JP2008014661A - 送液システム - Google Patents

Abstract

【課題】流体チップにおける送液を効率的に行うことができる送液システムを提供することにある。
【解決手段】本発明の送液システムでは、流体チップに設けられたポートのうち不使用ポートを遮蔽板によって閉鎖する。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧力差を利用して試薬等を送液する送液システムに関し、特に、流体チップに形成された微小な流路内を送液する送液システムに関する。

近年、生体分子の反応に使用する流体チップが開発されている。流体チップは基板に形成された細い流路を有し、この流路に、試料、試薬、洗浄液等を順次搬送し、混合、反応、洗浄等を行う。

流体チップは圧力差を利用して、試料、試薬、洗浄液等を流路内にて送液する。流体チップの一方のポートに高圧源を接続し、他方のポートに低圧源を接続し、流路内に圧力差を生成する。こうして流路に形成された圧力差を用いて送液する。

国際公開ＷＯ０１／０１３１２７

流体チップには流路の数に対応した多数のポートが設けられている。これらのポートのうち実際使用するのは、高圧源に接続するポートと低圧源に接続するポートであり、それ以外のポートは使用しない。

従来の送液システムでは、流体チップのポートに高圧の空気を供給すると、不使用のポートから空気が逃げる欠点があった。そのため、高圧空気を有効に利用することができなかった。
本発明の目的は、流体チップにおける送液を効率的に行うことができる送液システムを提供することにある。

本発明の送液システムは、流体チップの複数のポートに係合するように構成された複数の配管と、該配管に高圧を供給する高圧源と、上記配管に低圧を供給する低圧源と、上記流体チップの複数のポートを閉鎖するための遮蔽板と、を有する。この遮蔽板は、上記流体チップの複数のポートのうち、上記高圧源に接続された配管に係合しているポートと上記低圧源に接続されている配管に係合しているポート以外のポートを閉鎖する。

本発明の送液システムは、高圧源に接続された主配管と、該主配管に接続された複数の分岐管と、該分岐管の各々に設けられた切替弁と、該切替弁に接続された大気開放管と、上記分岐管の端部に形成されたポートと、流体チップの複数のポートを閉鎖するための遮蔽板と、を有し、該遮蔽板は、上記流体チップの複数のポートのうち、上記高圧源に接続された分岐管のポートに係合しているポートと上記低圧源に接続されている分岐管に係合しているポート以外のポートを閉鎖する。

本発明によると、流体チップにおける送液を効率的に行うことができる。

以下、本発明を適用した送液システムの一実施の形態について説明する。図１は、本発明の送液システムの実施の形態の一例を示す。本例の送液システムは、ポンプ１、エアフィルタ３、及び、圧力調整弁５を有する。ポンプ１とエアフィルタ３は第１の配管２によって接続され、エアフィルタ３と圧力調整弁５は第２の配管４によって接続されている。圧力調整弁５には主配管６が接続され、主配管６の先端には、複数の分岐管７−１〜７−１４が接続されている。分岐管７−１〜７−１４は、ポート支持機構１２によって支持されている。分岐管７−１〜７−１４の端部にはポート１１−１〜１１−１４が設けられている。

各分岐管には、二方弁８−１〜８−１４及び三方弁９−１〜９−１４がこの順に設けられている。三方弁９−１〜９−１４には大気開放管１０−１、１０−２が接続されている。二方弁を閉じることによって、主配管６と三方弁の間が遮断され、二方弁を開けることによって、主配管６と三方弁の間が接続される。三方弁９−１〜９−１４は、ポート１１−１〜１１−１４と二方弁を接続する第１の位置と、ポートと大気開放管１０−１、１０−２を接続する第２の位置の２つの位置のいずれかに配置することができる。

