JP5071272B2 - 液体流路装置 - Google Patents
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Description
例えば特許文献1には、マイクロチップに形成された液体流路内で、抗体を含有する試薬と血液とを混合、反応させた後、該マイクロチップごと検出装置に供して、抗原抗体反応を検出する技術が記載されている。また、例えば特許文献2には、回転可能なディスクの半径方向に流路を複数形成し、この流路の一部にあらかじめ抗体を固定しておき、その後、流路に体液を流通させることによって、抗原抗体反応により体液中の抗原を抗体に捕捉させるディスク状の液体流路装置が開示されている。
液体流路装置は、前記液体流路の一部を開通状態から閉止状態にする閉止手段をさらに有し、前記閉止手段では、前記液体流路に第2凸部が形成され、該第2凸部の頂部と前記弱粘着層とが離間し、かつ、前記強粘着層と前記第2基材層との間にはスペーサ部材が介在し、該スペーサ部材と前記強粘着層とが粘着していることが好ましい。
前記液体流路には、一定量の液体を計量する計量槽が設けられ、少なくとも該計量槽の上流には前記閉止手段が設けられ、下流には前記開通手段が設けられていることが好ましい。
前記計量槽には、前記一定量を超えた液体をオーバーフローさせるオーバーフロー手段が設けられていることが好ましい。
図1は本発明の液体流路装置の一実施形態例を概略的に示す平面透視図、図2は図1の液体流路装置の一部を拡大した平面透視図、図3は図2のI−I’線に沿う断面図である。
この液体流路装置10Aは、平板からなる四角形の基板11Aの片面に、試料および試薬の少なくとも一方からなる液体が流通する溝状の液体流路12と、液体流路12の端部や途中において液体が溜まる複数(この例では9)の液槽(14a〜14i)とが形成され、基板11Aの液体流路12が形成された側の流路形成面12aに蓋板13が積層して構成されたものである。この液体流路装置10Aにおいては、図1中の上端部側が上方に、下端部側が下方に位置するように立てた場合には、液体流路12の上流側の端部から下流側の端部に向けて矢印F方向に試料が重力により流通し、その途中で試料に対して各種の処理や試薬との混合がなされ、各種検出、分析に供される測定液とされる。
ろ過槽14bの下流には、ろ過処理された試料を一定量計量する計量槽14cが設けられている。この例の計量槽14cには、オーバーフロー流路12bとその下流に設けられた廃液槽14dとからなるオーバーフロー手段が備えられている。そのため、計量槽14cで一定量を超えた試料はオーバーフローしてオーバーフロー流路12bを流れ、廃液槽14dに流入し、その結果、計量槽14cでは、一定量の試料が計量できるようになっている。
そして、第2混合槽14hの下流(液体流路12の下流側の端部)には測定槽14iが設けられ、第2混合槽14hで調製された測定液がここに貯留され、図示略の検出分析手段により、各種成分の検出や分析がなされるようになっている。
なお、各液槽には、大気と連通する図示略の連通孔が設けられている。
第1基材層13aは、表面側から垂直方向(第1基材層13aと垂直に交差する方向)の荷重が加えられた場合には撓み、その後、荷重が取り去られた場合には元に戻る復元力を有する材料からなっている。一方、第2基材層13cは、同様の荷重により容易に撓み、荷重を取り去っても復元しない、すなわち容易に塑性変形する材料からなっている。また、強粘着層13bの粘着力は、弱粘着層13dよりも大きく形成されている。
この例では、開通手段S1〜S7は、試料投入槽14aとろ過槽14bとの間、ろ過槽14bと計量槽14cとの間、計量槽14cと第1混合槽14fとの間、第1混合槽14fと第2混合槽14hとの間、第1試薬槽14eと第1混合槽14fとの間、第2試薬槽14gと第2混合槽14hとの間、第2混合槽14hと測定槽14iとの間の各液体流路12にそれぞれ1ずつ設けられている。
一方、閉止手段T1は、ろ過槽14bと計量槽14cとの間の液体流路12において、開通手段S2よりも下流側に設けられている。
