JP7036126B2 - 流体デバイスおよび流路供給システム - Google Patents

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Description

本発明は、流体デバイスおよび流路供給システムに関するものである。
近年、体外診断分野における試験の高速化、高効率化、および集積化、又は、検査機器の超小型化を目指したμ－ＴＡＳ（Micro-Total Analysis Systems）の開発などが注目を浴びており、世界的に活発な研究が進められている。
μ－ＴＡＳは、少量の試料で測定、分析が可能なこと、持ち運びが可能となること、低コストで使い捨て可能なこと等、従来の検査機器に比べて優れている。
更に、高価な試薬を使用する場合や少量多検体を検査する場合において、有用性が高い方法として注目されている。
μ－ＴＡＳの構成要素として、流路と、該流路上に配置されるポンプとを備えたデバイスが報告されている（非特許文献１）。このようなデバイスでは、該流路へ複数の溶液を注入し、ポンプを作動させることで、複数の溶液を流路内で混合する。
Jong Wook Hong, Vincent Studer, Giao Hang, W French Anderson and Stephen R Quake,Nature Biotechnology 22, 435 - 439 (2004)
第１の実施態様に従えば、複数の基板が積層された基材と、前記基材内に溶液を収容するリザーバーを外部に繋げる第１の貫通孔を含む注入孔と、前記注入孔から分岐した流路を外部に繋げる第２の貫通孔を含む空気導入孔と、前記空気導入孔の経路中かつ前記複数の基板が積層された境界面に位置し、前記空気導入孔を流動する気体を通過させ液体の通過を抑制する気液分離フィルタと、を備え、前記空気導入孔には、前記第１の貫通孔と前記第２の貫通孔とを前記境界面で繋ぐ連通部が設けられ、前記気液分離フィルタは、前記第２の貫通孔の開口を覆う。
第２の実施態様に従えば、第１の実施態様の流体デバイスと、前記リザーバーと繋がり前記溶液が移動する流路内を負圧とする負圧付与装置と、を備え、前記リザーバーに予め充填された前記溶液を前記リザーバーから前記溶液が移動する流路に移動させる、流路供給システムが提供される。
第３の実施態様に従えば、第１の実施態様の流体デバイスと、前記第２の貫通孔を介して前記リザーバーに陽圧を付与する陽圧付与装置と、を備え、前記リザーバーに予め充填された前記溶液を前記リザーバーから前記リザーバーと繋がり前記溶液が移動する流路に移動させる、流路供給システムが提供される。
図１は、第１実施形態の流体デバイスの正面図である。 図２は、第１実施形態の流体デバイスを模式的に示した平面図である。 図３は、図２におけるIII－III線に沿う流体デバイスの断面図である。 図４は、図２におけるIV-IV線に沿う流体デバイスの断面図である。 図５は、第１実施形態の流路供給システムの断面模式図である。 図６は、第１実施形態の変形例の流路供給システムの断面模式図である。 図７は、第２実施形態の流体デバイスの部分断面図である。 図８Ａは、第２実施形態に採用可能な、変形例１のセプタムを備えた流体デバイスの部分断面図である。 図８Ｂは、第２実施形態に採用可能な、変形例２のセプタムを備えた流体デバイスの部分断面図である。
以下、流体デバイス、リザーバー供給システムおよび流路供給システムの実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限られない。
＜第１実施形態＞
（流体デバイス）
図１は、第１実施形態の流体デバイス１の正面図である。図２は、流体デバイス１を模式的に示した平面図である。なお、図２においては、透明な上板６について、下側に配置された各部を透過させた状態で図示する。
本実施形態の流体デバイス１は、検体試料に含まれる検出対象である試料物質を免疫反応および酵素反応などにより検出するデバイスを含む。試料物質は、例えば、核酸、ＤＮＡ、ＲＮＡ、ペプチド、タンパク質、細胞外小胞体などの生体分子である。
図２に示すように、流体デバイス１は、基材５と、気液分離フィルタ３（図２において省略）と、注入孔閉塞フィルム（フィルム）３３（図２において省略）と、複数のバルブＶ、Ｖｉ、Ｖｏと、を備える。
図１に示すように、基材５は、上板（第１の基板）６、下板（第３の基板）８、および基板（第２の基板）９を有する。本実施形態の上板６、下板８および基板９は、樹脂材料から構成される。上板６、下板８および基板９を構成する樹脂材料としては、ポリプロピレン、ポリカーボネイト等が例示される。また、本実施形態において、上板６および下板８は、透明な材料から構成される。なお、上板６、下板８および基板９を構成する材料は、限定されない。
以下の説明においては、上板（例、蓋部、流路の上部又は下部、流路の上面又は底面）６、下板（例、蓋部、流路の上部又は下部、流路の上面又は底面）８および基板９は水平面に沿って配置され、上板６は基板９の上側に配置され、下板８は基板９の下側に配置されるものとして説明する。ただし、これは、説明の便宜のために水平方向および上下方向を定義したに過ぎず、本実施形態に係る流体デバイス１の使用時の向きを限定しない。
