JP7679231B2 - 流体取扱装置およびこれを含む流体取扱システム - Google Patents

Description

本発明は、流体取扱装置およびこれを含む流体取扱システムに関する。

近年、タンパク質や核酸等の微量な物質の分析を高精度かつ高速に行うために、流体取扱装置が使用されている。流体取扱装置は、分析に必要な試薬および試料の量が少なくてもよいという利点を有しており、臨床検査や食物検査、環境検査などの様々な用途での使用が期待されている。流体取扱装置には通常、複数の流路が配置されており、所望の流路に、所望の試薬や試料等を選択的に流動させることが求められる。そこで、複数の流路の間に、開閉可能なバルブが配置されることが一般的である。

ここで、複数の流路の間に配置するバルブとして、ダイヤフラムバルブが知られている（例えば特許文献１等）。従来のダイヤフラムバルブは、例えば、２つの流路の間に配置された隔壁（弁座）と、当該隔壁を覆うように、かつ隔壁と間隙をあけて配置されたドーム状のダイヤフラム部（弁体）とを有する。当該ダイヤフラムバルブの開状態では、ダイヤフラム部と隔壁との間を流体が流動可能である。一方、当該ダイヤフラムの閉状態では、ダイヤフラム部が隔壁に押し付けられ、流体が隔壁によって堰き止められる。

特開２０１１－２０２６８１号公報

しかしながら、特許文献１に記載されているような、ダイヤフラムバルブでは、ダイヤフラム部（弁体）をドーム状に成形しなければならない。また、当該ダイヤフラム部に、熱をかけると変形してしまうため、ダイヤフラム部を形成した部材を他の部材と高温で貼り合わせることが難しい。また、ダイヤフラム部が流体取扱装置の外側に張り出すため、装置が大型化しやすい。

本発明の目的は、より簡便に作製可能であり、容易に流路の開閉が可能であり、かつ小型化が可能な流体取扱装置およびこれを用いた流体取扱システムを提供することにある。

本発明は、以下の流体取扱装置を提供する。
第１流路と、第２流路と、前記第１流路および前記第２流路の間に配置されたバルブと、を有し、前記バルブは、基板に配置された溝状弁座と、前記溝状弁座を覆う平板状の可撓性層と、を含み、前記バルブは、前記可撓性層と前記溝状弁座の内壁とが離れているときに前記第１流路および前記第２流路を連通し、前記可撓性層と前記溝状弁座の内壁とが接しているときに前記第１流路および前記第２流路の間を遮断する、流体取扱装置。

本発明は、以下の流体取扱システムを提供する。
上記流体取扱装置と、前記バルブの可撓性層を押圧可能なバルブ用摺動部材と、を有する、流体取扱システム。

本発明の流体取扱装置は、簡便に作製可能であり、装置を小型化可能である。また、当該流体取扱装置によれば、バルブによる流路の開閉が容易である。

図１は、実施の形態に係る流体取扱システムの斜視図である。 図２は、使用状態の流体取扱システムの一例を示す斜視図である。 図３Ａは、流体取扱装置の斜視図である。図３Ｂは、流体取扱装置とスペーサーとを重ねる様子を示す斜視図である。図３Ｃは、流体取扱装置およびスペーサーの積層体を流体取扱システムのチップホルダーに収容する様子を示す斜視図である。 図４は、流体取扱システムの構成を示す断面模式図である。 図５は、実施の形態に係る流体取扱装置の底面図である。 図６Ａは、実施の形態に係る流体取扱装置の平面図であり、図６Ｂは、底面図であり、図６Ｃは、基板の底面図である。 図７Ａ、Ｂは、実施の形態に係る流体取扱装置のバルブの、溝状弁座の長さ方向に垂直な断面の拡大図である。 図８は、図６Ｃの破線部の部分拡大斜視図である。 図９Ａは、バルブ用摺動部材の平面図である。図９Ｂは、図９ＡのＢ－Ｂ線の断面図である。 図１０Ａは、ポンプ用摺動部材の平面図である。図１０Ｂは、図１０ＡのＢ－Ｂ線の断面図である。 図１１Ａ、Ｂは、流体取扱システムを用いて流体を取り扱う様子を示す模式図である。 図１２Ａ、Ｂは、流体取扱システムを用いて流体を取り扱う様子を示す模式図である。

以下、本発明の一実施の形態に係る流体取扱装置および流体取扱システムについて説明する。図１は、一実施の形態に係る流体取扱システム３００の斜視図である。図２は、使用状態の流体取扱システム３００の一例を示す斜視図である。流体取扱システム３００は、流路を流れる流体を制御するための装置である。流体取扱システム３００で流動させる流体の種類は特に制限されず、試薬や液体試料、洗浄液、気体、粉体等、種々の流体とすることができる。

本実施の形態の流体取扱システム３００は、図２に示すように、ＡＣアダプター４１０を介して商用電源に接続された状態で使用される。流体取扱システム３００が内部電源を有する場合は、流体取扱システム３００は、商用電源に接続されていない状態でも使用されうる。

また、流体取扱システム３００は、ＵＳＢケーブル４２０等を介して、流体取扱システム３００の動作を制御する動作設定システム（図示省略）に接続されてもよい。一方で、流体取扱システム３００は、動作手順をコードされたプログラムを記憶する記憶部３７０と、記憶部３７０に記憶されたプログラムに基づいてバルブ２５０を制御するバルブ制御部３２０（バルブ用摺動部材３２１および第１駆動部３２４）や、ポンプ２６０を制御するポンプ制御部３３０（ポンプ用摺動部材３３１および第２駆動部３３４）等の動作を制御する制御部３６０を有していてもよい（図４参照）。この場合、流体取扱システム３００は、動作設定システムに接続されていない状態でも単独で動作することができる。一方、流体取扱システム３００が、記憶部３７０および制御部３６０を有さない場合には、流体取扱システム３００が、ＵＳＢケーブル４２０等を介して接続された動作設定システム（図示省略）からの指示に従って動作する。

