Xylene cyanol flows through the flow path b2 only in the direction of the B2 tank, and no flow occurs in the direction of the A tank or the B1 tank. From this result, the closing valve by the water absorbing polymer has a sufficient closing effect. Became clear.
[0064]
Further, by pushing out the water-absorbing polymer into the flow path b2, the flow path b2 can be closed at an arbitrary timing, so that the function as a closing valve that prevents the passage of the liquid in the flow path b2 is simple and small. Moreover, it can be formed at low cost.
(Example 2)
Next, the results of actual analysis of the specimen using the thermal lens method as detection means will be described. First, FIG. 9 shows a schematic diagram for explaining the configuration of an analyzer for biochemical measurement. This analyzer comprises a plurality of tanks (A tank, B1 tank, B2 tank, V1 tank, V2 tank, W tank) and a plurality of flow paths a, b1, V1, v2, and c communicating with these tanks. The chip | tip 30 which has is provided. Further, a hydrophobic diaphragm film 31 is attached to the V1 tank and the V2 tank, and a syringe connecting connector 32 is attached to the A tank, the B1 tank, the B2 tank, and the W tank.
[0065]
Here, the tank A is a liquid tank for supplying xylene cyanol, and is connected to one end of the transfer channel a. The B1 tank and B2 tank are liquid tanks for supplying PBS, and are connected to one ends of the transfer channels b1 and b2, respectively. The other ends of the transport channels a, b1, and b2 are connected to the mixing channel c, and a W tank that is a waste liquid tank is connected to the end of the mixing channel c. Also, the conveying channels a, b1, b2 are set to a width of 100 μm, the mixing channel c is set to 150 μm, and as shown in FIG. 9, the mixing channel c gradually flows in order to suppress the disturbance of the flow immediately after joining. The road width was narrowed so that it eventually became a constant width. The diameters of the A tank, B1 tank, and B2 tank were 1000 μm, and the diameters of the V1 tank and V2 tank were 2000 μm.
[0066]
Moreover, the cross-sectional area ratio of the syringe which supplies xylene cyanol to A tank, and the syringe which supplies PBS to B1 tank and B2 layer shall be 1: 2, and it extrudes with the same pump, and each flow volume is 1: 2. The ratio was kept. In order to observe the movement of the liquid, polystyrene beads (manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.) having a concentration of 0.1% and φ0.5 μm were mixed in PBS, and xylene cyanol having a concentration of 5 μM was used.
[0067]
Furthermore, the chip 30 is configured by attaching a cover sheet to a flat plate member having a through hole and a groove, as in the mixing device described above, and a V1 tank in which a diaphragm film 31 is attached, A diaphragm film deformation mechanism for deforming the diaphragm film 31 is provided in the vicinity of the V2 tank.
Further, as shown in FIG. 10, an inverted microscope 33 (IX70, manufactured by Olympus) was used as the detection device in consideration of the ease of handling of the sample on the stage. This may be a separate episcopic microscope. The microscope 33 is modified so that laser light from an optical system outside the microscope can be introduced. As a laser, a He-Ne laser (633 nm, 10 mW, manufactured by Edmont Scientific) is used for excitation, and a semiconductor laser (785 nm, 50 mW (PS026-00), manufactured by Phototechnica) is used as a probe light for detection. It was incorporated into an LD mount with a Peltier (TC-05, manufactured by Nihon Kagaku Engineering). Optical systems such as mirrors and beam expanders were standardized by Melles Griot products.
[0068]
These lasers may be those having an appropriate frequency depending on the reagent used and the absorption spectrum of the reaction product to be produced. The laser is not limited to gas, solid or semiconductor. The excitation laser light is modulated by the light chopper 34, then is made coaxial with the detection laser by the dichroic mirror 35, guided to the microscope, and irradiated onto the sample. Of the laser light irradiating the measurement sample, only the excitation light is selectively removed by a filter and guided to the photosensor. A photosensor amplifier (C6386, manufactured by Hamamatsu Photonics Co., Ltd.) with a fiber was used for the laser light receiving portion in consideration of easy handling. The light receiving portion of this photo sensor amplifier is covered with a cover having a pinhole. Outputs from the photosensor 36 and the sensor amplifier are amplified by a low noise preamplifier (LI-75A, manufactured by NF Circuit Block), and then guided to a lock-in amplifier for signal processing.