上板６、基板９および下板８は、水平方向に沿って延びる板材である。上板６、基板９および下板８は、上下方向に沿ってこの順で積層されている。すなわち、基板９は、上板６の下側において上板６に積層される。また、下板８は、上板６と反対側の面（下面９ａ）において基板９に積層される。
なお、以下の説明において、上板６、基板９および下板８を積層させる方向を単に積層方向と呼ぶ。本実施形態において、積層方向は、上下方向である。
図３は、図２におけるIII－III線に沿う流体デバイス１の断面図である。
図３に示すように、上板６は、上面６ｂと下面６ａと、を有する。基板９は、上面９ｂと下面９ａとを有する。同様に、下板８は、上面８ｂと下面８ａと、を有する。
上板６の下面６ａは、基板９の上面９ｂと積層方向に対向し接触する。上板６の下面６ａと基板９の上面９ｂとは、接着等の接合手段により互いに接合されている。上板６の下面６ａと基板９の上面９ｂとは、第１境界面（第１接合面）６１を構成する。すなわち、上板６と基板９とは、第１境界面６１で接合される。
同様に、下板８の上面８ｂは、基板９の下面９ａと積層方向に対向し接触する。下板８の上面８ｂと基板９の下面９ａとは、接着等の接合手段により互いに接合されている。下板８の上面８ｂと基板９の下面９ａとは、第２境界面（第２接合面）６２を構成する。すなわち、基板９と下板８とは、第２境界面６２で接合される。
基板９は、下面９ａ側にリザーバー層１９Ｂを含む。リザーバー層１９Ｂには、複数のリザーバー２９が設けられる。また、基板９は、上面９ｂ側に反応層１９Ａを含む。反応層１９Ａには、流路１１と、廃液槽７と、が設けられる。すなわち、基板９には、複数のリザーバー２９と、流路１１と、廃液槽７と、が設けられる。
図２に示すように、積層方向から見て、流路１１の少なくとも一部とリザーバー２９の少なくとも一部とは、互いに重なり合う様に配置される。本実施形態によれば、基板９の上面９ｂ側と下面９ａ側とにそれぞれ流路１１とリザーバー２９とを配置することで、積層方向から見て、流路１１とリザーバー２９を重ねて配置できる。これにより、流体デバイス１を小型化できる。
図３に示すように、基板９の下面９ａには、複数の溝部２１が設けられる。溝部２１は、線状の窪みとも表現できる。複数の溝部２１の底面は、略同一の平面内に位置する。すなわち、複数の溝部２１の深さは、略同一である。溝部２１の長手方向における幅は、略一様である。また、複数の溝部２１の幅は、略同一である。
溝部２１は、下側を向く開口が、下板８により覆われている。溝部２１と下板８とに囲まれた空間には、リザーバー２９が構成される。したがって、リザーバー２９は、基板９と下板８との間に位置する。
リザーバー２９は、基板９の下面９ａに設けられた溝部２１の内壁面と下板８とによって囲まれたチューブ状、あるいは筒状に形成された空間である。本実施形態の基材５には、複数（より具体的には、３つ）のリザーバー２９が設けられる。リザーバー２９には、溶液が収容される。
なお、本実施形態では、基板９に溝部２１が設けられ下板８によって溝部２１の開口を覆うことでリザーバー２９が構成される場合について説明した。しかしながら、リザーバー２９は、下板８に設けられた溝部の開口を基板９により覆うことで構成されていてもよい。
複数のリザーバー２９は、互いに独立して溶液を収容する。リザーバー２９は、収容した溶液を流路１１に供給する。リザーバー２９は、流路型のリザーバーである。したがって、リザーバー２９は、流路１１に向かって溶液が流れる方向の長さが、長さと直交する幅よりも大きい。また、リザーバー２９は、流路１１に向かって溶液が流れる方向の長さが長さおよび幅と直交する深さよりも大きいことが好ましい。さらに、リザーバー２９における幅の大きさは、気泡が溶液を追い越して移動しない大きさであることが好ましい。
本実施形態において、複数のリザーバー２９の幅は、略同一であり、例えば１．５ｍｍである。また、複数のリザーバー２９の深さは、略同一であり、例えば１．５ｍｍである。複数のリザーバー２９の流路断面の形状は、一例として矩形状である。それぞれのリザーバー２９の容積は、収容する溶液の容量に応じて設定される。例えば、それぞれのリザーバー２９の長さは、収容する溶液の容量に応じて設定される。
なお、リザーバー２９の幅および深さは、一例であり、数μｍから数百ｍｍ、例えば、１μｍから９９９ｍｍや０．０１μｍ以上１００ｍｍ以下、など、流体デバイス（マイクロ流体デバイス等）１の大きさに応じて任意に設定できる。
また、本実施形態では、複数のリザーバー２９が、互いに同一幅、同一深さである構成を例示したが、この構成に限定されない。複数のリザーバーにおける幅および深さについては、例えば、収容する溶液の流動特性に応じて異なる値に設定してもよい。例えば、複数のリザーバーから一括した負圧吸引で溶液を流路に導入する際には、同じタイミングで異種の溶液が流路に導入されるようにリザーバー毎に溶液の流動特性（流動抵抗等）に応じた幅および深さに設定してもよい。
図２に示すように、リザーバー２９は、線状の窪みが左右に折り返しながら所定方向に延びる蛇行形状に形成されている。リザーバー２９は、所定方向（図４では、左右方向）に平行に配置された複数（図４では５つ）の第１直線部２９ａと、隣り合う第１直線部２９ａの端部同士の接続箇所を第１直線部２９ａの一端側と他端側とで交互に繰り返して接続する第２直線部２９ｂとを含む蛇行形状に形成されている。