当該流体取扱システム３００は、図４に示すように、流路２３１、２４０やウェル２３０、バルブ２５０、ポンプ２６０等を備える流体取扱装置２００を内部に収容した状態で使用される。また、当該流体取扱装置２００は、着脱可能に構成されている。なお、図４では、一部の構成を省略している。以下、流体取扱装置２００および流体取扱システム３００の構成について詳しく説明する。

（流体取扱装置の構成）
図３Ａは、本実施の形態の流体取扱装置２００の斜視図である。当該流体取扱装置２００は、基板２１０および可撓性層２２０を有する。本実施の形態では、流体取扱装置２００は透明材料で構成されており、図３Ａでは、流体取扱装置２００の内部構造および裏側の構造も破線で示している。流体取扱装置２００は、図３Ｂに示すようにスペーサー３１２に重ねられた状態で、図３Ｃや図４に示すように流体取扱システム３００のチップホルダー３１０内に収容される。スペーサー３１２には、流体取扱装置２００の複数のウェル２３０に対応する位置にウェル２３０を収容可能な貫通孔が形成されている。

流体取扱装置２００は、後述の流体取扱システム３００のチップホルダー３１０内で、可撓性層２２０が流体取扱システム３００のバルブ制御部３２０（バルブ用摺動部材３２１）およびポンプ制御部３３０（ポンプ用摺動部材３３１）に押圧されるように固定される。図４では、流体取扱システム３００の構成をわかりやすくするために、流体取扱装置２００とバルブ用摺動部材３２１およびポンプ用摺動部材３３１とを離して図示している。

図５は、本実施の形態に係る流体取扱装置２００の底面図である。図５では、流体取扱装置２００の内部構造も破線で示している。図６Ａは、流体取扱装置２００の平面図である。図６Ｂは、流体取扱装置２００の底面図である。図６Ｃは、基板２１０の底面図（可撓性層２２０を取り外した状態の基板２１０の底面図）である。

図５に示すように、流体取扱装置２００は、複数のウェル２３０と、当該ウェル２３０にそれぞれ接続された複数の第１流路２３１と、第２流路２４０と、第１流路２３１および第２流路２４０の間にそれぞれ配置された複数のバルブ２５０と、第２流路２４０に接続されたポンプ２６０と、を有する。本実施の形態における流体取扱装置２００は、通気孔として機能するウェル２３０とポンプ２６０とを接続している通気流路２３２をさらに有する。

ここで、図６Ｃに示すように、流体取扱装置２００の基板２１０は、第１流路２３１の一部を構成する溝（以下、「第１溝」とも称する）２３１ａと、第２流路２４０の一部を構成する溝（以下、「第２溝」とも称する）２４０ａと、通気流路２３２の一部を構成する溝（以下、「通気溝」とも称する）２３２ａと、バルブ用の溝（以下、「溝状弁座」とも称する）２５０ａと、ポンプ用の溝（以下、「ポンプ溝」とも称する）２６０ａと、流体の導入口もしくは取出口（ウェル２３０）となるための貫通孔２３０ａや通気孔（ウェル２３０）となるための貫通孔２３０ａと、を有する。第１溝２３１ａや第２溝２４０ａ等を有する面が基板２１０の裏面、すなわち可撓性層２２０と貼り合わせられる面である。

基板２１０に含まれる材料は、例えば、公知の樹脂およびガラスから適宜選択されうる。基板２１０に含まれる材料の例には、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリエーテル、ポリエチレン、ポリスチレン、シクロオレフィン系樹脂、シリコーン樹脂およびエラストマーが含まれる。基板２１０の大きさや厚みは、流体取扱装置２００の用途や、基板２１０が有する溝の深さや幅等に合わせて適宜選択される。基板２１０の厚みは、例えば、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。また、基板２１０に含まれる材料も、特に限定されない。

一方、可撓性層２２０は、平板状の部材である。可撓性層２２０は、例えば、フィルムである。本実施の形態では、当該可撓性層２２０が、基板２１０の溝や貫通孔を覆う部材としてだけでなく、バルブ２５０のバルブの弁体やポンプ２６０の一部としても機能する。そこで、当該可撓性層２２０の少なくとも一部は、弾性を有する材料で構成される。図７Ａおよび図７Ｂに、本実施の形態のバルブ２５０の溝状弁座２５０ａの長さ方向に垂直な断面の拡大図を示す。図７Ａがバルブ２５０の開状態であり、図７Ｂがバルブ２５０の閉状態である。図７Ａに示すように、可撓性層２２０は、後述の流体取扱システム３００のバルブ用摺動部材３２１やポンプ用摺動部材３３１（図７Ａでは図示省略）に押圧されていないとき、溝状弁座２５０ａやポンプ溝２６０ａ（図７Ａでは溝状弁座２５０ａ）の内壁と十分な間隙をあけて配置される。一方で、図７Ｂに示すように、当該可撓性層２２０は、後述の流体取扱システム３００のバルブ用摺動部材３２１やポンプ用摺動部材３３１（図７Ｂでは図示省略）に押圧されたときに変形し、溝状弁座２５０ａやポンプ溝２６０ａ（図７Ｂでは溝状弁座２５０ａ）の内壁に隙間なく密着する。本明細書において、溝状弁座２５０ａやポンプ溝２６０ａの内壁とは、溝状弁座２５０ａやポンプ溝２６０ａの側壁および底面をいう。

このような可撓性層２２０は、単層から構成されていてもよく、複数層から構成されていてもよい。可撓性層２２０が単層からなる場合は、可撓性層２２０全体が弾性を有する材料（例えばエラストマー）で構成されることが好ましい。一方で、バルブ用摺動部材３２１やポンプ用摺動部材３３１の摺動性を鑑みると、可撓性層２２０は複数層から構成されることが好ましい。具体的には、可撓性層２２０を構成する複数の層のうち、バルブ用摺動部材３２１やポンプ用摺動部材３３１と接する層２２０ａは、バルブ用摺動部材３２１やポンプ用摺動部材３３１の摺動性が良好な層であることが好ましく、溝状弁座２５０ａやポンプ溝２６０ａと接する層２２０ｂは、弾性を有する層であることが好ましい。

