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WO2019156112A1 - 流体処理システム、注入容器および回収容器 - Google Patents

流体処理システム、注入容器および回収容器 Download PDF

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WO2019156112A1
WO2019156112A1 PCT/JP2019/004205 JP2019004205W WO2019156112A1 WO 2019156112 A1 WO2019156112 A1 WO 2019156112A1 JP 2019004205 W JP2019004205 W JP 2019004205W WO 2019156112 A1 WO2019156112 A1 WO 2019156112A1
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WO
WIPO (PCT)
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injection
fluid
recovery
container
amount
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP2019/004205
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
修 塚田
昭彦 仲佐
淳平 芳田
直希 瀧澤
辰洋 福場
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Japan Agency for Marine Earth Science and Technology
Tsukada Medical Research Co Ltd
Original Assignee
Japan Agency for Marine Earth Science and Technology
Tsukada Medical Research Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Japan Agency for Marine Earth Science and Technology, Tsukada Medical Research Co Ltd filed Critical Japan Agency for Marine Earth Science and Technology
Priority to JP2019570773A priority Critical patent/JP7022410B2/ja
Publication of WO2019156112A1 publication Critical patent/WO2019156112A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B7/00—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
    • B81B7/02—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems containing distinct electrical or optical devices of particular relevance for their function, e.g. microelectro-mechanical systems [MEMS]
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M1/00—Apparatus for enzymology or microbiology
    • C12M1/34—Measuring or testing with condition measuring or sensing means, e.g. colony counters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N37/00—Details not covered by any other group of this subclass
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/66—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving luciferase

Definitions

  • the present invention relates to a fluid processing system that reacts an injected fluid or the like using, for example, a microfluidic device, and an injection container and a recovery container used in the fluid processing system.
  • a fluid processing system equipped with a microfluidic device manufactured using microfabrication technology has been put into practical use, and there are great expectations in the fields of life science, chemistry and biochemical analysis.
  • a pump such as an electric syringe pump is used to inject a fluid into a microfluidic device while controlling the flow rate, and to react the injected fluid to improve reaction efficiency. It has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
  • microfluidic devices can be applied to various types of outdoor analysis. Is also expected. For example, it has been proposed to apply a fluid processing system equipped with a microfluidic device to quantitative analysis of metal ion concentrations and microbial biomass index substances in the field of the ocean (see, for example, Non-Patent Document 1).
  • JP 2014-210265 A Yasuhiro Fukuba, Kohei Hanatani, Teruo Fujii, “In-Situ Measurement System Applying Microfluidic Device Technology”, Optical Alliance, Nihon Kogyo Publishing, Vol. 26, no. 5 (2015), pp. 7-11
  • Patent Document 1 and Non-Patent Document 1 it is necessary to supply power for driving the pump from the outside. Therefore, when trying to operate the fluid treatment system continuously over a long period of time outdoors or the like, a large capacity battery is required. Further, in a situation where electric power for driving the pump cannot be secured, the fluid processing system cannot be used.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a fluid treatment system capable of injecting fluid even in a situation where electric power for driving a pump cannot be secured. With the goal.
  • a fluid treatment system is directed to an injection container for injecting a stored injection fluid, an injection fluid injected from the injection container, and an external fluid taken from outside the fluid processing system. And a recovery container for recovering the processed fluid processed by the processing unit, and the injection container is at least partially formed of an elastic body and is stored by being contracted.
  • the processing unit may include a microfluidic device.
  • the injection container may be integrated with the microfluidic device. Further, the injection container may include a plurality of sets of injection side storage units and injection amount control units.
  • the injection container includes a plurality of injection-side storage units each storing a cell lysis reagent, a luminescent reagent, and a standard solution for measuring adenosine triphosphate as injection fluids, and the processing unit includes a luciferin-luciferase
  • a microfluidic device in which a microchannel capable of reaction is formed may be included.
  • fluid can be injected even in a situation where electric power for driving the pump cannot be secured.
  • a fluid treatment system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
  • the same or corresponding parts will be described with the same reference numerals.
  • ATP adenosine triphosphate
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing a fluid processing system according to an embodiment.
  • the fluid processing system 100 includes an injection container 10, a seawater intake unit 20, a processing unit 30, and a recovery container 40.
  • the injection container 10 injects the stored injection fluid.
  • the seawater intake unit 20 takes in seawater as an external fluid from the outside of the fluid processing system 100.
  • the processing unit 30 performs a predetermined process on the injecting fluid injected from the injection container 10 and the seawater captured from the seawater capturing unit 20.
  • the collection container 40 collects the processed fluid processed by the processing unit 30.
  • the injection container 10 includes injection side storage units 11a to 11e and injection amount control units 12a to 12e.
  • the injection container 10 includes a plurality (here, 5 sets) of the injection side storage unit 11 and the injection amount control unit 12.
  • FIG. 2 is a schematic view showing an injection container according to an embodiment.
  • the injection container 10 includes an injection side storage unit 11, an injection amount control unit 12, a tube 13, and a tube 14.