本例の送液システムは、更に、アクチュエータ１３、遮蔽板１４、及び、流体チップ２０を有する。
流体チップ２０の構成の例は図２〜図４に示す。流体チップ２０は、流路に対応して複数のポートを有する。流体チップ２０のポートが分岐管のポート１１−１〜１１−１４に係合するように、流体チップ２０が配置される。

流体チップ２０のポートのうち、空気を吸入するポートを空気吸入ポートと称し、空気を排出するポートを空気排出ポートと称することとする。また、空気吸入ポートと空気排出ポートのいずれでもないポートを不使用ポートと称することとする。空気吸入ポート及び空気排出ポートは１つであってもよく複数であってもよい。どのポートが空気吸入ポートとなり、どのポートが空気排出ポートとなり、どのポートが不使用ポートとなるかは、流体チップ２０の流路のうちどの流路を使用するかによって決まる。

分岐管のポート１１−１〜１１−１４のうち、流体チップ２０の空気吸入ポートに係合しているポートを空気供給ポートと称し、流体チップ２０の空気排出ポートに係合しているポートを空気受入ポートと称し、空気供給ポートとしても空気受入ポートとしても使用しないポートを不使用ポートと称することにする。どのポートが空気供給ポートとなり、どのポートが空気受入ポートとなり、どのポートが不使用ポートとなるかは、流体チップ２０の空気吸入ポートと空気排出ポートの位置によって決まる。

空気供給ポートに接続されている分岐管を単に空気供給管と称し、空気受入ポートに接続されている分岐管を単に空気受入管と称することとする。

空気供給管に設けられている二方弁を開け、それ以外の分岐管に設けられている二方弁を閉じる。空気供給管に設けられている三方弁を第１の位置に配置し、空気供給ポートと主配管を接続する。空気受入管に設けられている三方弁を第２の位置に配置し、空気受入ポートと大気開放管を接続する。

例えば、第１のポート１１−１が空気供給ポートであり、第１４のポート１１−１４が空気受入ポートであり、他のポート１１−２〜１１−１３が不使用ポートであると仮定する。第１の二方弁８−１を開け、他の二方弁８−２〜８−１４を閉じる。第１の三方弁９−１を第１の位置に配置する。それによって、主配管６は第１の分岐管７−１を経由して第１のポート１１−１に接続される。第１４の三方弁９−１４を第２の位置に配置する。それによって、第１４のポート１１−１４は、大気開放管１０−２に接続される。他の三方弁９−２〜９−１３は、例えば、第１の位置に配置してよい。

アクチュエータ１３の動作によって遮蔽板１４が移動する。遮蔽板１４によって、流体チップ２０の不使用ポートが閉鎖される。
ポンプ１が作動すると、空気が吐出される。空気は、エアフィルタ３を経由して圧力調整弁５に送られる。圧力調整弁５によって空気は所定の圧力に減圧される。減圧された空気は、主配管６を経由して、第１の分岐管７−１に供給される。空気は、第１のポート１１−１及びそれに係合している流体チップ２０の空気吸入ポートを経由して流体チップ２０内の空気流路に供給される。空気は、流体チップ２０の空気排出ポート及びそれに係合している第１４のポート１１−１４を経由して第１４の分岐管に導かれる。空気は、第１４の三方弁９−１４を経由して大気開放管１０−２に導かれ、大気中に放出される。遮蔽板５の機能については以下に説明する。

本発明の送液システムは、圧力差を利用して、流体チップ内にて送液を行う。したがって、圧力差を生成することができるなら、図１の例に限定されるものではない。図１の例では、高圧源として、ポンプ１を用い、低圧源として大気圧を利用する。しかしながら、高圧源として、大気圧を用い、低圧源として真空ポンプを用いてもよい。また、高圧源として、高圧ポンプを用い、低圧源として真空ポンプを用いてもよい。

また、本例では、各分岐管に二方弁と三方弁を設けて、各ポートを主配管又は大気開放管に接続し、又は、分岐管を閉鎖する。しかしながら、同様な機能を有する切替弁を用いてもよい。このような切替弁は、各ポートを主配管に接続する第１の位置、各ポートを大気開放管に接続する第２の位置、及び、分岐管を閉鎖する第３の位置の３つの位置のいずれかに配置されることができる。