可撓性層２２０に含まれる材料は特に制限されず、公知の樹脂から適宜選択される。可撓性層２２０が複数層からなる場合、可撓性層２２０のバルブ用摺動部材３２１やポンプ用摺動部材３３１と対向する層２２０ａには、例えばポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリエーテル、ポリエチレン、ポリスチレン、シクロオレフィン系樹脂、シリコーン樹脂等が含まれる。一方、可撓性層２２０の溝状弁座２５０ａやポンプ溝２６０ａと接する層２２０ｂには、エラストマー等が含まれる。本実施の形態では、可撓性層２２０が２層から構成され、バルブ用摺動部材３２１等に接する層２２０ａがシクロオレフィン系樹脂を含み、溝状弁座２５０ａやポンプ溝２６０ａに接する層２２０ｂが、エラストマーを含む。

ここで、可撓性層２２０全体の厚さは、可撓性層２２０の材料等に応じて適宜選択され、例えば、３０μｍ以上６００μｍ以下である。なお、溝状弁座２５０ａやポンプ溝２６０ａに接する層（弾性を有する層）２２０ｂの厚さは、基板２１０の溝状弁座２５０ａやポンプ溝２６０ａの深さより厚いことが好ましく、例えば２５μｍ以上５００μｍ以下である。

当該可撓性層２２０は、基板２１０の溝や貫通孔の開口部を塞ぐように基板２１０の裏面に接合される。接合方法は特に制限されず、熱溶着やレーザー溶着、接着剤等を適用可能である。また、可撓性層２２０は可視光透過性を有していてもよく、有していなくてもよい。可撓性層２２０の可視光透過性は、流体取扱装置２００の用途に応じて適宜選択される。さらに、本実施の形態では、基板２１０全体（第１溝２３１ａや第２溝２４０ａ、通気溝２３２ａ、溝状弁座２５０ａ、ポンプ溝２６０ａ等）を覆うように、１枚の可撓性層２２０が配置されているが、当該可撓性層２２０は複数に分割されていてもよい。

ここで、本実施の形態に係る流体取扱装置２００では、上記基板２１０が有する各貫通孔２３０ａと上記可撓性層２２０に囲まれた領域がウェル２３０となる。各ウェル２３０は、流体取扱装置２００の流路に流体を導入するための導入部や、流体取扱装置２００の流路内の流体を取り出すための取出部、流体を混合したり反応させたりする処理部、流体取扱装置２００の流路内で流体を移動させるときの通気孔等として機能する、表側に開口を有する有底の凹部である。また、ウェル２３０は、流体として液体を使用するときは、液体を収容できる。

ウェル２３０の形状および大きさは、上記機能を発揮することができれば特に限定されない。ウェル２３０の内部空間の形状は、例えば、略円錐台状や略円柱状である。本実施の形態では、ウェル２３０の内部空間の形状は、円錐台形状である。本実施の形態では、流体取扱装置２００の表側において、ウェル２３０の内部空間を取り囲む外壁が基板２１０の表面から突出している。この突起は、ウェル２３０の外壁として機能する。ウェル２３０の数は、特に限定されず、流体取扱装置２００の用途に応じて適宜選択される。

本実施の形態では、複数のウェル２３０のうち１０個のウェル２３０（図６Ａにおいて上の列の左側の５個のウェル２３０および下の列の左側の５個のウェル２３０）は、第１流路２３１を介してバルブ２５０に接続されており、流体の導入部や取出部、処理部などとして機能する。また、複数のウェル２３０のうち１個のウェル２３０（図６Ａにおいて下の列の右から５番目のウェル２３０）は、通気流路２３２を介してポンプ２６０に接続されており、通気孔として機能する。本実施の形態に係る流体取扱装置２００では、他のウェル２３０は使用されない。

一方、可撓性層２２０と第１溝２３１ａとに囲まれた領域が第１流路２３１となり、可撓性層２２０と第２溝２４０ａとに囲まれた領域が第２流路２４０となり、可撓性層２２０と通気溝２３２ａとに囲まれた領域が通気流路２３２となる。

第１流路２３１は、複数のウェル２３０とバルブ２５０とをつなぐ流路である。第１流路２３１の断面の面積および断面の形状は、特に限定されない。第１流路２３１の断面形状は、特に限定されず、例えば、一辺の長さ（幅および深さ）が数十μｍ程度の略矩形状である。本明細書において、「流路の断面」とは、流体が流れる方向に直交する流路の断面を意味する。本実施の形態では、第１流路２３１の幅は、溝状弁座２５０ａおよび第２溝２４０ａの幅よりも大きい。

第２流路２４０は、バルブ２５０とポンプ２６０との間に配置された流路である。第２流路２４０の断面積および断面形状は、特に限定されない。第２流路２４０の断面形状は、特に限定されず、例えば、一辺の長さ（幅および深さ）が数十μｍ程度の略矩形状である。第２流路２４０の断面積は、流体の流れ方向において、一定であってもよいし、一定でなくてもよい。

第２流路２４０の数および形状は、特に限定されず、流体取扱装置２００の用途に応じて適宜選択される。本実施の形態では、図６Ｃに示されるように、流体取扱装置２００が、分岐を含む１つの第２流路２４０を有する。すなわち、第２流路２４０は、２つの分岐流路２４１、２４２と、１つの共通流路２４３と、を含む。２つの分岐流路２４１、２４２のそれぞれの一方の端部は、共通流路２４３の一方の端部に接続されている。２つの分岐流路２４１、２４２は、円周方向に延在している。２つの分岐流路２４１、２４２と複数の第１流路２３１との間には、それぞれバルブ２５０が配置されている。共通流路２４３の他方の端部は、ポンプ２６０に接続されている。

通気流路２３２は、通気孔となるウェル２３０とポンプ２６０とをつなぐ流路であり、主に気体を流動させる流路である。通気流路２３２の断面積および断面形状は、特に限定されない。通気流路２３２の断面形状は、特に限定されず、例えば、一辺の長さ（幅および深さ）が数十μｍ程度の略矩形状である。