よって、各開通手段S1〜S7における液体流路12は、第1凸部15とこれの頂部15aに粘着した弱粘着層13dとにより閉じられ、通常時は閉止状態となっている。ところが、図4に開通手段S1を例に挙げて示すように、この開通手段S1おける第1基材層13aを表面側から矢印Aで示すように押圧して、第1基材層13aに垂直方向の荷重を加えた場合には、図4(a)に示すように、第1基材層13aが撓み、第1基材層13aの内側の強粘着層13bが第2基材層13cに粘着する。そして、その後に荷重を取り去ると、図4(b)に示すように、第1基材層13aはその復元力により元の状態に復元し、その際、第1基材層13aの内側に粘着した強粘着層13bと、強粘着層13bに粘着し、容易に塑性変形可能な第2基材層13cと、第2基材層13cの内側に粘着した弱粘着層13dも第1基材層13aの復元に追従し、持ち上がる。その結果、第1凸部15の頂部15aと弱粘着層13dとの間が新たに離間し、ここを液体が流通できるようになる。
このように開通手段S1〜S7においては、蓋板13を表面側から押圧して垂直方向の荷重を加えた後、この荷重を取り去る押圧操作によって、元々は粘着していた第1凸部15の頂部15aと弱粘着層13dとの間が離間し、その結果、この部分の液体流路12が閉止状態から開通状態となる。
よって、閉止手段Tにおける液体流路12では、第2凸部16の頂部16aと弱粘着層13dとの間が離間して流路が保たれ、通常時は開通状態となっている。ところが、図5(a)に示すように、閉止手段T1における第1基材層13aを表面側から矢印Bで示すように押圧して、第1基材層13aに垂直方向の荷重を加えた場合には、第1基材層13aが撓み、その結果、蓋板13の最内層の弱粘着層13dが第2凸部16の頂部16aに粘着する。そして、その後に荷重を取り去ると、図5(b)に示すように、第1基材層13aはその復元力により元の状態に復元し、その際、第1基材層13aの内側に粘着した強粘着層13bと、強粘着層13bに粘着したスペーサ部材17は、第1基材層13aの復元に追従して持ち上がる。一方、スペーサ部材17と第2基材層13cとの間は粘着していないとともに、第2基材層13cは容易に塑性変形可能であるために、ここで荷重を取り去っても、第2基材層13cと弱粘着層13dは第1基材層13aの復元には追従しない。その結果、第2凸部16の頂部16aと弱粘着層13dとは粘着した状態となって液体流路12を閉止し、液体はここを流通できなくなる。
このように閉止手段T1においては、蓋板13を表面側から押圧して垂直方向の荷重を加えた後、この荷重を取り去る押圧操作によって、元々は離間していた第2凸部16の頂部16aと弱粘着層13dとの間が粘着して閉塞し、その結果、この部分の液体流路12が開通状態から閉止状態となる。
ついで、試料をシリンジなどにサンプリングし、このシリンジの針を試料投入槽14aに対応する部分の蓋板13に突き刺して、試料投入槽14aに試料を注入する。その後、試料投入槽14aとろ過槽14bとの間に設けられた開通手段S1を上述の押圧操作、すなわち、第1基材層13aを表面側から押圧して荷重を加えた後、取り去る操作で作動させ、この部分の液体流路12を開通状態とし、試料を重力によりろ過槽14bまで導入する。
この際、押圧操作は、作業者が指で第1基材層13aを表面側から押す手動により行ってもよいし、押圧位置がXY座標としてあらかじめプログラムされている押圧装置などを使用して、所定の位置を押すようにしてもよい。
ついで、計量槽14cにおいて、導入された液体がオーバーフローし始めたことを確認後、ろ過槽14bと計量槽14cとの間に設けられた閉止手段T1を押圧操作で作動させて、この部分の液体流路12を閉止状態とする。このようにして、計量槽14cに上流側からの液体がさらに流入するのを停止させてから、計量槽14cの下流に設けられた開通手段S3を作動させて、計量槽14cで計量された試料を第1混合槽14fに導入する。
ついで、第1混合槽14fと第2混合槽14hとの間の開通手段S5を押圧操作で作動させて第1混合槽14fで調製された中間調製液を第2混合槽14hに導入する一方で、第2試薬槽14gと第2混合槽14hとの間の開通手段S6を押圧操作で作動させて第2試薬を第2混合槽14hに導入し、中間調製液と第2試薬とを第2混合槽14hにおいて混合し、測定液を調製する。
ついで、第2混合槽14hと測定槽14iとの間の開通手段S7を作動させ、第2混合槽14hで調製された測定液を測定槽14iに導入する。
そして、測定槽14iに測定液を導入した後、この液体流路装置10Aごと検出分析手段に供し、目的成分の検出や測定を行う。