図３に示すように、基板９には、積層方向に貫通する供給孔３９が設けられる。供給孔３９は、リザーバー２９と流路１１とを繋ぐ。リザーバー２９に貯留された溶液は、供給孔３９を介して流路１１に供給される。すなわち、リザーバー２９は、供給孔３９を介して流路１１と接続される。
基板９の上面９ｂには、複数の溝部１４が設けられる。溝部１４は、線状の窪みとも表現できる。溝部１４は、上側を向く開口が、上板６により覆われている。溝部１４と上板６とに囲まれた空間には、流路１１が構成される。したがって、流路１１は、基板９と上板６との間に位置する。流路１１には、溶液が流れる。
なお、本実施形態では、基板９に溝部１４が設けられ上板６によって溝部１４の開口を覆うことで流路１１が構成される場合について説明した。しかしながら、流路１１は、上板６に設けられた溝部の開口を基板９により覆うことで構成されていてもよい。
図２に示すように、流路１１は、循環流路１０と、複数（図２の例では３つ）の導入流路１２と、複数（図２の例では３つ）の排出流路１３と、を含む。流路１１には、リザーバー２９から溶液が導入される。
循環流路１０は、積層方向から見て、ループ状に構成される。循環流路１０の経路中には、複数（図２の例では３つ）の定量バルブＶが設けられる。複数の定量バルブＶは、循環流路１０を複数の定量区画１８に区画する。複数の定量バルブＶは、定量バルブで区切られるそれぞれの区画のそれぞれが所定の体積となるように配置されている。
導入流路１２は、循環流路１０の定量区画１８に溶液を導入するための流路である。導入流路１２は、循環流路１０の定量区画１８毎に設けられる。導入流路１２は、一端側において供給孔３９に接続される。また、導入流路１２は、他端側において、循環流路１０に接続される。導入流路１２は、定量区画１８の定量バルブＶの近傍において循環流路１０に接続される。
導入流路１２とリザーバー２９とは、積層方向から見たとき、一部が互いに重なっており、重なった部分に配置された供給孔３９を介して接続されている。すなわち、供給孔３９は、積層方向から見て、流路１１とリザーバー２９とが重なった部分に位置し、積層方向に延びる。これにより、基板９の互いに異なる面に配置された流路１１とリザーバー２９を最短距離で繋ぐことができる。結果として、リザーバー２９から流路１１に溶液を導入する際の圧力損失が小さくなり、効率的かつ迅速に、リザーバー２９から流路１１に溶液を導入できる。
排出流路１３は、循環流路１０の定量区画１８の溶液を廃液槽７に排出するための流路である。排出流路１３は、循環流路１０の定量区画１８毎に設けられる。排出流路１３は、一端側において廃液槽７と接続される。また、排出流路１３は、他端側において、循環流路１０に接続される。排出流路１３は、定量区画１８の定量バルブＶの近傍において循環流路１０に接続される。定量区画１８は、長さ方向の一端側において導入流路１２に接続され、他端側において排出流路１３に接続される。
導入流路１２の経路中には、導入バルブＶｉが配置される。同様に、排出流路１３の経路中には、廃液バルブＶｏが配置される。ここで、導入バルブＶｉ、廃液バルブＶｏおよび定量バルブＶの構造について図３を基に説明する。なお、ここでは、導入バルブＶｉについて他のバルブを代表して説明するが、他のバルブ（廃液バルブＶｏおよび定量バルブＶ）も同様の構造を有する。
導入バルブＶｉは、上板６に固定されている。上板６には、複数のバルブ保持孔３４が設けられる。上板６は、バルブ保持孔３４において、導入バルブＶｉを保持する。導入バルブＶｉは、弾性材料から構成される。導入バルブＶｉに採用可能な弾性材料としては、ゴム、エラストマー樹脂などが例示される。上板６と導入バルブＶｉとは、互いに異材質で一体的に構成されている。また、上板６および導入バルブＶｉは、二色成形、インジェクション成形、インサート成形等により一体的に成形された成形体である。
導入バルブＶｉの直下の流路１１には、半球状の窪み４０が設けられる。導入バルブＶｉは、下側に向かって弾性変形して窪み４０に当接することで流路１１を閉塞する。また、導入バルブＶｉは、窪み４０から離間することで流路１１を開放する。
廃液槽７は、流路１１中の溶液を廃棄する為に基材５に設けられる。廃液槽７は、流路１１に接続される。図２に示すように、廃液槽７は、循環流路１０の内側領域に配置されている。これにより、流体デバイス１の小型化を図ることができる。また、図３に示すように、廃液槽７は、基板９の上面９ｂ側に設けられた凹部７ａの内壁面と、凹部７ａの上側を向く開口を覆う上板６に囲まれた空間に構成される。
廃液槽７は、空気孔（装置接続孔）３５を介して外部に開放される。空気孔３５は、上板６に設けられる。空気孔３５は、廃液槽７の直上に位置する。空気孔３５は、廃液槽７を外部に繋げる。後段において説明するように、空気孔３５には、例えば、吸引装置（負圧付与装置）５６を接続することができる。
図４は、図２におけるIV-IV線に沿う流体デバイス１の断面図である。