図２〜図４を参照して、本例の送液システムの動作、特に、遮蔽板の機能を説明する。図２は、流体チップの例を示す。流体チップは、３つの流路２１、２３、２５を有し、第１及び第２の流路２１、２３は分岐２７にて第３の流路２５に接続されている。第３の流路２５には抵抗体２８が設けられている。抵抗体２８は例えばフィルタであってよい。これらの流路の端部にはポート２２、２４、２６が設けられている。流路２１、２３、２５は基板２９に形成された管路であり、ポート２２、２４、２６は基板２９の表面に形成された流路２１、２３、２５の開口部であってよい。

試薬を第２のポート２４から第３のポート２６に供給する場合を説明する。第１のポート２２を不使用ポート、第２のポート２４を空気吸入ポート、第３のポート２６を空気排出ポートとする。

図２は、試薬３０を第２のポート２４に投入した状態を示す。試薬３０は、第２の流路２３に配置されている。

図３は従来の送液システムの例を示す。従来の送液システムでは、遮蔽板を用いないため不使用ポートである第１のポート２２には遮蔽板が配置されていない。第２のポート２４を経由して供給された空気は、第２の流路２３内の試薬を押し出す。試薬は、分岐２７に到達し、第１の流路２１と第３の流路２５の両方に押し出される。第３の流路２５に配置されている抵抗体２８は液体及び気体の通過量を制限する機能を有する。従って、試薬が第３の流路２５内に押し出されると、第３の流路２５の空気は試薬と抵抗体２８の間に閉じ込められた状態となる。試薬の押し出し力によって、第３の流路２５の分岐２７と抵抗体２８の間の空気は圧縮される。この空気の圧縮量に相当する容積だけ、試薬は第３の流路２５内に入り込む。

一方、第１の流路２１内に押し出された試薬の押し出し力によって、第１の流路２１内の空気は第１のポート２２に向かって押し出される。この空気は、第１のポート２２に接続されている不使用ポートを経由して分岐管に送られる。この空気は、三方弁を経由して二方弁に到達する。二方弁は閉じている。従って、試薬が第１の流路２１内に押し出されると、空気は、第１の流路２１、及び、分岐管の不使用ポートから二方弁までの間に閉じ込められた状態になる。試薬の押し出し力によって、この空間の空気は圧縮される。この空気の圧縮量に相当する容積だけ、試薬は第１の流路２１内に入り込む。

しかしながら、第１の流路２１の容積と分岐管の不使用ポートから二方弁までの間の容積の和は、第３の流路２５の分岐２７と抵抗体２８の間の容積より十分大きい。従って、前者の空気の圧縮量は後者の空気が圧縮量より十分小さい。第１の流路２１内に入り込む試薬の量は第３の流路２５内に入り込む試薬の量より多い。こうして、従来の送液システムでは、試薬が第１の流路２１内に入り込むため、試薬を第２のポート２４から第３のポート２６に効率的に送液するのが困難となる。

図４は本発明による送液システムを示す。本例では、不使用ポートである第１のポート２２が遮蔽板１４によって閉じられている。第２のポート２４を経由して供給された空気は、第２の流路２３内の試薬を押し出す。試薬は、分岐２７に到達し、第１の流路２１と第３の流路２５の両方に押し出される。

試薬の押し出し力によって、第３の流路２５の分岐２７と抵抗体２８の間の空気は圧縮される。この空気の圧縮量に相当する容積だけ、試薬は第３の流路２５内に入り込む。同様に、試薬の押し出し力によって、第１の流路２１内の空気は、第１のポート２２方向に押し出される。しかしながら、第１のポート２２は遮蔽板１４によって閉じられている。従って、第１の流路２１内の空気は、遮蔽板１４と試薬の間に閉じ込められた状態となる。試薬の押し出し力によって、第１の流路２１内の空気は圧縮される。この空気の圧縮量に相当する容積だけ、試薬は第１の流路２１内に入り込む。