[0069]
The detection procedure using this detection apparatus will be described. First, the chip 30 is placed on the stage of an inverted microscope. Focusing of the objective lens is performed on the upper and lower surfaces of the groove pattern using an excitation laser while referring to the monitor screen, and the midpoint between them is set as the center position of the groove. After focusing is performed, PBS and xylene cyanol are mixed, and the mixed solution is guided to the detection portion.
[0070]
The excitation laser is modulated to 1095 Hz by the light chopper 34 and excites the mixed solution in the mixing channel c to generate a heat generation process. The frequency of modulation by the light chopper 34 may be changed due to the influence of the SN ratio or the like. The focal position of the detection laser shifts due to the thermal lens generated by this heat generation process, so that the amount of light received by the photosensor 36 through the pinhole changes according to the amount of heat generation. During measurement, the flow of the sample may be stopped or flowed, but in this embodiment, the measurement is performed in the flowed state.
[0071]
A signal detected by the photosensor is processed by a lock-in amplifier. Here, 1 second is used as a time constant, and only a signal having the same frequency as the light chopper 34 of 1095 Hz is selected and used. Since the output voltage of the lock-in amplifier is proportional to the concentration of the liquid mixture excited by the excitation light, the liquid mixture can be quantified.
Next, the procedure for confirming the closing effect of the water-absorbing polymer with this analyzer will be described in detail. First, PBS was introduced into the W tank by a syringe pump at a rate of 2000 μl / hr. Then, while discharging air from the diaphragm membranes of the V1 tank and V2 tank, the PBS fills the v1 tank and V2 tank through the flow paths v1 and v2, and swells the water-absorbing polymer to fill the V1 tank and V2 tank. At the same time, PBS flows into the A tank, the B1 tank, and the B2 tank.
[0072]
And after confirming that each tank was filled, paying enough attention not to mix air, a syringe pump for supplying xylene cyanol was connected to the connector of tank A, and tanks B1 and B2 were connected. A syringe pump for supplying PBS was connected to the connector, and the syringe pump was operated so that the flow rate of xylene cyanol was 0.15 μl / min and the flow rate of PBS was 0.30 μl / min. . At this time, the output value of the lock-in amplifier was stable at 1.7 mV.
[0073]
Next, while confirming the movement state of the polymer with a microscope, the diaphragm membrane deformation mechanism is operated, the diaphragm membrane 31 in the V1 tank is pushed down at 5 μm / sec, the water-absorbing polymer in the V1 tank is pushed out, and the water-absorbing polymer is used. The flow path b1 was closed, and the diaphragm film 31 was stopped in a state where the diaphragm film 31 was pushed down by 480 μm. In this state, the syringe connected to the B1 tank was removed from the pump, and the liquid was continuously fed with the syringe pump. Then, the mixed liquid in the mixing channel c was prevented from flowing back into the conveying channel b1, and the output value of the lock-in amplifier was stable at 2.8 mV.
[0074]
By the way, when the syringe connected to the B1 tank is removed from the pump without blocking the flow path b1 with the water-absorbing polymer, the mixed liquid in the mixing flow path c flows back into the transport flow path b1. Observed. This is considered to be due to expansion of the tube connected to the syringe. Further, since the mixed liquid that has flowed back then returns to the mixing channel c again, the output value of the lock-in amplifier showed an unstable value, and a large fluctuation of about 2.2 mV to 3.2 mV was observed.
[0075]
Similarly, while confirming the state of polymer movement with a microscope, the diaphragm membrane deformation mechanism is operated, the diaphragm membrane in the V2 tank is pushed down at 5 μm / sec, the water-absorbing polymer in the V2 tank is pushed out, and the water-absorbing polymer Then, the flow path b2 was closed, and the diaphragm membrane was stopped while being pressed down by 510 μm. In this state, the syringe connected to the B2 tank was removed from the pump, and the liquid was continuously fed with the syringe pump. Then, the xylene cyanol in the mixing channel c was prevented from flowing back into the conveying channel b2, and the output value of the lock-in amplifier was stabilized at 8.5 mV.