上板６には、積層方向に貫通する第１の貫通孔３７と、第２の貫通孔３１と、が設けられる。一方で、基板９には、積層方向に貫通し第１の貫通孔３７と繋がる第３の貫通孔３８が設けられる。また、基板９の上面９ｂには、連通溝３０ａが設けられる。連通溝３０ａは、上側に開口する。連通溝３０ａの一端は、積層方向から見て第１の貫通孔３７と重なり、連通溝３０ｂの他端は、第２の貫通孔３１と重なる。
第１の貫通孔３７と第３の貫通孔３８とは、積層方向から見て互いに重なり連通する。第１の貫通孔３７と第３の貫通孔３８は、注入孔３２を構成する。また、第１の貫通孔３７は、注入孔３２の開口を構成する。
注入孔３２は、リザーバー２９に繋がる。すなわち、注入孔３２は、リザーバー２９を外部に繋げる。溶液は、注入孔３２を介してリザーバー２９に充填される。注入孔３２は、１つのリザーバー２９に対して１つ設けられる。すなわち、注入孔３２は、基材５に、リザーバー２９と同数だけ設けられる。注入孔３２は、リザーバー２９の長さ方向の一端に接続される。なお、リザーバー２９の長さ方向の他端には、供給孔３９が接続される。
注入孔３２の上側の開口は、注入孔閉塞フィルム（フィルム）３３で塞がれている。注入孔閉塞フィルム３３は、上板６の上面６ｂに貼り付けられる。注入孔閉塞フィルム３３は、注入孔３２を介してリザーバー２９に溶液が注入された後に貼り付けられる。
第２の貫通孔３１は、積層方向から見て、第１の貫通孔３７に隣接して配置される。第２の貫通孔３１の積層方向と直交する方向に沿う断面形状は、円形である。第２の貫通孔３１は、上側から下側に向かうに従い（すなわち、基板９側に向かうに従い）断面積を小さくするテーパ状に延びる。
連通溝３０ａは、線状の窪みとも表現できる。連通溝３０ａは、上側を向く開口が、上板６により覆われている。連通溝３０ａと上板６とに囲まれた空間には、連通部３０が構成される。したがって、連通部３０は、基板９と上板６との間に位置する。言い換えると、連通部３０は、第１境界面６１に設けられる。
なお、本実施形態では、基板９に連通溝３０ａが設けられ上板６によって連通溝３０ａの開口を覆うことで連通部３０が構成される場合について説明した。しかしながら、連通部３０は、上板６に設けられた溝部の開口を基板９により覆うことで構成されていてもよい。
連通部３０の一端は、第２の貫通孔３１の基板９側の開口に位置し、連通部３０の他端は、第１の貫通孔３７と第３の貫通孔３８との境界部に繋がる。このため、連通部３０は、第１の貫通孔３７と第２の貫通孔３１とを繋ぐ。
第２の貫通孔３１と連通部３０とは、空気導入孔３６を構成する。すなわち、空気導入孔３６は、第２の貫通孔３１と連通部３０とを有する。第２の貫通孔３１は、空気導入孔３６の開口を構成する。空気導入孔３６は、連通部３０において、注入孔３２に繋がる。すなわち、空気導入孔３６は、注入孔３２から分岐して外部に繋がる。空気導入孔３６は、基材５に、リザーバー２９および注入孔３２と同数だけ設けられる。
空気導入孔３６の経路中には、気液分離フィルタ３が位置する。すなわち、流体デバイス１は、気液分離フィルタ３を備える。気液分離フィルタ３は、第２の貫通孔３１の下側（基板９側）の開口を覆う。気液分離フィルタ３は、上板６の下面６ａと基板９の上面９ｂとの間に挟み込まれる。気液分離フィルタは、第２の貫通孔３１と連通部３０との間において、空気導入孔３６を流動する気体を通過させ、空気導入孔３６を流動する液体の通過を抑制する。気液分離フィルタ３としては、PTFE（四フッ化エチレン樹脂）等の撥水材料からなる不織布などが例示できる。流体デバイスへの組み込みやすさから、気液分離フィルタ３はシート形状であることが好ましい。流体デバイスは、通常、溝や凹部を形成した板状又はシート状の基材を積層して貼り合わせるという方法で製造される。この際、微小な寸法で形成するためには接着剤を用いずに、基材同士を溶着して貼り合わせることが好ましい。気液分離フィルタ３が平坦なシート材である場合には、基材を積層して接着剤を使わない方法で貼り合わせる製造工程とも整合性がある。
本実施形態によれば、空気導入孔３６が設けられることで、注入孔３２を注入孔閉塞フィルム３３で塞いだ場合であっても、リザーバー２９の内部に空気を導入することができる。このため、リザーバー２９内に充填された溶液の後方から空気を導入し、リザーバー２９内の溶液を供給孔３９を介して流路１１に移動させることができる。
本実施形態によれば、空気導入孔３６の経路中に設けられた気液分離フィルタ３が設けられる。気液分離フィルタ３は、気体を通過させる一方で液体の通過を抑制する。このため、気液分離フィルタ３は、空気導入孔３６を介して空気がリザーバー２９に導入されることを阻害しない。一方で、気液分離フィルタ３は、リザーバー２９内に充填された溶液が、空気導入孔３６を介して外部に漏れだすことを抑制できる。
本実施形態によれば、気液分離フィルタ３は、第１境界面６１に位置し、第２の貫通孔３１の下側（基板９側）の開口を覆う。このため、気液分離フィルタ３が、外部に露出することがない。結果的に、流体デバイス１の搬送時や取扱い時に、気液分離フィルタ３が損傷することを抑制できる。