例えば、この例では、計量槽14cの上流には閉止手段T1が設けられ、下流には開通手段S3が設けられている。そのため、計量槽14cで試料を短時間で正確に計量して、第1混合槽14fに導入することができる。ここで仮に、計量槽14cの下流に開通手段S3が設けられておらず、この部分の液体流路12が常に開通した状態であると、計量中であっても計量槽14cから試料が連続的に流出してしまい、試料を一定量溜めることができず、計量自体が不可能となる。また、計量槽14cの上流に閉止手段T1が設けられていない場合には、ろ過槽14bを経た試料の全量が計量槽14cに完全に流入し終わってから、計量槽14cと第1混合槽14fの間の開通手段S3を作動させて、計量された試料を第1混合槽14fに導入する必要がある。この場合、試料が特に血液などの粘性を有した液体であると、ろ過槽14bを経た試料の全量が完全に計量槽14cに流入し終わるまでに時間を要し、短時間での計量が困難となる。その点、この例のように、計量槽14cの上流間に閉止手段T1が設けられていると、ろ過槽14bを経た試料の全量が計量槽14cに完全に流入し終わらなくても、計量槽14cにおいて試料がオーバーフローし始めた時点で閉止手段T1を作動させて、計量槽14cへの試料のさらなる流入を停止することができ、短時間での正確な計量が可能となる。
第1混合槽14fの下流には、第3試薬槽14jからの第3試薬および第4試薬槽14kからの第4試薬と第1混合槽14fからの中間調製液とが混合される第2混合槽14hが設けられている。
この例では、第2混合槽14hは測定槽としても作用し、第2混合槽14hで調製された測定液に対して、図示略の検出分析手段により、各種成分の検出や分析がなされるようになっている。
また、この例では、第2混合槽14hで測定された後の測定液を貯留しておく廃棄槽14mが形成されている。
なお、各液槽には、大気と連通する図示略の連通孔が設けられている。
一方、試料投入槽14aと第1混合槽14fとの間の液体流路12において、開通手段S8よりも下流側に、閉止手段T2が設けられている。
ついで、試料をシリンジなどにサンプリングし、このシリンジの針を試料投入槽14aに対応する部分の蓋板13に突き刺して、試料投入槽14aに試料を注入する。その後、遠心装置を作動させることによって、回転中心側から外周側に作用する遠心力が生じ、この遠心力により、液体が上流側から下流側に流れ始める。
ついで、試料投入槽14aと第1混合槽14fとの間に設けられた開通手段S8を液体流路装置10Aの場合と同様の押圧操作で作動させ、この部分の液体流路12を開通状態とし、試料を遠心力により第1混合槽14fに導入する。
そして、この際に、必要に応じて、試料の全量が完全に第1混合槽14fに流入し終わる前に、閉止手段T2を作動させることによって、試料の第1混合槽14への過剰な流入を止めることもできる。
そして、この液体流路装置10Bごと検出分析手段に供し、第2混合槽で調製された測定液に対して、目的成分の検出や分析を行う。
検出や分析が終了した後には、開通手段S14を作動させて、測定後の測定液を廃棄槽14mへ廃棄することもできる。
また、開通手段S8〜S14および閉止手段T2も、低コストであるとともに構成もシンプルで、しかも、簡便な押圧操作のみで操作することができる。
図7は、遠心装置の有する基盤20上に円形になるように並べられてセットされた複数枚(この例では6枚)の扇状(中心角α=60°)の液体流路装置10Bに対して、圧接ディスク21により押圧操作する方法を示したものである。この例の圧接ディスク21は、液体流路装置10Bを回転させる遠心装置の回転軸22から側方に延びたアーム23に軸設され、アーム23を中心として回転しながら、アーム23の長さ方向(液体流路装置の回転の半径方向)に沿って、液体流路装置10Bの回転中心側から外周側に向けて移動する。よって、遠心装置により液体流路装置10Bを回転させながら、圧接ディスク21をこのように移動させることによって、圧接ディスク21は円形に並べられた液体流路装置10B上を回転中心側から外周側に向けて相対的に渦巻き状に走査し、これら液体流路装置10Bに設けられた開通手段S8〜14および閉止手段T2を順次押圧操作することができる。
基板11A、11Bの厚さには特に制限はなく、形成される液体流路12の深さなどに応じて決定されればよいが、通常0.5〜7mmである。