本例の場合、試薬は、第１の流路２１の略中央の位置まで押し込まれるが、それ以上、進入することはない。残りの試薬は、第３の流路２５内に押し込まれる。第３の流路２５に押し込まれた試薬の一部は、抵抗体２８を通過する。試薬が抵抗体２８を通過すると、第３の流路２５の分岐２７から抵抗体２８の間の試薬の量が減少する。しかしながら、第１の流路２１内の空気は圧縮されている。第１の流路２１内の空気の圧力は、最大差圧１気圧程度である。この圧縮空気からの力は、第１の流路２１内の試薬を分岐２７方向に押し出す。こうして分岐２７まで押し出された試薬は、第２の流路２３と第３の流路２５の両方に押し出される。しかしながら、第２の流路２３には、第２のポート２４から供給された空気によって加圧されている。そこで、試薬は、第３の流路２５に押し出される。こうして第１の流路２１内の全ての試薬は第３の流路２５に押し出される。第３の流路２５内の試薬は、抵抗体２８を経由して、空気排出ポートである第３のポート２６に送られ、流体チップより排出される。

ここでは、流体チップに試薬を送液する場合を説明したが、試料、洗浄液等を送液する場合も同様である。

図５を参照して、本発明による送液システムの動作の流れを説明する。ステップＳ１０１にて、遮蔽板を動かし、不使用ポートである第１のポート２２を閉じる。ステップＳ１０２にて、ポート１１−１〜１１−１４が、流体チップの対応するポートに係合するように、ポート支持機構１２を降下させる。ステップＳ１０３にて、全ての二方弁を閉じる。それによって全てのポート１１−１〜１１−１４が閉じられる。ステップＳ１０４にて、空気吸入ポートである第２のポート２４に接続されている分岐管の二方弁を開け、三方弁を第１の位置に配置する。それによって、第２のポート２４は、主配管に接続される。ステップＳ１０５にて、空気排出ポートである第３のポート２６に接続されている分岐管の三方弁を第２の位置に配置する。それによって、第３のポート２６は、大気開放管に接続される。ステップＳ１０６にて、ポンプ１を動作させる。それによって、第２の流路２４内の試薬を第３のポート２６に搬送することができる。

以上本発明の例を説明したが、本発明は上述の例に限定されるものではなく特許請求の範囲に記載された発明の範囲にて様々な変更が可能であることは当業者に容易に理解されよう。

本発明の送液システムの構成を示す図である。 本発明の送液システムの流体チップの構成を示す図である。 従来の流路チップの構成及び動作を示す図である。 本発明の送液システムの流体チップの構成及び動作を示す図である。 本発明の送液システムの動作の流れを示す図である。

符号の説明

１…ポンプ、２…配管、３…エアフィルタ、４…配管、５…圧力調整弁、６…主配管、７−１〜７−１４…分岐管、８−１〜８−１４…二方弁、９−１〜９−１４…三方弁、１０−１、１０−２…大気開放弁、１１−１〜１１−１４…ポート、１２…ポート支持機構、１３…アクチュエータ、１４…遮蔽板、２０…流体チップ、２１…流路、２２…ポート、２３…流路、２４…ポート、２５…流路、２６…ポート、２７…分岐、２８…抵抗体、２９…基板、３０…試薬

Claims (1)

1. 流体チップの複数のポートに係合するように構成された複数の配管と、該配管に高圧を供給する高圧源と、上記配管に低圧を供給する低圧源と、上記流体チップの複数のポートのうち上記高圧源に接続された配管に係合しているポートと上記低圧源に接続されている配管に係合しているポート以外のポートを閉鎖する遮蔽板と、を有する送液システム。

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