[0076]
By the way, if the syringe connected to the B2 tank is removed from the pump without blocking the transport channel b2 with the water-absorbing polymer, xylene cyanol in the mixing channel c flows back into the transport channel b2. The situation was observed.
From these results, it has been clarified that the water-absorbing polymer functions as a closing valve, prevents unstable operation of the liquid in the fine flow path, and enables stable and accurate control.
[0077]
【The invention's effect】
As described above, the valve mechanism of the present invention is suitable for analyzers that perform various analyzes including POC analysis and the like, and is small and low cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating the configuration of a chip having a valve mechanism of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a diaphragm mechanism employed in the present invention.
FIG. 3 is a schematic diagram for explaining a flow path configuration of a chip having a valve mechanism of the present invention.
FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the operation of the valve mechanism of the present invention.
FIG. 5 is a schematic diagram for explaining a flow path configuration of a chip having a valve mechanism of the present invention.
FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a channel configuration of a chip that does not have a valve mechanism.
FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a flow path configuration of a chip having a valve mechanism of an example.
FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a diaphragm mechanism according to an embodiment.
FIG. 9 is a schematic diagram illustrating a flow path configuration of a chip having a valve mechanism of an example.
FIG. 10 is a conceptual diagram illustrating the overall configuration of an analyzer according to an embodiment.
[Explanation of symbols]
1, 20 and 30 are chips
2 is a flat plate
10a is a groove
10b is a plate surface
10 is a flat member
11 is a cover sheet
12 and 24 are capillaries
13 is a storage tank
14, 21 and 31 are diaphragm membranes
15 is a branch capillary
22 and 32 are connectors
25 is the plunger
26, 27, 28 are double-sided tape

Claims (4)

流路と、この流路に連結され且つ所定の液体を収容した液体槽とを備えた分析チップにおけるバルブ機構であって、
前記流路から分岐した分岐流路と、この分岐流路に連結された保存槽と、この保存槽内に乾燥した状態で収納され且つ前記所定の液体を吸収すると体積が増加する吸水ポリマーと、を備え、
前記保存槽は、少なくとも一部が気体を透過し液体を透過しない素材からなる変形可能な隔壁で構成された壁体に囲まれており、
前記所定の液体を吸収させることによって体積が増加した前記吸水ポリマーを、前記保存槽の内部に向かって突出するように前記隔壁を変形させることによって、前記流路内の所定部位に押し出して、当該流路を塞ぐことを特徴とする分析チップにおけるバルブ機構。 A valve mechanism in an analysis chip including a flow path and a liquid tank connected to the flow path and containing a predetermined liquid,
A branch flow path branched from the flow path, a storage tank which is connected to the branch flow path, upon absorption of housed and the predetermined liquid in a state of being dried to the storage tank and the water-absorbing polymer to increase the volume , equipped with a,
The storage tank is surrounded by a wall composed of a deformable partition wall made of a material that is at least partially permeable to gas and impermeable to liquid,
The water-absorbing polymer volume is increased by the fact that to absorb the given liquid, by deforming the partition wall so as to protrude toward the inside of the storage tank, and extruded into a predetermined portion of the flow channel A valve mechanism in the analysis chip, which closes the flow path . 前記乾燥した状態の吸水ポリマーを、所定の補助部材に保持させて前記保存槽内に収納したことを特徴とする請求項１に記載のバルブ機構。2. The valve mechanism according to claim 1, wherein the dried water-absorbing polymer is stored in the storage tank while being held by a predetermined auxiliary member. 前記乾燥した状態の吸水ポリマーを、表面に粘着性を有するシート状部材を介して前記保護槽に収納したことを特徴とする請求項１に記載のバルブ機構。The valve mechanism according to claim 1 , wherein the dried water-absorbing polymer is stored in the protective tank through a sheet-like member having adhesiveness on the surface. 前記分析チップは、一対の平板状部材が貼り合わされて構成され、当該一対の平板状部材のうち少なくとも一方は板面に溝を備え、当該溝を備えた板面を内側にして貼り合わせることにより前記流路が形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のバルブ機構。The analysis chip is configured by bonding a pair of flat plate members, and at least one of the pair of flat plate members includes a groove on a plate surface, and the plate surface including the groove is bonded to the inside. The valve mechanism according to any one of claims 1 to 3 , wherein the flow path is formed.

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