上述したように、第２の貫通孔３１は、上側から下側に向かうに従いテーパ状に形成されている。上板６は、樹脂材料から構成されているため、第２の貫通孔３１は、金型内に設けられた凸部に起因して構成される。凸部は、金型内に流入する溶融した樹脂材料に対する強度を高める必要がある。このため、凸部には十分な剛性を確保するための十分な大きさが必要となり、第２の貫通孔を通作することが困難となる。一方で、第２の貫通孔３１の下側の開口には、気液分離フィルタ３が設けられる。気液分離フィルタ３は、高価である場合がある。このため、気液分離フィルタ３のサイズを小さくすることが好ましい。
本実施形態によれば、第２の貫通孔３１は、下側が小さくなるようなテーパ状に構成されている。第２の貫通孔３１は、下側（基板９側）の開口で、断面積が最も小さくなっている。このため、第２の貫通孔３１の下側の開口を覆う気液分離フィルタ３を小さくすることができ、安価な流体リザーバーを構成できる。また、第２の貫通孔３１を形成するために金型内に設けられた凸部を円錐状とすることができる。これにより、凸部に十分な剛性を付与することが可能となり、第２の貫通孔３１を確実に成形できる。第２の貫通孔３１のテーパ角度αは、金型内の凸部の離形性を十分に高めるために５°以上とすることが好ましい。
本実施形態において、流路１１が上板６と基板９との間に位置し、リザーバー２９が基板９と下板８との間に位置する。すなわち、流路１１が第１境界面６１に位置し、リザーバー２９が第２境界面６２に位置する。しかしながら、流路１１およびリザーバー２９のうち少なくとも一方が、第１境界面６１に位置すればよい。また、流路１１およびリザーバー２９のうち少なくとも一方が、第２境界面６２に位置すればよい。
本実施形態において、空気導入孔３６の連通部３０は、第１境界面６１に位置している。しかしながら、連通部３０は、基板９の内部に位置していてもよい。また、連通部３０は、第２境界面６２に位置していてもよい。
同様に、本実施形態において、気液分離フィルタ３は、第１境界面６１に位置している。しかしながら、気液分離フィルタ３は、空気導入孔３６の経路中に位置していれば、場所は限定されない。例えば、気液分離フィルタ３は、第２境界面６２に位置していてもよい。
（流路供給システム）
次に、流体デバイス１においてリザーバー２９から流路１１に溶液Ｓを供給する流路供給システム４について図５を基に説明する。
図５は、流路供給システム４の断面模式図である。図５において、流体デバイス１の供給孔３９、リザーバー２９、流路１１および廃液槽７を一連なりに示す。
流路供給システム４は、リザーバー２９に予め充填された溶液をリザーバー２９から流路１１に移動させる。流路供給システム４は、流体デバイス１と、吸引装置（負圧付与装置、圧力付与装置）５６と、を備える。
図５に示すように、吸引装置５６は、流体デバイス１の空気孔３５に接続される。吸引装置５６は、空気孔３５を介して流路１１内を負圧とする。このように、基材５に設けられた空気孔３５は、流路１１内に負圧又は陽圧を付与する圧力付与装置（本実施形態では、吸引装置５６）を接続する装置接続孔として機能する。
流路供給システム４は、リザーバー２９に予め充填された溶液Ｓをリザーバー２９から流路１１に移動させる。より具体的には、流路供給システム４は、循環流路１０のそれぞれの定量区画１８にリザーバー２９から溶液Ｓを順番に導入する。ここでは、１つの定量区画１８に溶液Ｓを導入する手順を説明するが、他の定量区画１８についても、同様の手順を行うことで、溶液Ｓが導入される。
図２を基に、定量区画１８に溶液Ｓを導入する際のバルブＶ、Ｖｉ、Ｖｏの開閉について説明する。まず、溶液Ｓを導入する定量区画１８の長さ方向両側に位置する一対の定量バルブＶを閉じる。さらに、該当する定量区画１８に繋がる排出流路１３の廃液バルブＶｏを開くと共に、他の排出流路１３の廃液バルブＶｏを閉じる。また、該当する定量区画１８に繋がる導入流路１２の導入バルブＶｉを開く。
次に、吸引装置５６を用いて、空気孔３５から廃液槽７内を負圧吸引する。これにより、リザーバー２９内の溶液Ｓは、供給孔３９を介して流路１１側に移動する。また、リザーバー２９の溶液Ｓの後方には、空気導入孔３６を通過した空気が導入される。これにより、流路供給システム４は、リザーバー２９に収容された溶液Ｓを供給孔３９、導入流路１２を介して、循環流路１０の定量区画１８に導入する。
本実施形態によれば、空気導入孔３６の経路中に、気液分離フィルタ３が設けられる。このため、空気孔３５に接続された吸引装置５６の誤作動などにより、空気孔３５に陽圧が付与された場合であっても、空気導入孔３６から溶液が漏れ出すことを抑制できる。
（流路供給システムの変形例）
次に、変形例の流路供給システム１０４について、図６を基に説明する。なお、上述の実施形態と同一態様の構成要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。
図６は、本変形例の流路供給システム１０４の断面模式図である。図６において、流体デバイス１の供給孔３９、リザーバー２９、流路１１および廃液槽７を一連なりに示す。
上述の実施形態と同様に、流路供給システム１０４は、リザーバー２９に予め充填された溶液Ｓをリザーバー２９から流路１１に移動させる。より具体的には、流路供給システム１０４は、循環流路１０のそれぞれの定量区画１８にリザーバー２９から溶液Ｓを順番に導入する。