  • the injection side reservoir 11 is formed so that at least a part thereof is an elastic body such as silicone rubber or isoprene rubber and has an elliptical cross section.
  • the injection side storage unit 11 stores the injection fluid S1 therein, and when contracted by the elastic force, the pressure P1 is applied to the injection fluid S1, and the stored injection fluid S1 is tubed. 13 is discharged.
  • the injection fluid S1 stored in the injection-side storage unit 11 is, for example, a cell lysis reagent, a luminescent reagent, and a standard solution for measuring ATP.
  • the injection side storage part 11 has a gas barrier property while being coated on the inner surface that is in contact with the injection fluid S1 so that the injection side storage part 11 is not affected by the injection fluid S1.
  • the tube 13 fluidly communicates the injection side reservoir 11 and the injection amount controller 12 and injects the injection fluid S1 discharged from the injection side reservoir 11 as indicated by an arrow F1 in FIG.
  • the data is sent to the quantity control unit 12.
  • the tube 13 is made of an elastic body such as silicone rubber or isoprene rubber, or a thermoplastic resin.
  • the injection amount control unit 12 is formed of a hollow fiber (orifice) such as glass, polyvinyl chloride (PVC), or ceramics.
  • the injection amount control unit 12 has one end connected to the tube 13 and the other end connected to an external device via the tube 14.
  • the injection amount control unit 12 sets the tube resistance with the hole diameter (for example, about several tens of micrometers to one hundred micrometers) and the length (for example, about 1.5 centimeters) of the hollow fiber.
  • the flow rate of the injection fluid S1 that has been sent is provided to be controllable. That is, the injection amount control unit 12 controls the injection amount of the injection container 10 by controlling the flow rate of the injection fluid S1 discharged from the injection side storage unit 11. Thereby, the injection container 10 can inject a certain amount of the injection fluid S1 over a period of several weeks to several months, for example.
  • the pulsation occurs when the electric pump is used, the injection fluid S1 can be injected without pulsation by using the injection-side reservoir 11 formed of an elastic body.
  • the tube 14 fluidly connects the injection amount control unit 12 and the external device, and the injection fluid S1 discharged from the injection amount control unit 12 is sent to the external device.
  • the tube 14 is formed of an elastic body such as silicone rubber or isoprene rubber, or a thermoplastic resin.
  • the injection side reservoir 11a stores a cell lysis reagent for measuring ATP as an injection fluid.
  • each of the injection-side reservoirs 11b to 11d stores standard solutions 1 to 3 for measuring ATP as injection fluid.
  • the injection side storage part 11e has stored the luminescent reagent for measuring ATP as an injection fluid.
  • the seawater intake unit 20 is, for example, a tube that is fluidly connected to the processing unit 30 and does not include a pump or the like for sucking seawater.
  • the processing unit 30 is in fluid communication with the injection container 10, the seawater intake unit 20, and the recovery container 40, the injection fluid is injected from the injection container 10, the seawater is acquired from the seawater intake unit 20, and the processed fluid is Discharge into the collection container 40.
  • the processing unit 30 includes a microfluidic device 31 having a microchannel capable of luciferin-luciferase (LL) reaction, a reaction promoting unit 32 for promoting the LL reaction, an LL And a photodetector 33 for detecting light generated by the reaction.
  • the microfluidic device 31 is obtained by forming a microscale flow path or the like on a substrate such as silicon, silicone rubber, or glass by a semiconductor microfabrication technique.
  • FIG. 3 is a configuration diagram showing a microfluidic device according to an embodiment.
  • the microfluidic device 31 includes a first supply port 31a, a second supply port 31b, a cell lysis unit 31c, a third supply port 31d, an LL reaction unit 31e, and a discharge port 31f. Contains.
  • the cell lysis reagent and the standard solutions 1 to 3 stored in the injection side storage portions 11a to 11d are supplied to the first supply port 31a.
  • Seawater taken from the seawater take-in section 20 is supplied to the second supply port 31b.
  • the cell lysis part 31c the cells of the microorganisms in the seawater are lysed by the cell lysis reagent.
  • the third supply port 31d is supplied with the luminescent reagent stored in the injection side storage unit 11e.
  • the LL reaction unit 31e an LL reaction occurs, and light emission according to the ATP concentration in seawater occurs.
  • the processed fluid is discharged from the discharge port 31f.
  • the reaction promoting unit 32 includes a heater and a temperature sensor (not shown), and promotes the LL reaction by keeping the LL reaction unit 31e at, for example, about 25 degrees Celsius.
  • the photodetector 33 is, for example, a photomultiplier tube (PMT), which converts light generated by the LL reaction into an electrical signal and outputs the electrical signal.
  • a battery is used to drive the reaction promoting unit 32 and the photodetector 33.
  • the power consumption is much smaller than the power for driving the pump, the power required for continuous operation of the fluid treatment system 100 is greatly increased. Therefore, sufficient power can be supplied with a small battery.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing a collection container according to an embodiment.