一方、溝状弁座２５０ａおよび可撓性層２２０によってバルブ２５０が構成される。本実施の形態の流体取扱装置２００は、複数のバルブ（メンブレンバルブ）２５０を有する。これらのバルブ２５０は、複数のウェル２３０（複数の第１流路２３１）と第２流路２４０との間にそれぞれ配置され、第１流路２３１側から第２流路２４０側に向かう流体の流れ、または第２流路２４０側から第１流路２３１側に向かう流体の流れを制御する。バルブ２５０の開状態では、バルブ２５０が、第１流路２３１および第２流路２４０を連通する流路となる。一方、バルブ２５０の閉状態では、バルブ２５０が、第１流路２３１と第２流路２４０との間を遮断する。

なお、当該バルブ２５０では、後述の流体取扱システム３００のバルブ用摺動部材３２１の第１凸部３２２が、可撓性層２２０を十分に溝状弁座２５０ａ内に押し込んでおらず、可撓性層２２０と溝状弁座２５０ａとの間に隙間があるときが、バルブ２５０の開状態である（図７Ａ参照）。一方、バルブ用摺動部材３２１の凸部が、可撓性層２２０を溝状弁座２５０ａ内に押し込み、可撓性層２２０と溝状弁座２５０ａの内壁（側面および底面）とが接するときが、バルブ２５０の閉状態である（図７Ｂ参照）。つまり、当該バルブ２５０では、溝状弁座２５０ａが弁座として機能し、可撓性層２２０が弁体として機能する。

ここで、溝状弁座２５０ａの形状は、バルブ用摺動部材３２１の第１凸部３２２によって可撓性層２２０を溝状弁座２５０ａ側に押圧した際、溝状弁座２５０の内壁（底部および側面）と、可撓性層２２０表面とが密着する形状であれば特に制限されない。図８に、図６Ｃの破線部の部分拡大斜視図を示す。図８に示すように、本実施の形態では、溝状弁座２５０ａの幅は、第１溝２３１ａ（第１流路２３１）の幅や第２溝２４０ａ（第２流路２４０）の幅より狭く設計されている。また、溝状弁座２５０ａの深さは、第１流路２３１（第１溝２３１ａ）の深さや第２流路２４０（第２溝２４０ａ）の深さより浅く、かつＴ＊（Ｆ／Ａ）／Ｅ以下となるように設計されている。ここで、Ｔは可撓性層２２０の厚み、Ｆは後述の流体取扱システム３００のバルブ用摺動部材３２１の第１凸部３２２の押圧力、Ａは第１凸部３２２の押圧面積（本実施の形態では、第１凸部３２２の天面の面積）、Ｅは可撓性層２２０ａのヤング率である。当該深さは、例えば５～１００μｍ程度である。さらに、溝状弁座２５０ａの長さ方向に垂直な断面は、円弧または楕円弧とその弦とで囲まれた形状、例えば弓形が好ましい。溝状弁座２５０ａの側面および底面が滑らかに連続していると、図７Ｂに示すように、バルブ２５０の閉状態において、可撓性層２２０（２２０ｂ）と溝状弁座２５０ａの内壁とが隙間なく密着しやすい。ただし、当該形状に限定されない。また、溝状弁座２５０ａの長さも特に制限されず、バルブ用摺動部材３２１の第１凸部３２２によって可撓性層２２０を溝状弁座２５０ａ側に押圧した際、溝状弁座２５０ａの内壁と接する可撓性層２２０によって十分に流体を堰き止められることが可能な長さであればよい。当該長さは、例えば５０～５００μｍ程度である。

バルブ２５０の数は、特に限定されず、流体取扱装置２００の用途に応じて適宜選択される。本実施の形態では、流体取扱装置２００は、第１流路２３１の数に応じて１０個のバルブ２５０を有する。また、本実施の形態では、複数のバルブ２５０は、１つの円の円周上に配置されている。流体取扱装置２００をチップホルダー３１０内に収容すると、この円の中心は、バルブ用摺動部材３２１（ロータリー部材）の回転軸となる第１中心軸ＣＡ１上に位置する（図４および図５参照）。したがって、複数のバルブ２５０は、バルブ用摺動部材３２１の回転により、開閉が制御されるロータリーバルブとして機能することができる。

一方、ポンプ溝２６０ａおよび可撓性層２２０によってポンプ（メンブレンポンプ）２６０が構成される。ポンプ２６０は第１流路２３１や第２流路２４０内の流体の流動を制御するための部材であり、ポンプ２６０の一方の端部は、第２流路２４０に接続されている。他方の端部は、通気流路２３２を介して、通気孔として機能するウェル２３０に接続されている。ポンプ２６０は、ポンプ制御部３３０により押圧されることで蠕動ポンプのように駆動する。ポンプ２６０の平面視形状は、特に限定されないが、本実施の形態では略円弧状（「Ｃ」の字形状）である。

本実施の形態のポンプ２６０では、後述のポンプ用摺動部材３３１の第２凸部３３２が可撓性層２２０上を摺動しながら押圧すると、可撓性層２２０とポンプ溝２６０ａの内壁との接触位置が順次移動する。これにより、第１流路２３１や第２流路２４０内の流体が流動する。例えば、ポンプ用摺動部材３３１の第２凸部３３２（後述）がポンプ２６０と第２流路２４０との接続部から通気流路２３２側に向けて（図５において反時計回りに）可撓性層２２０上を摺動しながら押圧したとき、第２流路２４０内の流体がポンプ２６０に向けて移動して第２流路２４０内が陰圧になる。一方で、ポンプ２６０内の流体が通気流路２３２に向けて移動して通気流路２３２内が陽圧になる。また、第２凸部３３２がポンプ２６０と通気流路２３２との接続部から第２流路２４０側に向けて（図５において時計回りに）可撓性層２２０上を摺動しながら押圧したとき、通気流路２３２内の流体がポンプ２６０に向けて移動して通気流路２３２内が陰圧になる。一方で、ポンプ２６０内の流体が第２流路２４０に向けて移動して第２流路２４０内が陽圧になる。このように、当該ポンプ２６０によれば、第１流路２３１内および／または第２流路２４０内の流体を所望の方向に流動させることが可能である。