流路供給システム１０４は、リザーバー２９に予め充填された溶液をリザーバー２９から流路１１に移動させる。流路供給システム１０４は、流体デバイス１と、陽圧付与装置（圧力付与装置）１５６と、を備える。
陽圧付与装置１５６は、流体デバイス１の空気導入孔３６に接続される。陽圧付与装置１５６は、空気導入孔３６を介してリザーバー２９に陽圧を付与する。また、本変形例の流路供給システム１０４において、廃液槽７に開口する空気孔３５は、外部に開放されている。
上述の実施形態と同様に、まず、溶液Ｓを導入する定量区画１８の長さ方向両側に位置する一対の定量バルブＶを閉じる。さらに、該当する定量区画１８に繋がる排出流路１３の廃液バルブＶｏを開くと共に、他の排出流路１３の廃液バルブＶｏを閉じる。また、該当する定量区画１８に繋がる導入流路１２の導入バルブＶｉを開く。
陽圧付与装置１５６は、空気導入孔３６を介してリザーバー２９に陽圧を付与する。これにより、リザーバー２９内の溶液Ｓは、供給孔３９を介して流路１１側に移動する。また、流路１１および廃液槽７内の空気は、空気孔３５を介して外部に排気される。これにより、流路供給システム１０４は、リザーバー２９に収容された溶液Ｓを供給孔３９、導入流路１２を介して、循環流路１０の定量区画１８に導入する。
なお、本実施形態では、陽圧付与装置１５６は、空気導入孔３６に接続される。しかしながら、陽圧付与装置１５６は、注入孔閉塞フィルム３３を剥離させた注入孔３２の開口に接続されていてもよい。この場合、空気導入孔３６の開口をフィルム等により塞ぐことが好ましい。
（溶液混合システム）
次に、流体デバイス１の流路に供給された溶液を混合する溶液混合システムについて図２を基に説明する。溶液混合システムは、流体デバイス１と、流体デバイス１の流路１１中の溶液を循環させるポンプ（図示略）を制御する制御部（図示略）と、を有する。
まず、上述したように循環流路１０のそれぞれの定量区画１８に溶液を導入した状態で、廃液バルブＶｏおよび導入バルブＶｉを閉じ、定量バルブＶを開く。さらに、図示略のポンプを用いて循環流路１０内の溶液を送液して循環させる。循環流路１０を循環する溶液は、流路内の流路壁面と溶液の相互作用（摩擦）により、壁面周辺の流速は遅く、流路中央の流速は速くなる。その結果、溶液の流速に分布ができるため、溶液の混合および反応が促進される。
＜第２実施形態＞
図７は、第２実施形態の流体デバイス２０１の部分断面図である。
本実施形態の流体デバイス２０１は、上述の第１実施形態の流体デバイス１と比較して、注入孔３２の開口を塞ぐセプタム２３３が設けられている点が主に異なる。なお、上述の実施形態と同一態様の構成要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。
本実施形態の流体デバイス２０１は、基材５と、気液分離フィルタ３と、複数のバルブＶ、Ｖｉ、Ｖｏと、セプタム２３３と、を備える。なお、図７において、バルブＶ、Ｖｉ、Ｖｏの図示を省略する。
上述の実施形態と同様に、基材５は、上板６と、基板９と、下板８とを有する。また、基材５には、注入孔３２と、空気導入孔３６と、リザーバー２９と、供給孔３９と、流路１１と、廃液槽７と、が設けられる。なお、図７において、供給孔３９、流路１１および廃液槽７の図示を省略する。
本実施形態において、上板６に設けられた第１の貫通孔３７には、セプタム２３３が固定される。セプタム２３３は、注入孔３２の開口を塞ぐ。セプタム２３３は、弾性材料から構成される。セプタム２３３に採用可能な弾性材料としては、ゴム、エラストマー樹脂などが例示される。上板６およびセプタム２３３は、二色成形、インジェクション成形、インサート成形等により一体的に成形された成形体である。
上述したように、上板６には、セプタム２３３に加えて、バルブＶ、Ｖｉ、Ｖｏが一体的に設けられる。セプタム２３３と、バルブＶ、Ｖｉ、Ｖｏは、同一の材料から構成されていてもよい。この場合、２種の樹脂材料を用いた二色成型、インジェクション成形、インサート成形等によって、上板６、セプタム２３３およびバルブＶ、Ｖｉ、Ｖｏを一体的に成形できる。
セプタム２３３は、弾性栓部材と呼ぶことができる。中空針を貫通させることで形成されたセプタム２３３の孔部の内周面は、セプタム２３３の弾性変形により中空針の外周面に気密に密着する。これにより、中空針の中空部を介して、溶液をリザーバー２９に注入できる。また、セプタム２３３は、中空針を抜き去ることで、中空針が挿通した孔を気密に塞ぐ。このため、リザーバー２９に溶液を注入した後に、流体デバイス２０１が上下逆転する場合であっても、注入孔３２の開口から溶液が漏れ出すことがない。特に、本実施形態のリザーバー２９は、流路形状である。このため、セプタム２３３と溶液との間に気泡を介在させることで、溶液がセプタム２３３側に達することがなく、より安定的にリザーバー２９に溶液を保持できる。
本実施形態の流体デバイス２０１およびリザーバー供給システム２によれば、セプタム２３３にシリンジの中空針を抜き刺しすることにより、リザーバー２９への溶液Ｓの充填と密閉を容易に行うことができる。また、セプタム２３３は、中空針を複数回、抜き差しすることができる。したがって、リザーバー２９へ溶液Ｓを追加して注入することもできる。