  • the collection container 40 includes a holding unit 41, a collection side storage unit 42, a collection amount control unit 43, a tube 44, and a tube 45.
  • the holding part 41 is formed of an inelastic material such as plastic and holds the processed fluid.
  • the recovery side storage section 42 is formed so that at least a part thereof is an elastic body such as silicone rubber or isoprene rubber and has an elliptical cross section.
  • the collection-side storage unit 42 stores the collection fluid S2 therein, and when contracted by the elastic force, pressure P2 is applied to the collection fluid S2, and the collected collection fluid S2 is tubed. 44. Thereby, the collection-side storage unit 42 sucks the processed fluid into the holding unit 41.
  • the recovery fluid S2 stored in the recovery-side storage unit 42 may be any fluid that does not affect the environment, such as air or water.
  • recovery side storage section 42 is coated on the outer surface that comes into contact with the processed fluid so that the recovery side storage section 42 is not attacked by the processed fluid, and has a gas barrier property.
  • the tube 44 fluidly communicates the collection side storage unit 42 and the collection amount control unit 43, and collects the collection fluid S2 discharged from the collection side storage unit 42 as indicated by an arrow F2 in FIG. The data is sent to the quantity control unit 43.
  • the tube 44 is formed of an elastic body such as silicone rubber or isoprene rubber, or a thermoplastic resin.
  • the recovery amount control unit 43 is formed of a hollow fiber (orifice) such as glass, polyvinyl chloride (PVC), or ceramics.
  • the recovery amount control unit 43 has one end connected to the tube 44 and the other end connected to the tube 45.
  • the recovery amount control unit 43 sets the tube resistance based on the hole diameter (for example, about several tens of micrometers to one hundred micrometers) and the length (for example, about 1.5 centimeters) of the hollow fiber.
  • the flow rate of the recovery fluid S2 that has been sent is provided so as to be controllable. That is, the recovery amount control unit 43 controls the recovery amount of the recovery container 40 by controlling the flow rate of the recovery fluid S2 discharged from the recovery side storage unit 42.
  • the collection container 40 can collect a certain amount of the treated fluid over a period of, for example, several weeks to several months.
  • the pulsation occurs when the electric pump is used, the processed fluid can be recovered without pulsation by using the recovery side storage section 42 formed of an elastic body.
  • the tube 45 fluidly communicates the recovery amount control unit 43 and the outside of the fluid processing system 100, and discharges the recovery fluid S ⁇ b> 2 discharged from the recovery amount control unit 43 to the outside of the fluid processing system 100. It has become.
  • the tube 45 is made of an elastic body such as silicone rubber or isoprene rubber, or a thermoplastic resin.
  • the recovery amount of the recovery container 40 is set to be higher than the injection amount of the injection container 10.
  • the recovery amount of the recovery container 40 is 300 microliters / minute
  • the injection amount of the injection container 10 is set to 200 microliters / minute.
  • the breakdown of the injection amount in the injection container 10 is, for example, that the injection amount in the injection-side reservoirs 11a to 11d is 100 microliters / minute, and the injection amount in the injection-side reservoir 11e is 100 microliters / minute.
  • seawater is taken into the fluid treatment system 100 from the seawater intake unit 20 at a flow rate of 100 microliters / minute in accordance with the difference between the recovery amount of the recovery container 40 and the injection amount of the injection container 10.
  • seawater is fluidized from the seawater intake unit 20 at a constant flow rate according to the difference between the collection amount of the collection container 40 and the injection amount of the injection container 10. 100.
  • the cell lysis reagent and the standard solutions 1 to 3 stored in each of the injection side storage units 11a to 11d and the seawater taken in from the seawater uptake unit 20 are mixed, and the cell lysis unit 31c is mixed.
  • the cells of the microorganisms in the seawater are lysed by the cell lysis reagent.
  • the light generated by the LL reaction is detected by the photodetector 33, converted into an electrical signal by the photodetector 33, and output.
  • the fluid after the LL reaction is recovered in the recovery container 40.
  • the injection container is formed of an elastic body, and at least a part of the injection container stores the injection fluid stored by contraction.
  • An injection amount control unit that controls the injection amount of the injection container by controlling the flow rate of the injection fluid, and the recovery container is provided in the holding unit, the holding unit holding the processed fluid, and at least By controlling the flow rate of the recovery fluid, the recovery side storage part that is partly formed of an elastic body, discharges the recovery fluid stored by contraction, and sucks the processed fluid into the holding part,
  • a recovery amount control unit for controlling the recovery amount of the recovery container wherein the recovery amount of the recovery container is set to be higher than the injection amount of the injection container, and the external fluid includes the recovery amount of the recovery container and the injection container Depending on the difference between the injection amount of the fluid processing system It is taken. Therefore, even in a situation where electric power for driving the pump cannot be secured, the fluid can be injected and the fluid processing system can be used. In addition, it is possible to realize a fluid processing system with ultra
  • FIG. 5 is a schematic view showing an injection container and a microfluidic device according to one embodiment.