ここで、本実施の形態では、図６に示すように、ポンプ溝２６０ａの幅は、第２溝２４０ａ（第２流路２４０）の幅より狭く設計されている。また、ポンプ溝２６０ａの深さは、第２溝２４０ａ（第２流路２４０）の深さより浅く設計されている。当該深さは、例えば５～１００μｍ程度である。さらに、本実施の形態では、上記円周に直交するポンプ溝２６０ａの断面形状は、ポンプ溝２６０ａの内壁（底部および側面）と、可撓性層２２０表面とが密着する形状であれば特に制限されず、円弧または楕円弧とその弦とで囲まれた形状、例えば弓形が好ましい。ポンプ溝２６０ａの側面および底面が滑らかに連続していると、ポンプ２６０を駆動させるときに、可撓性層２２０とポンプ溝２６０ａの内壁とが隙間なく密着しやすい。ただし、当該形状に限定されない。

なお、本実施の形態では、ポンプ２６０（ポンプ溝２６０ａ）が、１つの円の円周上に配置されている。流体取扱装置２００をチップホルダー３１０内に収容すると、この円の中心は、ポンプ用摺動部材３３１（ロータリー部材）の回転軸となる第２中心軸ＣＡ２上に位置する。したがって、ポンプ２６０は、ポンプ用摺動部材３３１の回転により、動作が制御されるロータリーポンプとして機能することができる。

（流体取扱システムの構成）
流体取扱システム３００は、上記流体取扱装置（流路チップ）２００を保持するためのチップホルダー３１０と、チップホルダー３１０に保持された流体取扱装置２００のバルブ２５０の開閉を制御するためのバルブ制御部３２０と、チップホルダー３１０に保持された流体取扱装置２００のポンプ２６０の動作を制御するポンプ制御部３３０と、を有する。また、本実施の形態の流体取扱システム３００は、チップホルダー３１０内に配置された制御部３６０と、記憶部３７０と、筐体３８０と、をさらに有する。

チップホルダー３１０は、流体取扱装置２００を収容するための収容部３１１を含み、流体取扱システム３００の本体に固定される。収容部３１１の形状は、流体取扱装置２００を適切に収容し、固定することができれば特に限定されない。本実施の形態では、収容部３１１は、流体取扱システム３００の背面側（図１では図面の上側）、天面側および底面側に開口部を有する略直方体状の中空体である。当該収容部３１１では、背面側の開口部から流体取扱装置２００の出し入れが行われる（図３Ｃ参照）。開口部の位置はこの位置に限定されない。また、開口部の形状も、流体取扱装置２００を出し入れ可能であれば任意の形状とすることができる。

一方、収容部３１１の内部の構造は、流体取扱装置２００をバルブ用摺動部材３２１およびポンプ用摺動部材３３１に押し当てたり、バルブ用摺動部材３２１またはポンプ用摺動部材３３１を回転させたりしたときに、流体取扱装置２００の位置がずれないように流体取扱装置２００を保持できれば特に制限されない。本実施の形態では、収容部３１１の内部は、流体取扱装置２００およびスペーサー３１２の積層体の高さ、幅、および奥行と略同等の高さ、幅、および奥行きを有する略直方体状の空間である。前述のとおり、流体取扱装置２００では、ウェル２３０を取り囲む壁が基板２１０の表面から突出している。このため、本実施の形態では、この壁の高さ以上の厚みのスペーサー３１２を、流体取扱装置２００のウェル２３０が存在しない領域の上に配置した状態で、流体取扱装置２００およびスペーサー３１２を収容部３１１内に収容する。なお、収容部３１１の内部には、流体取扱装置２００を所定の位置に固定するための溝や、流体取扱装置２００を固定するためのストッパ等が形成されていてもよい。また、収容部３１１の内部には、流体取扱装置２００をバルブ用摺動部材３２１およびポンプ用摺動部材３３１に押し当てたときに、流体取扱装置２００の傾きを調整したり、流体取扱装置２００の位置ずれを抑制したりするための弾性部材（図示せず）が、配置されていてもよい。

収容部３１１の底板には、収容部３１１に収容された流体取扱装置２００と、バルブ用摺動部材３２１およびポンプ用摺動部材３３１とを接触させるための貫通孔が形成されている。この貫通孔の形状は、流体取扱装置２００のバルブ２５０の可撓性層２２０とバルブ用摺動部材３２１の第１凸部３２２との接触、およびポンプ２６０の可撓性層２２０とポンプ用摺動部材３３１の第２凸部３３２との接触を妨げない形状であれば特に制限されない。

一方、収容部３１１の天板には、流体取扱装置２００の収容および取り出しを容易にするための略矩形状の切り欠きや、流体取扱装置２００内に流体を導入したり流体取扱装置２００内から流体を取り出したりするための貫通孔、流体取扱装置２００内の流体を観察するための貫通孔、バルブ用摺動部材３２１およびポンプ用摺動部材３３１の動作を観察するための貫通孔等が形成されている。バルブ用摺動部材３２１およびポンプ用摺動部材３３１を流体取扱装置２００に押し当てたとき、収容部３１１の天板が流体取扱装置２００を支持する。このため、本実施の形態では、収容部３１１の天板の厚みは底板の厚みよりも大きい。

バルブ制御部３２０は、チップホルダー３１０に保持された流体取扱装置２００のバルブ２５０の開閉を制御する。バルブ制御部３２０の構成は、複数のバルブ２５０の開閉を制御することができれば特に限定されず、例えば複数のソレノイドアクチュエーターなどであってもよい。本実施の形態では、バルブ制御部３２０は、バルブ用摺動部材３２１（ロータリー部材）と、バルブ用摺動部材３２１を、第１中心軸ＣＡ１を中心に回転させる第１駆動部３２４と、を含む。

図９Ａは、バルブ用摺動部材３２１の平面図であり、図９Ｂは、図９ＡのＢ－Ｂ線の断面図である。図９Ａでは、見やすくするために、第１凸部３２２の天面にハッチングを付している。