本実施形態の流体デバイス２０１によれば、セプタム２３３で注入孔３２の開口を塞ぐことで、第１実施形態に示したような注入孔閉塞フィルム３３（図４参照）を設ける必要がない。このため、リザーバー２９に溶液を充填させる際の作業工程を簡素化することができる。
セプタム２３３は、積層方向から見て円形である。セプタム２３３の外形は、第１の貫通孔３７と一致する。すなわち、第１の貫通孔３７は、積層方向から見て円形である。
セプタム２３３の直径ｄは、１．５ｍｍ以上とすることが好ましい。セプタム２３３の直径ｄを１．５ｍｍ以上とすることで、第１の貫通孔３７に対するセプタム２３３の二色成形を容易とできる。
セプタム２３３の積層方向の寸法（厚さ）ｔは、セプタム２３３に求められる耐圧およびセプタム２３３を貫通しセプタム２３３に孔部を形成する中空針の直径に応じて設定される。なお、以下に説明する積層方向の寸法ｔが異なる各セプタム２３３の直径ｄは、全て１．５ｍｍ以上である。
セプタム２３３の積層方向の寸法ｔが、１．０ｍｍ以上である場合には、中空針の外径が０．４６ｍｍ（２６Ｇ（ゲージ））以下である場合に１００ｋＰａ以上の耐圧を確保でき、中空針の外径が０．４１ｍｍ（２７Ｇ（ゲージ））以下である場合に２００ｋＰａ以上の耐圧を確保できる。
また、セプタム２３３の積層方向の寸法ｔが、１．５ｍｍ以上である場合には、中空針の外径が０．４６ｍｍ（２６Ｇ（ゲージ））以下である場合に２００ｋＰａ以上の耐圧を確保できる。
なお、これらの耐圧設計は、本発明の発明者らの評価実験によって導かれたものである。
（セプタムの変形例１）
図８Ａは、第２実施形態に採用可能な、変形例１のセプタム３３３を備えた流体デバイス３０１の部分断面図である。なお、上述の実施形態と同一態様の構成要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。
本変形例の流体デバイス３０１は、基材３０５とセプタム３３３とを備える。基材３０５には、注入孔３３２と空気導入孔３６とが設けられる。注入孔３３２は、リザーバー２９（図８Ａにおいて省略）を外部に繋げる。空気導入孔３６は、注入孔３３２から分岐して外部に繋がる。
基材３０５は、上板３０６と基板９と下板８（図８Ａにおいて省略）とを有する。上板３０６には、セプタム３３３を保持する第１の貫通孔（貫通孔）３３７が設けられる。第１の貫通孔３３７は、基板９に設けられた第３の貫通孔３８と繋がる。第１の貫通孔３３７と第３の貫通孔３８とは、注入孔３３２を構成する。また、第１の貫通孔３３７は、注入孔３３２の開口を構成する。
第１の貫通孔３３７は、積層方向から見て円形である。第１の貫通孔３３７の内周面には、第１の貫通孔３３７の内側に向かって突出する凸部３３７ａが設けられる。凸部３３７ａの上端は、第１の貫通孔３３７の上端より下側に配置されている。また、凸部３３７ａの下端は、第１の貫通孔３３７の下端と一致する。凸部３３７ａは、第１の貫通孔３３７の内周面の全周に設けられる。凸部３３７ａの突出高さは周方向に沿って一様である。したがって、凸部３３７ａの内側における第１の貫通孔３３７の形状は、積層方向から見て円形である。
セプタム３３３は、第１の貫通孔３３７の内周面に固定される。セプタム３３３には、凸部３３７ａが嵌る凹部３３３ａが設けられる。上述の実施形態と同様に、セプタム３３３と上板３０６とは、二色成形、インジェクション成形、インサート成形等により一体的に成形された成形体である。一例として、上板３０６を成形した後に上板３０６の第１の貫通孔３３７にセプタム３３３を成形することで、セプタム３３３に凸部３３７ａの凸部に嵌る凹部３３３ａが形成される。
第１の貫通孔３３７の凸部３３７ａは、上側を向く段差面３３７ｂを有する。一方でセプタム３３３は、凹部３３３ａを構成し下側を向く対向面３３３ｂを有する。段差面３３７ｂと対向面３３３ｂとは、積層方向に対向し互いに接触する。このため、段差面３３７ｂは、セプタム３３３が下側に移動することを抑制できる。すなわち、本変形例によれば、凸部３３７ａが凹部３３３ａに嵌ることで、段差面３３７ｂがセプタム３３３の下側への移動を制限し、セプタム３３３の抜け止めとして機能する。
（セプタムの変形例２）
図８Ｂは、第２実施形態に採用可能な、変形例２のセプタム４３３を備えた流体デバイス４０１の部分断面図である。なお、上述の実施形態と同一態様の構成要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。
本変形例の流体デバイス４０１は、基材４０５とセプタム４３３とを備える。基材４０５には、注入孔４３２と空気導入孔３６とが設けられる。注入孔４３２は、リザーバー２９（図８Ａにおいて省略）を外部に繋げる。空気導入孔３６は、注入孔４３２から分岐して外部に繋がる。
基材４０５は、上板４０６と基板９と下板８（図８Ｂにおいて省略）とを有する。上板４０６には、セプタム４３３を保持する第１の貫通孔（貫通孔）４３７を有する。第１の貫通孔４３７は、基板９に設けられた第３の貫通孔３８と繋がる。第１の貫通孔４３７と第３の貫通孔３８とは、注入孔４３２を構成する。また、第１の貫通孔４３７は、注入孔４３２の開口を構成する。注入孔４３２は、リザーバー２９（図８Ｂにおいて省略）を外部に繋げる。