  • injection side reservoirs 11a and 11b and injection amount control units 12a and 12b are integrally formed on a microfluidic device 31 formed of a silicone rubber substrate. Thereby, contamination etc. at the time of connecting injection container 10 and microfluidic device 31 can be prevented.
  • a cell lysis reagent, a luminescent reagent and a standard solution for measuring ATP are preliminarily stored as injection fluids and integrated with the microfluidic device 31. By doing so, you may comprise an ATP measurement kit.
  • the present invention is not limited to this, and if it is a fluid processing system provided with a processing unit that performs a predetermined process on the fluid for injection injected from the injection container and the external fluid taken from the outside of the fluid processing system, Applying the fluid treatment system according to an embodiment of the present invention to various fields in the marine environment, extraterrestrial environment, deep underground, in vivo, etc., the printing field, the medical field, the pet field such as the feeding of breeding food, etc. Can do.
  • the fluid processing system 100 including the injection container 10 and the recovery container 40 has been described as an example.
  • the present invention is not limited to this, and the injection fluid may be injected into the processing unit 30 by using the injection container 10 including a plurality of sets of the injection side storage unit 11 and the injection amount control unit 12 alone.
  • the post-processing fluid processed by the processing unit 30 may be recovered by using the recovery container 40 including the holding unit 41, the recovery side storage unit 42, and the recovery amount control unit 43 alone.
  • the injection side storage part 11 demonstrated having an elliptical cross section, it is not limited to this, As long as at least one part is an elastic body, the injection side storage part will be a bellows shape. Etc., and may have other shapes.

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Abstract

ポンプ駆動用の電力を確保することができない状況であっても、流体を注入することができる流体処理システムを得る。　注入容器は、少なくとも一部が弾性体で形成されて、収縮することで貯留された注入用流体を吐出する注入側貯留部と、注入用流体の流量を制御することで、注入容器の注入量を制御する注入量制御部と、を含み、回収容器は、処理後流体を保持する保持部と、保持部内に設けられ、少なくとも一部が弾性体で形成されて、収縮することで貯留された回収用流体を吐出し、保持部内に処理後流体を吸引する回収側貯留部と、回収用流体の流量を制御することで、回収容器の回収量を制御する回収量制御部と、を含み、回収容器の回収量は、注入容器の注入量よりも高くなるように設定され、外部流体は、回収容器の回収量と注入容器の注入量との差に応じて、流体処理システムに取り込まれる。