図９Ａおよび図９Ｂに示すように、バルブ用摺動部材３２１は、円柱形状の本体の天面に配置された第１凸部３２２および第１凹部３２３を有する。バルブ用摺動部材３２１は、第１中心軸ＣＡ１を中心として回転可能である。バルブ用摺動部材３２１は、第１駆動部３２４により回転させられる。

第１凸部３２２は、溝状弁座２５０ａ上の可撓性層２２０を押圧してバルブ２５０を閉じさせる。第１凹部３２３は、可撓性層２２０を押圧せずにバルブ２５０を開かせる。第１凸部３２２および第１凹部３２３は、第１中心軸ＣＡ１を中心とする円の円周上に配置されている。本実施の形態では、第１凸部３２２の平面視形状は、第１中心軸ＣＡ１を中心とする円の一部に対応する円弧状（「Ｃ」の字形状）である。この円周上において第１凸部３２２が存在しない領域が、第１凹部３２３である。

なお、第１凸部３２２は、第１凹部３２３に対して相対的に突出しており、所望の位置の可撓性層を押圧して、流体取扱装置２００の可撓性層２２０と溝状弁座２５０ａとを密着させることが可能であればよい。一方、第１凹部３２３は、第１凸部３２２に対して相対的に凹んでおり、可撓性層２２０を溝状弁座２５０ａ内に押し込まないような形状であればよい。すなわち、第１凸部３２２は、押圧部として機能できればよく、第１凹部３２３は、非押圧部として機能できればよい。たとえば、図９Ｂに示す例では、第１凸部３２２は、本体の天面（基準面）から突出しており、第１凹部３２３の底面は、本体の天面（基準面）と同じ高さの面である。逆に、第１凸部３２２の天面は、本体の天面（基準面）と同じ高さの面であってもよく、この場合は、第１凹部３２３は、本体の天面（基準面）から凹んでいる。

第１駆動部３２４は、制御部３６０の指示に従ってバルブ用摺動部材３２１を任意の方向に任意の角度だけ回転させる。第１駆動部３２４の構成は、特に限定されず、例えばバルブ用摺動部材３２１に直接接続された、または歯車などの動力伝達部を介して接続されたモーターなどである。

ポンプ制御部３３０は、チップホルダー３１０に保持された流体取扱装置２００のポンプ２６０の動作を制御する。ポンプ制御部３３０の構成は、ポンプ２６０の動作を制御することができれば特に限定されず、例えばポンプ２６０（ポンプ溝２６０ａ）の延在方向に沿って移動可能な押圧ローラー等であってもよい。本実施の形態では、ポンプ制御部３３０は、ポンプ用摺動部材３３１（ロータリー部材）と、ポンプ用摺動部材３３１を、第２中心軸ＣＡ２を中心に回転させる第２駆動部３３４と、を含む。

図１０Ａは、ポンプ用摺動部材３３１の平面図であり、図１０Ｂは、図１０ＡのＢ－Ｂ線の断面図である。図１０Ａでは、見やすくするために、第２凸部３３２の天面にハッチングを付している。

ポンプ用摺動部材３３１は、円柱形状の本体の天面に配置された第２凸部３３２および第２凹部３３３を有する。ポンプ用摺動部材３３１は、第２中心軸ＣＡ２を中心として回転可能である。ポンプ用摺動部材３３１は、第２駆動部３３４により回転させられる。

第２凸部３３２は、流体取扱装置２００の可撓性層２２０を押圧することで、可撓性層２２０とポンプ溝２６０ａの内壁とを密着させる。さらに、第２凸部３３２が可撓性層２２０上を摺動することで、ポンプ２６０を駆動させる。第２凹部３３３は、第２凸部３３２以外の部分である。第２凸部３３２は、第２中心軸ＣＡ２を中心とする円の円周上に配置されている。第２凸部３３２の数および形状は、ポンプ２６０を適切に作動させることができれば特に限定されない。本実施の形態では、ポンプ用摺動部材３３１は、３個の第２凸部３３２を有しており、各第２凸部３３２の平面視形状は、第２中心軸ＣＡ２から外側に向けて延在する略長方形状である。

なお、第２凸部３３２は、第２凹部３３３に対して相対的に突出しており、所望の位置の可撓性層２２０を押圧して、流体取扱装置２００の可撓性層２２０とポンプ溝２６０ａとを密着させることが可能であればよい。一方、第２凹部３３３は、第２凸部３３２に対して相対的に凹んでおり、可撓性層２２０をポンプ溝２６０ａ内に押し込まないような形状であればよい。すなわち、第２凸部３３２は、押圧部として機能できればよく、第２凹部３３３は、非押圧部として機能できればよい。たとえば、図１０Ｂに示す例では、第２凸部３３２は、本体の天面（基準面）から突出しており、第２凹部３３３の底面は、本体の天面（基準面）と同じ高さの面である。逆に、第２凸部３３２の天面は、本体の天面（基準面）と同じ高さの面であってもよく、この場合は、第２凹部３３３は、本体の天面（基準面）から凹んでいる。

第２駆動部３３４は、制御部３６０の指示に従ってポンプ用摺動部材３３１を任意の方向に任意の角度だけ回転させる。第２駆動部３３４の構成は、特に限定されず、例えばポンプ用摺動部材３３１に直接接続された、または歯車などの動力伝達部を介して接続されたモーター等である。

制御部３６０は、バルブ制御部３２０（第１駆動部３２４）や、ポンプ制御部３３０（第２駆動部３３４）等を制御する。具体的には、制御部３６０は、記憶部３７０に記憶されているプログラム、または動作設定システムの指示に従って、バルブ制御部３２０（第１駆動部３２４）や、ポンプ制御部３３０（第２駆動部３３４）等を動作させる。記憶部３７０は、各種プログラム等を記憶する。制御部３６０および記憶部３７０は、例えばマイコンである。