液体流路12の断面形状(流れに対して垂直方向の断面)には特に制限はなく、例えば、半円形状、四角形状、逆三角形状などが挙げられる。液体流路12の幅や深さにも特に制限はなく、求められる液体の流量などに応じて決定されればよいが、幅および深さがそれぞれ10〜5000μmの範囲であれば、小さな流路抵抗で液体を流すことができ、かつ、流通させる液体の量も少量ですむ点で好ましい。
また、液体流路12には、液体を流れやすくするために、液体の種類に応じた表面処理を施すことが好ましい。このような表面処理としては、塗料の塗布処理、プラズマ処理、フレーム処置、薬品処理、生理活性処理、抗体処理などが挙げられる。さらに、液体流路12には、必要に応じて、邪魔板、攪拌板、突起を設けたり、分水形状を形成したりして、流通する液体が均一な混合状態となるようにしてもよい。
各液槽も、形状などには特に制限はなく、各液槽に要求される容積などに応じて適宜形成されればよい。
また、そのうえで、強粘着層13bの粘着力を1〜30N/cmの範囲とし、弱粘着層13dの粘着力を0.05〜5N/cmの範囲とすることが好ましい。
また、強粘着層および弱粘着層の厚さには制限はないが、通常、10〜1000μmである。
また、各液槽に設けられる連通孔は、液体流路装置11A、11Bの使用前には封止され、使用時に開通されることがコンタミネーション防止の点などから好ましい。よって、連通孔の手前に、液体流路12に設けられる開通手段S1〜14と同様の構成の開通手段を設けてもよい。
また、以上の説明においては、液体を流通させるために、液体流路装置10Aでは重力を利用し、液体流路装置10Bでは遠心力を利用した方法をそれぞれ説明したが、これらに限定されず、例えば、液体流路12の一部を加圧したり、液体流路12の一部を加熱して液体流路12内の空気を膨張させたり、液体流路12の一部に酸素吸収剤(酸化しやすい鉄粉など)を封入しておき、液体流路12内の酸素を吸収することで液体流路12内を減圧にしたりして、液体を移動させ、流通させる方法なども採用できる。または、液体流路12の一部ではなく、計量槽14を加圧、加熱、減圧してもよいし、場合によっては、液体流路12と計量槽14の両方を加圧、加熱、減圧してもよい。
また、液体流路装置10A、10Bで調製された測定液の検出分析手段としては、従来公知の光学的手段、電気的手段などを適宜採用することができる。
11A、11B 基板
12 液体流路
12a 流路形成面
13 蓋板
13a 第1基材層
13b 強粘着層
13c 第2基材層
13d 弱粘着層
14c 計量槽
15 第1凸部
15a 第1凸部の頂部
16 第2凸部
16a 第2凸部の頂部
17 スペーサ部材
S1〜S14 開通手段
T1〜T2 閉止手段
Claims (4)
- 基板の少なくとも片面に、試料および試薬の少なくとも一方からなる液体が流通する液体流路が形成され、前記基板の前記液体流路が形成された流路形成面には蓋板が積層した液体流路装置であって、
前記液体流路の一部を閉止状態から開通状態にする開通手段を有し、
前記蓋板は、該蓋板の表面を構成する第1基材層と、該第1基材層の内側に形成された強粘着層と、該強粘着層の内側に形成された第2基材層と、該第2基材層の内側に形成され、前記流路形成面に粘着する弱粘着層とを有し、
前記開通手段では、前記液体流路に第1凸部が形成され、該第1凸部の頂部と前記弱粘着層とが粘着し、かつ、前記強粘着層と前記第2基材層とが離間していることを特徴とする液体流路装置。 - 前記液体流路の一部を開通状態から閉止状態にする閉止手段をさらに有し、
前記閉止手段では、前記液体流路に第2凸部が形成され、該第2凸部の頂部と前記弱粘着層とが離間し、かつ、前記強粘着層と前記第2基材層との間にはスペーサ部材が介在し、該スペーサ部材と前記強粘着層とが粘着していることを特徴とする請求項1に記載の液体流路装置。 - 前記液体流路には、一定量の液体を計量する計量槽が設けられ、少なくとも該計量槽の上流には前記閉止手段が設けられ、下流には前記開通手段が設けられていることを特徴とする請求項2に記載の液体流路装置。
- 前記計量槽には、前記一定量を超えた液体をオーバーフローさせるオーバーフロー手段が設けられていることを特徴とする請求項3に記載の液体流路装置。
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