Description

流体処理システム、注入容器および回収容器
　本発明は、注入された流体等を、例えばマイクロ流体デバイスを用いて反応させる流体処理システム、並びに流体処理システムに使用される注入容器および回収容器に関する。
　微細加工技術を用いて製作されたマイクロ流体デバイスを備えた流体処理システムが実用化され、ライフサイエンス、化学・生化学分析等の分野において大きな期待が寄せられている。マイクロ流体デバイスを備えた流体処理システムとして、電動シリンジポンプ等のポンプにより、流量を制御しながら流体をマイクロ流体デバイスに注入し、注入された流体を反応させることで、反応効率を向上させるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
　また、微細加工技術を応用することで、化学・生化学分析等に必要な流体処理を小型かつ軽量なシステムに集積化することができるので、マイクロ流体デバイスを屋外での各種分析に適用することも期待されている。例えば、海洋の現場における金属イオン濃度や微生物バイオマスの指標物質の定量分析等に、マイクロ流体デバイスを備えた流体処理システムを適用することが提案されている（例えば、非特許文献１参照）。
特開２０１４－２１０２６５号公報 福場辰洋、花谷耕平、藤井輝夫、「マイクロ流体デバイス技術を応用した現場計測システム」、光アライアンス、日本工業出版、Ｖｏｌ．２６、Ｎｏ．５（２０１５）、ｐｐ．７－１１
　特許文献１および非特許文献１に記載された流体処理システムでは、ポンプ駆動用の電力を外部から供給する必要がある。そのため、屋外等において長期にわたって連続的に流体処理システムを稼働しようとした場合、大容量のバッテリが必要になる。また、ポンプ駆動用の電力を確保することができない状況では、流体処理システムを使用することができない。
　本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、ポンプ駆動用の電力を確保することができない状況であっても、流体を注入することができる流体処理システムを得ることを目的とする。
　本発明の一実施形態に係る流体処理システムは、貯留された注入用流体を注入する注入容器と、注入容器から注入された注入用流体と、流体処理システム外部から取り込まれた外部流体とに対して所定の処理を行う処理部と、処理部で処理された処理後流体を回収する回収容器と、を備え、注入容器は、少なくとも一部が弾性体で形成されて、収縮することで貯留された注入用流体を吐出する注入側貯留部と、注入用流体の流量を制御することで、注入容器の注入量を制御する注入量制御部と、を含み、回収容器は、処理後流体を保持する保持部と、保持部内に設けられ、少なくとも一部が弾性体で形成されて、収縮することで貯留された回収用流体を吐出し、保持部内に処理後流体を吸引する回収側貯留部と、回収用流体の流量を制御することで、回収容器の回収量を制御する回収量制御部と、を含み、回収容器の回収量は、注入容器の注入量よりも高くなるように設定され、外部流体は、回収容器の回収量と注入容器の注入量との差に応じて、流体処理システムに取り込まれるものである。
　このとき、処理部は、マイクロ流体デバイスを含んでもよい。また、注入容器は、マイクロ流体デバイスと一体化されていてもよい。また、注入容器は、注入側貯留部と注入量制御部との組を複数備えていてもよい。また、注入容器は、アデノシン三リン酸を測定するための細胞溶解試薬、発光試薬および標準液のそれぞれが注入用流体として貯留された複数の注入側貯留部を含み、処理部は、ルシフェリン－ルシフェラーゼ反応が可能な微細流路が形成されたマイクロ流体デバイスを含んでもよい。
　本発明の一実施形態に係る流体処理システムによれば、ポンプ駆動用の電力を確保することができない状況であっても、流体を注入することができる。
一実施形態に係る流体処理システムを示す構成図である。 一実施形態に係る注入容器を示す模式図である。 一実施形態に係るマイクロ流体デバイスを示す構成図である。 一実施形態に係る回収容器を示す模式図である。 一実施形態に係る注入容器およびマイクロ流体デバイスを示す模式図である。
　以下、本発明の一実施形態に係る流体処理システムについて図面を用いて説明するが、各図において同一、または相当する部分については、同一符号を付して説明する。なお、以下の実施形態では、海水中に投入された流体処理システムを用いて海水中の微生物に由来するアデノシン三リン酸（ＡＴＰ：ａｄｅｎｏｓｉｎｅ　ｔｒｉｐｈｏｓｐｈａｔｅ）を測定する場合を例に挙げて説明する。
　図１は、一実施形態に係る流体処理システムを示す構成図である。図１において、流体処理システム１００は、注入容器１０と、海水取り込み部２０と、処理部３０と、回収容器４０とを備えている。
　注入容器１０は、貯留された注入用流体を注入する。海水取り込み部２０は、流体処理システム１００の外部から外部流体として海水を取り込む。処理部３０は、注入容器１０から注入された注入用流体と、海水取り込み部２０から取り込まれた海水とに対して所定の処理を行う。回収容器４０は、処理部３０で処理された処理後流体を回収する。
　注入容器１０は、注入側貯留部１１ａ～１１ｅと、注入量制御部１２ａ～１２ｅとを含んでいる。すなわち、注入容器１０は、注入側貯留部１１と注入量制御部１２との組を複数（ここでは、５組）備えている。
　図２は、一実施形態に係る注入容器を示す模式図である。図２において、注入容器１０は、注入側貯留部１１と、注入量制御部１２と、チューブ１３と、チューブ１４とを含んでいる。