筐体３８０は、流体取扱システム３００のチップホルダー３１０以外の構成要素を収容し、チップホルダー３１０を支持する。筐体３８０の構成は、上記機能を発揮できれば特に限定されない。本実施の形態では、筐体３８０の形状は、略直方体であるが、任意の形状であってよい。本実施の形態では、筐体３８０は、樹脂で構成されているが、金属で構成されていてもよい。筐体３８０を構成する樹脂材料の例には、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリエーテル、ポリエチレン、ポリスチレン、シリコーン樹脂、およびエラストマーが含まれる。また、筐体３８０は、複数種類の材料で構成されていてもよい。

本実施の形態では、流体取扱システム３００は、複数のボタンや、ＡＣアダプター４１０のプラグを挿入されるジャック、ＵＳＢケーブル４２０のプラグが挿入されるソケット等も有している（図１および図２参照）。

なお、流体取扱システム３００は、内部電源や表示部などをさらに有していてもよい。

（変形例）
上述の流体取扱装置２００やこれを含む流体取扱システム３００では、バルブ２５０およびポンプ２６０の両方を備えていたが、流体取扱装置やこれを含む流体取扱システムは、これらのうち、いずれか一方のみを有するものであってもよい。

また、上述の流体取扱システム３００は、流体の移動を検出したり流体を観察したりするための光源（図示省略）や、光源からの光を検出するための光検出部（図示省略）を有してもよい。例えば、光源および光検出部は、第２流路２４０を挟んで対向するように配置される。この場合、光源が第２流路２４０に光を照射し、光検出部で、光源からの光の強度を検出することで、第２流路２４０内に流体が存在するか否か等を特定できる。光検出部は、制御部３６０と接続されていることが好ましく、光検出部が検出した信号に基づいて、制御部３６０がバルブ制御部３２０やポンプ制御部３３０を制御してもよい。なお、光源や光検出部を複数配置し、流体が所定の位置に到達したこと等を検出してもよい。光源の種類は特に制限されず、例えば赤外線とすることができる。

さらに、上記では、バルブ２５０を１つの円の円周上に配置し、ロータリーバルブ（バルブ用摺動部）によって制御したが、当該構成に制限されない。例えば、バルブ２５０を、同心円状の２つ以上の円の円周上に配置し、これを適宜バルブ用摺動部材３２１によって制御してもよい。

また、上記では、１つのバルブ２５０が有する溝状弁座２５０ａの数が１つであったが、１つのバルブ２５０が有する溝状弁座２５０ａの数は複数であってもよい。

さらに、上記では、ポンプ２６０のポンプ溝２６０ａを、１つのみ配置したが、ポンプ２６０内で流動可能な流体の体積を多くするため、ポンプ溝２６０ａを複数配置してもよい。例えば、同心円状の円に沿って複数のポンプ溝２６０ａを配置することも可能である。

（流体取扱システムの動作）
以下、流体取扱システム１００を用いて流体を取り扱う方法の一例を説明する。ここでは、図１１Ａ～図１２Ｂの模式図を参照しながら、図中上の列の左から２番目のウェル２３０（以下「導入ウェル」ともいう）に収容されている液体を図中の下の列の左から２番目のウェル２３０（以下「取出ウェル」ともいう）に移動させる例を説明する。図１１Ａ～図１２Ｂでは、流体取扱装置２００の複数のバルブ２５０の近傍の領域を表側から見ている様子を示しており、ウェル２３０の外壁等は省略している。複数のバルブ２５０のうち、バルブ用摺動部材３２１の第１凸部３２２に押圧されている閉じた状態のバルブ２５０を黒塗りで示し、バルブ用摺動部材３２１の第１凹部３２３と対向している開いた状態のバルブ２５０を白塗りで示す。

まず、チップホルダー３１０の収容部３１１に、スペーサー３１２を重ねた流体取扱装置２００を収容する（図３Ｂおよび図３Ｃ参照）。次いで、流体取扱装置２００を収容したチップホルダー３１０を筐体３８０上の所定の位置に固定する。チップホルダー３１０内に収容された流体取扱装置２００は、バルブ用摺動部材３２１およびポンプ用摺動部材３３１に所定の力で押し当てられる。

なお、チップホルダー３１０を設置する前、設置している途中、または設置した後に、バルブ用摺動部材３２１およびポンプ用摺動部材３３１を回転させて、バルブ用摺動部材３２１およびポンプ用摺動部材３３１の回転開始位置を調整してもよい。また、チップホルダー３１０を固定した後、必要に応じて、バルブ用摺動部材３２１およびポンプ用摺動部材３３１を流体取扱装置２００側にさらに移動させて、バルブ用摺動部材３２１およびポンプ用摺動部材３３１と流体取扱装置２００との押圧力を調整してもよい（図４参照）。

次いで、流体取扱装置２００の所定のウェル２３０に流体を導入する。この例では、図１１Ａに示すように、図中上の列の左から２番目の導入ウェル２３０に所定の液体を導入する。たとえば、ユーザーが、ピペットを用いて、チップホルダー３１０の天板の貫通孔およびスペーサー３１２の貫通孔を介して導入ウェル２３０に液体を導入する。

その後、バルブ用摺動部材３２１の第１凸部３２２およびポンプ用摺動部材３３１の第２凸部３３２が流体取扱装置２００の可撓性層２２０を十分に押圧するように押圧力をかけながら、バルブ用摺動部材３２１およびポンプ用摺動部材３３１を回転させ、バルブ２５０の開閉およびポンプ２６０の駆動を行う。バルブ用摺動部材３２１の回転により、流体取扱装置２００のバルブ２５０の可撓性層２２０がバルブ用摺動部材３２１の第１凸部３２２によって溝状弁座２５０ａ内に押し込まれると、バルブ２５０が閉状態となる。一方、バルブ用摺動部材３２１の回転により、溝状弁座２５０ａ上に第１凹部３２３が配置されると、可撓性層２２０への押圧が解除され、バルブ２５０が開状態となる。また、ポンプ用摺動部材３３１の回転により、流体取扱装置２００のポンプ２６０の可撓性層２２０がポンプ用摺動部材３３１の第２凸部３３２によってポンプ溝２６０ａ内に押し込まれ、この状態で第２凸部３３２が移動すると、流路内の流体が移動する。このようなバルブ２５０の開閉および流体の移動を利用して、所望の流体の処理や、混合などを行うことができる。