第１の貫通孔４３７の内周面には、第１の貫通孔４３７の内側に向かって突出する凸部４３７ａが設けられる。凸部４３７ａの上端は、第１の貫通孔４３７の上端の下側に配置されている。また、凸部４３７ａの下端は、第１の貫通孔４３７の下端の上側に配置されている。また、セプタム４３３には、凸部４３７ａが嵌る凹部４３３ａが設けられる。
第１の貫通孔４３７の凸部４３７ａは、上側を向く第１段差面４３７ｂと下側を向く第２段差面４３７ｃとを有する。一方でセプタム４３３は、下側を向く第１対向面４３３ｂと、上側を向く第２対向面４３３ｃと、を有する。第１段差面４３７ｂと第１対向面４３３ｂとは、積層方向に対向し、互いに接触する。同様に、第２段差面４３７ｃと第２対向面４３３ｃとは、積層方向に対向し、互いに接触する。このため、第１段差面４３７ｂと第２段差面４３７ｃとは、セプタム４３３が上下方向に移動することを制限する。すなわち、本変形例によれば、凸部４３７ａが凹部４３３ａに嵌ることで、第１段差面４３７ｂおよび第２段差面４３７ｃがセプタム４３３の上下方向への移動を制限し、セプタム４３３の抜け止めとして機能する。
以上に、本発明の様々な実施形態を説明したが、各実施形態における各構成およびそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはない。
１，２０１，３０１，４０１…流体デバイス、３…気液分離フィルタ、４，１０４…流路供給システム、５，３０５，４０５…基材、６…上板（第１の基板）、７…廃液槽、８…下板（第３の基板）、９…基板（第２の基板）、１１…流路、２９…リザーバー、３０…連通部、３１…第２の貫通孔、３２，３３２，４３２…注入孔、３３…注入孔閉塞フィルム（フィルム）、３５…空気孔（装置接続孔）、３６…空気導入孔、３７，３３７，４３７…第１の貫通孔、５６…吸引装置（負圧付与装置、圧力付与装置）、６１…第１境界面（第１接合面）、６２…第２境界面（第２接合面）、１５６…陽圧付与装置（圧力付与装置）、２３３，３３３，４３３…セプタム、Ｓ…溶液

Claims (12)

  1. 複数の基板が積層された基材と、
    前記基材内に溶液を収容するリザーバーを外部に繋げる第１の貫通孔を含む注入孔と、
    前記注入孔から分岐した流路を外部に繋げる第２の貫通孔を含む空気導入孔と、
    前記空気導入孔の経路中かつ前記複数の基板が積層された境界面に位置し、前記空気導入孔を流動する気体を通過させ液体の通過を抑制する気液分離フィルタと、を備え、
    前記空気導入孔には、前記第１の貫通孔と前記第２の貫通孔とを前記境界面で繋ぐ連通部が設けられ、
    前記気液分離フィルタは、前記第２の貫通孔の開口を覆う、
    流体デバイス。
  2. 前記第２の貫通孔は、外部から前記複数の基板の境界面側に向かうに従い断面積を小さくするテーパ状に延びる、
    請求項１に記載の流体デバイス。
  3. 前記基材は、３枚の基板からなる２つの境界面を有し、
    前記リザーバーおよび前記リザーバーに繋がり前記溶液が移動する流路のうち少なくとも一方は、前記２つの境界面の何れか一方に位置する、
    請求項１又は２に記載の流体デバイス。
  4. 前記基材には、前記基材内に負圧又は陽圧を付与する圧力付与装置を接続する装置接続孔が設けられる、
    請求項３の何れか一項に記載の流体デバイス。
  5. 前記基材には、前記溶液が移動する流路に接続する廃液槽が設けられる、
    請求項４に記載の流体デバイス。
  6. 前記リザーバーは、流路型の形状であって、
    前記リザーバーの流路長は、前記リザーバーの幅又は深さよりも大きい、
    請求項１～５の何れか一項に記載の流体デバイス。
  7. 前記第１の貫通孔は、積層方向視において前記リザーバーの一端と重複する位置に配置される、
    請求項１～６の何れか一項に記載の流体デバイス。
  8. 前記廃液槽は、外部と接続する空気孔を有し、
    前記空気孔は前記装置接続孔であって、前記基材内に負圧を付与する負圧付与装置と接続可能である、
    請求項５に記載の流体デバイス。
  9. 前記第１の貫通孔の開口を塞ぐセプタムを備える、
    請求項１～８の何れか一項に記載の流体デバイス。
  10. 前記第１の貫通孔の開口を塞ぐフィルムを備える、
    請求項１～８の何れか一項に記載の流体デバイス。
  11. 請求項１～１０の何れか一項に記載の流体デバイスと、
    前記リザーバーと繋がり前記溶液が移動する流路内を負圧とする負圧付与装置と、を備え、
    前記リザーバーに予め充填された前記溶液を前記リザーバーから前記溶液が移動する流路に移動させる、
    流路供給システム。
  12. 請求項１～１０の何れか一項に記載の流体デバイスと、
    前記第２の貫通孔を介して前記リザーバーに陽圧を付与する陽圧付与装置と、を備え、
    前記リザーバーに予め充填された前記溶液を前記リザーバーから前記リザーバーと繋がり前記溶液が移動する流路に移動させる、
    流路供給システム。
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