　注入側貯留部１１は、少なくとも一部がシリコーンゴム、イソプレンゴム等の弾性体で楕円形状断面を有するように形成されている。注入側貯留部１１は、内部に注入用流体Ｓ１を貯留するようになっており、弾性力で収縮するときに、圧力Ｐ１が注入用流体Ｓ１に付与され、貯留された注入用流体Ｓ１をチューブ１３に吐出する。注入側貯留部１１に貯留される注入用流体Ｓ１は、例えばＡＴＰを測定するための細胞溶解試薬、発光試薬および標準液である。
　また、注入側貯留部１１は、注入用流体Ｓ１と接触する内面に、注入用流体Ｓ１により注入側貯留部１１が侵されないためのコーティングが施されているとともに、ガスバリア性を有している。
　チューブ１３は、注入側貯留部１１と注入量制御部１２とを流体的に連通させており、図２に矢印Ｆ１で示すように、注入側貯留部１１から吐出された注入用流体Ｓ１を注入量制御部１２に送るようになっている。チューブ１３は、シリコーンゴム、イソプレンゴム等の弾性体や、熱可塑性樹脂で形成されている。
　注入量制御部１２は、ガラス、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ：ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ　ｃｈｌｏｒｉｄｅ）、セラミックス等の中空糸（オリフィス）で形成されている。注入量制御部１２は、一端がチューブ１３に接続されているとともに、他端がチューブ１４を介して外部器具に接続されるようになっている。
　注入量制御部１２は、中空糸の穴径（例えば、数十マイクロメートル～百マイクロメートル程度）と長さ（例えば、１．５センチ程度）とで管抵抗を設定することで、チューブ１３から送られてきた注入用流体Ｓ１の流量を制御可能に設けられている。すなわち、注入量制御部１２は、注入側貯留部１１から吐出された注入用流体Ｓ１の流量を制御することで、注入容器１０の注入量を制御している。これにより、注入容器１０は、例えば数週間～数か月の期間にわたって、一定量の注入用流体Ｓ１を注入することができる。なお、電動ポンプを用いた場合には脈動が生じるが、弾性体で形成された注入側貯留部１１を用いることにより、無脈動で注入用流体Ｓ１を注入することができる。
　チューブ１４は、注入量制御部１２と外部器具とを流体的に連通させており、注入量制御部１２から吐出された注入用流体Ｓ１を外部器具に送るようになっている。チューブ１４は、シリコーンゴム、イソプレンゴム等の弾性体や、熱可塑性樹脂で形成されている。
　図１に戻って、一実施形態において、注入側貯留部１１ａは、注入用流体として、ＡＴＰを測定するための細胞溶解試薬を貯留している。また、注入側貯留部１１ｂ～１１ｄのそれぞれは、注入用流体として、ＡＴＰを測定するための標準液１～３を貯留している。また、注入側貯留部１１ｅは、注入用流体として、ＡＴＰを測定するための発光試薬を貯留している。
　海水取り込み部２０は、処理部３０と流体的に連通された例えばチューブ等であり、海水を吸引するためのポンプ等は備えていない。
　処理部３０は、注入容器１０、海水取り込み部２０および回収容器４０と流体的に連通され、注入容器１０から注入用流体が注入され、海水取り込み部２０から海水が取り込まれて、処理後流体を回収容器４０に吐出する。
　処理部３０は、ルシフェリン－ルシフェラーゼ（Ｌ－Ｌ：Ｌｕｃｉｆｅｒｉｎ－Ｌｕｃｉｆｅｒａｓｅ）反応が可能な微細流路が形成されたマイクロ流体デバイス３１と、Ｌ－Ｌ反応を促進させる反応促進部３２と、Ｌ－Ｌ反応で発生した光を検出する光検出器３３とを含んでいる。マイクロ流体デバイス３１は、シリコン、シリコーンゴム、ガラス等の基板上に、半導体微細加工技術によってマイクロスケールの流路等が形成されたものである。
　図３は、一実施形態に係るマイクロ流体デバイスを示す構成図である。図３において、マイクロ流体デバイス３１は、第１供給口３１ａと、第２供給口３１ｂと、細胞溶解部３１ｃと、第３供給口３１ｄと、Ｌ－Ｌ反応部３１ｅと、排出口３１ｆとを含んでいる。
　第１供給口３１ａには、注入側貯留部１１ａ～１１ｄのそれぞれに貯留された細胞溶解試薬および標準液１～３が供給される。第２供給口３１ｂには、海水取り込み部２０から取り込まれた海水が供給される。細胞溶解部３１ｃでは、海水中の微生物の細胞が、細胞溶解試薬により溶解される。第３供給口３１ｄには、注入側貯留部１１ｅに貯留された発光試薬が供給される。Ｌ－Ｌ反応部３１ｅでは、Ｌ－Ｌ反応が起こり、海水中のＡＴＰ濃度に応じた発光が生じる。排出口３１ｆからは、処理後流体が排出される。
　反応促進部３２は、図示しないヒータと温度センサとを含み、Ｌ－Ｌ反応部３１ｅを例えば摂氏２５度程度に保ってＬ－Ｌ反応を促進させる。光検出器３３は、例えば光電子倍増管（ＰＭＴ：ｐｈｏｔｏｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ　ｔｕｂｅ）であり、Ｌ－Ｌ反応で発生した光を電気信号に変換して出力する。ここで、反応促進部３２および光検出器３３の駆動には、バッテリが用いられるが、消費電力がポンプ駆動用の電力よりもずっと小さいので、流体処理システム１００の連続稼働に必要な電力を大幅に削減することができ、小型のバッテリで十分な電力を供給することができる。
　図４は、一実施形態に係る回収容器を示す模式図である。図４において、回収容器４０は、保持部４１と、回収側貯留部４２と、回収量制御部４３と、チューブ４４と、チューブ４５とを含んでいる。保持部４１は、プラスチック等の非弾性体で形成され、処理後流体を保持する。