この例では、まず、図１１Ｂに示すように、制御部３６０は、バルブ用摺動部材３２１を回転させて、導入ウェル２３０に対応するバルブ２５０上に第１凹部３２３を移動させる。これにより、導入ウェル２３０と共通流路２４３とが連通する。次いで、制御部３６０は、ポンプ用摺動部材３３１を回転させて、導入ウェル２３０内の液体を共通流路２４３内に吸引する。共通流路２４３内の所定の位置に液体が到達したら、制御部３６０は、ポンプ用摺動部材３３１の回転を停止させて、共通流路２４３内への吸引を停止させる。

次いで、図１２Ａに示すように、制御部３６０は、バルブ用摺動部材３２１を回転させて、図中下の列の左から２番目の取出ウェル２３０に対応するバルブ２５０上に第１凹部３２３を移動させる。これにより、共通流路２４３と取出ウェル２３０とが連通する。次いで、制御部３６０は、ポンプ用摺動部材３３１を回転させて、共通流路２４３内の液体を取出ウェル２３０内に押し出す。共通流路２４３内の液体がすべて取出ウェル２３０内に移動できるまでポンプ用摺動部材３３１が回転したら、制御部３６０は、ポンプ用摺動部材３３１の回転を停止させて、取出ウェル２３０内への押し出しを停止させる。

最後に、図１２Ｂに示すように、制御部３６０は、バルブ用摺動部材３２１を回転させて、導入ウェル２３０に対応するバルブ２５０上に第１凹部３２３を再度移動させる。これにより、共通流路２４３と導入ウェル２３０とが再度連通する。次いで、制御部３６０は、ポンプ用摺動部材３３１を回転させて、分岐流路２４１内に残存している液体を導入ウェル２３０内に押し出す。分岐流路２４１内の液体がすべて導入ウェル２３０内に移動できるまでポンプ用摺動部材３３１が回転したら、制御部３６０は、ポンプ用摺動部材３３１の回転を停止させて、導入ウェル２３０内への押し出しを停止させる。

以上の手順により、図中上の列の左から２番目の導入ウェル２３０に収容されている液体から、所定量の液体を計り取り、図中の下の列の左から２番目の取出ウェル２３０に移動させることができる。

（効果）
以上のように、本実施の形態に係る流体取扱装置は、基板および平板状の可撓性層で構成されており、簡便な構成を有する。また、可撓性層を成形する必要がなく、基板と可撓性層との細かい位置合わせも不要である。さらに、可撓性層が成形されていないことから、基板および可撓性層を高温で接着することも可能であり、信頼性の高い流体取扱装置や流体取扱システムとすることができる。また、可撓性層が平板状であるため、流体取扱装置や、これを含む流体取扱システムの小型化も可能である。

本実施の形態に係る流体取扱装置、およびこれを用いた流体取扱システムは、例えば、臨床検査や食物検査、環境検査などの様々な用途において有用である。

２００ 流体取扱装置
２１０ 基板
２２０ 可撓性層
２３０ ウェル
２３１ 第１流路
２３１ａ 第１溝
２３２ 通気流路
２４０ 第２流路
２４０ａ 第２溝
２４１、２４２ 分岐流路
２４３ 共通流路
２５０ バルブ
２５０ａ 溝状弁座
２６０ ポンプ
２６０ａ ポンプ溝
３００ 流体取扱システム
３１０ チップホルダー
３１２ スペーサー
３２０ バルブ制御部
３２１ バルブ用摺動部材
３２２ 凸部
３２４ 第１駆動部
３３０ ポンプ制御部
３３１ ポンプ用摺動部材
３３２ 凸部
３３４ 第２駆動部
３６０ 制御部
３７０ 記憶部
３８０ 筐体
４１０ ＡＣアダプター
４２０ ＵＳＢケーブル

Claims (7)

1. 第１流路と、第２流路と、前記第１流路および前記第２流路の間に配置されたバルブと、前記第２流路に接続されたポンプと、を有し、
   前記バルブは、基板に配置された溝状弁座と、前記溝状弁座を覆う平板状のバルブ用の可撓性層と、を含み、
   前記バルブは、前記バルブ用の可撓性層と前記溝状弁座の内壁とが離れているときに前記第１流路および前記第２流路を連通し、前記バルブ用の可撓性層と前記溝状弁座の内壁とが接しているときに前記第１流路および前記第２流路の間を遮断し、
   前記ポンプは、前記基板に配置されたポンプ溝と、前記ポンプ溝を覆う平板状のポンプ用の可撓性層と、を含み、
   前記ポンプは、前記ポンプ用の可撓性層と前記ポンプ溝の内壁との接触位置が順次移動することで、前記第１流路および／または前記第２流路内の流体を移動させる、
   流体取扱装置。
2. 前記溝状弁座の深さが、前記第１流路の深さおよび前記第２流路の深さより浅い、
   請求項１に記載の流体取扱装置。
3. 前記溝状弁座の長さ方向に垂直な断面の形状が、円弧または楕円弧と弦とで囲まれた形状である、
   請求項１または２に記載の流体取扱装置。
4. 前記バルブ用の可撓性層および／または前記ポンプ用の可撓性層が、複数の層を含み、
   前記複数の層のうち、前記溝状弁座の内壁と接する層が、エラストマーを含むエラストマー層である、
   請求項１～３のいずれか一項に記載の流体取扱装置。
5. 請求項１～４のいずれか一項に記載の流体取扱装置と、
   前記バルブ用の可撓性層を押圧可能なバルブ用摺動部材と、
   を有する、
   流体取扱システム。
6. 前記バルブ用摺動部材は、回転可能なロータリー部材である、
   請求項５に記載の流体取扱システム。
7. 請求項１に記載の流体取扱装置と、
   前記バルブの前記バルブ用の可撓性層を押圧可能なバルブ用摺動部材と、
   前記ポンプの前記ポンプ用の可撓性層を押圧可能なポンプ用摺動部材と、
   を有する、流体取扱システム。