　回収側貯留部４２は、少なくとも一部がシリコーンゴム、イソプレンゴム等の弾性体で楕円形状断面を有するように形成されている。回収側貯留部４２は、内部に回収用流体Ｓ２を貯留するようになっており、弾性力で収縮するときに、圧力Ｐ２が回収用流体Ｓ２に付与され、貯留された回収用流体Ｓ２をチューブ４４に吐出する。これにより、回収側貯留部４２は、保持部４１内に処理後流体を吸引する。回収側貯留部４２に貯留される回収用流体Ｓ２は、空気や水等、環境に影響を与えないものであればよい。
　また、回収側貯留部４２は、処理後流体と接触する外面に、処理後流体により回収側貯留部４２が侵されないためのコーティングが施されているとともに、ガスバリア性を有している。
　チューブ４４は、回収側貯留部４２と回収量制御部４３とを流体的に連通させており、図４に矢印Ｆ２で示すように、回収側貯留部４２から吐出された回収用流体Ｓ２を回収量制御部４３に送るようになっている。チューブ４４は、シリコーンゴム、イソプレンゴム等の弾性体や、熱可塑性樹脂で形成されている。
　回収量制御部４３は、ガラス、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、セラミックス等の中空糸（オリフィス）で形成されている。回収量制御部４３は、一端がチューブ４４に接続されているとともに、他端がチューブ４５に接続されている。
　回収量制御部４３は、中空糸の穴径（例えば、数十マイクロメートル～百マイクロメートル程度）と長さ（例えば、１．５センチ程度）とで管抵抗を設定することで、チューブ４４から送られてきた回収用流体Ｓ２の流量を制御可能に設けられている。すなわち、回収量制御部４３は、回収側貯留部４２から吐出された回収用流体Ｓ２の流量を制御することで、回収容器４０の回収量を制御している。これにより、回収容器４０は、例えば数週間～数か月の期間にわたって、一定量の処理後流体を回収することができる。なお、電動ポンプを用いた場合には脈動が生じるが、弾性体で形成された回収側貯留部４２を用いることにより、無脈動で処理後流体を回収することができる。
　チューブ４５は、回収量制御部４３と流体処理システム１００の外部とを流体的に連通させており、回収量制御部４３から吐出された回収用流体Ｓ２を流体処理システム１００の外部に排出するようになっている。チューブ４５は、シリコーンゴム、イソプレンゴム等の弾性体や、熱可塑性樹脂で形成されている。
　ここで、回収容器４０の回収量は、注入容器１０の注入量よりも高くなるように設定されている。具体的には、例えば回収容器４０の回収量が３００マイクロリットル／分であるのに対して、注入容器１０の注入量が２００マイクロリットル／分に設定されている。なお、注入容器１０の注入量の内訳は、例えば注入側貯留部１１ａ～１１ｄの注入量が１００マイクロリットル／分で、注入側貯留部１１ｅの注入量が１００マイクロリットル／分である。
　これにより、回収容器４０の回収量と注入容器１０の注入量との差に応じて、海水取り込み部２０から、１００マイクロリットル／分の流量で海水が流体処理システム１００に取り込まれる。
　続いて、一実施形態に係る流体処理システムの動作について説明する。まず、流体処理システム１００が海水中に投入されると、回収容器４０の回収量と注入容器１０の注入量との差に応じて、海水取り込み部２０から、一定の流量で海水が流体処理システム１００に取り込まれる。
　続いて、マイクロ流体デバイス３１において、注入側貯留部１１ａ～１１ｄのそれぞれに貯留された細胞溶解試薬および標準液１～３と海水取り込み部２０から取り込まれた海水とが混合され、細胞溶解部３１ｃで、海水中の微生物の細胞が、細胞溶解試薬により溶解される。
　次に、海水中の微生物の細胞が溶解された流体と、注入側貯留部１１ｅに貯留された発光試薬とが混合され、Ｌ－Ｌ反応部３１ｅで、Ｌ－Ｌ反応が起こり、海水中のＡＴＰ濃度に応じた発光が生じる。Ｌ－Ｌ反応で発生した光は、光検出器３３で検出され、光検出器３３により電気信号に変換されて出力される。Ｌ－Ｌ反応後の流体は、回収容器４０に回収される。
　以上のように、一実施形態に係る流体処理システムによれば、注入容器は、少なくとも一部が弾性体で形成されて、収縮することで貯留された注入用流体を吐出する注入側貯留部と、注入用流体の流量を制御することで、注入容器の注入量を制御する注入量制御部と、を含み、回収容器は、処理後流体を保持する保持部と、保持部内に設けられ、少なくとも一部が弾性体で形成されて、収縮することで貯留された回収用流体を吐出し、保持部内に処理後流体を吸引する回収側貯留部と、回収用流体の流量を制御することで、回収容器の回収量を制御する回収量制御部と、を含み、回収容器の回収量は、注入容器の注入量よりも高くなるように設定され、外部流体は、回収容器の回収量と注入容器の注入量との差に応じて、流体処理システムに取り込まれる。そのため、ポンプ駆動用の電力を確保することができない状況であっても、流体を注入することができ、流体処理システムを使用することができる。また、超低消費電力かつコンタミネーションのない流体処理システムを実現することができる。
　なお、上述した一実施形態に係る流体処理システムにおいて、注入容器１０をマイクロ流体デバイス３１と一体化させてもよい。図５は、一実施形態に係る注入容器およびマイクロ流体デバイスを示す模式図である。図５において、シリコーンゴム基板で形成されたマイクロ流体デバイス３１上に、注入側貯留部１１ａ、１１ｂと、注入量制御部１２ａ、１２ｂとが一体的に形成されている。これにより、注入容器１０とマイクロ流体デバイス３１とを接続する際の汚染等を防止することができる。
　また、図１に示した注入側貯留部１１ａ～１１ｅに、ＡＴＰを測定するための細胞溶解試薬、発光試薬および標準液を、あらかじめ注入用流体として貯留した状態で、マイクロ流体デバイス３１と一体化させることにより、ＡＴＰ測定キットを構成してもよい。
　また、上述した一実施形態では、流体処理システムを用いて微生物由来のアデノシン三リン酸を測定する場合を例に挙げて説明した。しかしながら、これに限定されず、注入容器から注入された注入用流体と、流体処理システム外部から取り込まれた外部流体とに対して所定の処理を行う処理部を備えた流体処理システムであれば、海中環境、地球外環境、深部地下、生体内等における各種分析、印刷分野、医療分野、飼育用餌の供給等のペット分野等に、本発明の一実施形態に係る流体処理システムを適用することができる。
　また、上述した一実施形態では、注入容器１０と回収容器４０とを備えた流体処理システム１００を例に挙げて説明した。しかしながら、これに限定されず、注入側貯留部１１と注入量制御部１２との組を複数備えた注入容器１０を単体で用いて、処理部３０に注入用流体を注入してもよい。また、保持部４１と、回収側貯留部４２と、回収量制御部４３とを備えた回収容器４０を単体で用いて、処理部３０で処理された処理後流体を回収してもよい。
　また、上述した一実施形態では、注入側貯留部１１が、楕円形状断面を有すると説明したが、これに限定されず、注入側貯留部は、少なくとも一部が弾性体であれば、蛇腹形状等、他の形状を有していてもよい。
　　１０…注入容器
　　１１、１１ａ～１１ｅ…注入側貯留部
　　１２、１２ａ～１２ｅ…注入量制御部
　　１３…チューブ
　　１４…チューブ
　　２０…海水取り込み部
　　３０…処理部
　　３１…マイクロ流体デバイス
　　３１ａ…第１供給口
　　３１ｂ…第２供給口
　　３１ｃ…細胞溶解部
　　３１ｄ…第３供給口
　　３１ｅ…反応部
　　３１ｆ…排出口
　　３２…反応促進部
　　３３…光検出器
　　４０…回収容器
　　４１…保持部
　　４２…回収側貯留部
　　４３…回収量制御部
　　４４…チューブ
　　４５…チューブ
　　１００…流体処理システム

Claims (7)

  1. 　貯留された注入用流体を注入する注入容器と、
    　前記注入容器から注入された前記注入用流体と、流体処理システム外部から取り込まれた外部流体とに対して所定の処理を行う処理部と、
    　前記処理部で処理された処理後流体を回収する回収容器と、
    　を備えた流体処理システムにおいて、
    　前記注入容器は、
    　　少なくとも一部が弾性体で形成されて、収縮することで貯留された前記注入用流体を吐出する注入側貯留部と、
    　　前記注入用流体の流量を制御することで、前記注入容器の注入量を制御する注入量制御部と、
    　を含み、
    　前記回収容器は、
    　　前記処理後流体を保持する保持部と、
    　　前記保持部内に設けられ、少なくとも一部が弾性体で形成されて、収縮することで貯留された回収用流体を吐出し、前記保持部内に前記処理後流体を吸引する回収側貯留部と、
    　　前記回収用流体の流量を制御することで、前記回収容器の回収量を制御する回収量制御部と、
    　を含み、
    　前記回収容器の回収量は、前記注入容器の注入量よりも高くなるように設定され、前記外部流体は、前記回収容器の回収量と前記注入容器の注入量との差に応じて、前記流体処理システムに取り込まれる
    　流体処理システム。
  2. 　請求項１に記載の流体処理システムにおいて、
    　前記処理部は、マイクロ流体デバイスを含む
    　流体処理システム。
  3. 　請求項２に記載の流体処理システムにおいて、
    　前記注入容器は、前記マイクロ流体デバイスと一体化されている
    　流体処理システム。
  4. 　請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の流体処理システムにおいて、
    　前記注入容器は、前記注入側貯留部と前記注入量制御部との組を複数備えている
    　流体処理システム。
  5. 　請求項４に記載の流体処理システムにおいて、
    　前記注入容器は、アデノシン三リン酸を測定するための細胞溶解試薬、発光試薬および標準液のそれぞれが前記注入用流体として貯留された複数の前記注入側貯留部を含み、
    　前記処理部は、ルシフェリン－ルシフェラーゼ反応が可能な微細流路が形成されたマイクロ流体デバイスを含む
    　流体処理システム。
  6. 　流体に対して所定の処理を行う処理部を備えた流体処理システムに使用され、前記処理部に注入用流体を注入する注入容器であって、
    　少なくとも一部が弾性体で形成されて、収縮することで貯留された前記注入用流体を吐出する注入側貯留部と、
    　前記注入用流体の流量を制御することで、前記注入容器の注入量を制御する注入量制御部と、
    　の組を複数備えた注入容器。
  7. 　流体に対して所定の処理を行う処理部を備えた流体処理システムに使用され、前記処理部で処理された処理後流体を回収する回収容器であって、
    　前記処理後流体を保持する保持部と、
    　前記保持部内に設けられ、少なくとも一部が弾性体で形成されて、収縮することで貯留された回収用流体を吐出し、前記保持部内に前記処理後流体を吸引する回収側貯留部と、
    　前記回収用流体の流量を制御することで、前記回収容器の回収量を制御する回収量制御部と、
    　を備えた回収容器。
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