流体の制御方法
【課題】少なくとも二つの流体を合流させる合流流路を有する流体デバイスにおいて、流体の界面位置が限定されず、かつ安定した界面を形成することができる流体の制御方法を提供する。
【解決手段】少なくとも二つの流体を合流させる合流流路を有する流体デバイスを用いて、該合流流路で多層流を形成する流体の制御方法であって、前記合流流路に第一の流体および第二の流体を導入し、互いが不連続とならない流量で第一と第二の流体の界面を有する多層流を形成する第一の工程と、第一の工程後に、前記第一および第二の流体の少なくともいずれかの流量を変更することで、前記合流流路における前記第一と第二の流体との断面積比を調整する第二の工程とを有する流体の制御方法。
【解決手段】少なくとも二つの流体を合流させる合流流路を有する流体デバイスを用いて、該合流流路で多層流を形成する流体の制御方法であって、前記合流流路に第一の流体および第二の流体を導入し、互いが不連続とならない流量で第一と第二の流体の界面を有する多層流を形成する第一の工程と、第一の工程後に、前記第一および第二の流体の少なくともいずれかの流量を変更することで、前記合流流路における前記第一と第二の流体との断面積比を調整する第二の工程とを有する流体の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細流路を用いた流体デバイス内の流体の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラスやプラスチック等の基板に微細流路を形成し、微量分析や診断、化学合成等をチップ上で行う方法がある。これらはμ−ＴＡＳやＬａｂ−ｏｎ−ａ−Ｃｈｉｐ等と呼ばれ、注目されている。
【０００３】
本発明での微細流路とは層流が形成されるような条件を満たす流路である。
流体の状態を示す無次元数としてレイノルズ数というものが知られている。レイノルズ数はＲｅ＝ＵＬ／ν（Ｕ：特性速度［ｍ／ｓ］、Ｌ：特性長さ［ｍ］、ν：動粘度［ｍ２／ｓ］）で表される。レイノルズ数がおおよそ２０００より小さい時、流体は層流を形成することが知られている。
【０００４】
そのようなチップ内において複数の流体を導入し多層流を形成し、その多層流を利用して分離や合成を行う方法が各種提案されている。例えば、特許文献１においては分子の特異的な挙動の差を利用して特定の分子種を分離している。
この多層流の界面形成は主として界面張力によるものであるが、界面を安定させるのは難しく流体が不連続となるなどの問題があった。
【０００５】
そこで、多層流を安定化させる方法として多くの提案がされており、その方法を大別すると微細流路の構造によるものと、流路の表面処理によるものがあった。
特許文献２では、ガイド構造を有することにより界面を安定させる方法が考案されている。しかしながら、微細流路内にガイド構造を作成するのが困難であることや、ガイド位置近傍に界面が限定されてしまうという問題がある。
【０００６】
また、特許文献３では微細流路の壁面全面を両親媒性表面処理する方法が考案されている。この方法では高い安定性を実現できるが、経時変化や個体差があるといった問題がある。
【特許文献１】特開２００５−２６２１９９号公報
【特許文献２】特開２００５−１５６５００号公報（第５頁、図５）
【特許文献３】特開２００５−３３１２８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、この様な背景技術に鑑みてなされたものであり、少なくとも二つの流体を合流させる合流流路を有する流体デバイスにおいて、流体の界面位置が限定されず、かつ安定した界面を形成することができる流体の制御方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するための流体の制御方法は、少なくとも二つの流体を合流させる合流流路を有する流体デバイスを用いて、該合流流路で多層流を形成する流体の制御方法であって、前記合流流路に第一の流体および第二の流体を導入し、互いが不連続とならない流量で前記第一と第二の流体の界面を有する多層流を形成する第一の工程と、第一の工程後に、前記第一および第二の流体の少なくともいずれかの流量を変更することで、前記合流流路における前記第一と第二の流体との断面積比を調整する第二の工程とを有することを特徴とする。
【０００９】
また、界面位置の計測を行ない、該界面位置に基づいて流量の変更を行う流体の制御方法にある。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、少なくとも二つの流体を合流させる合流流路を有する流体デバイスにおいて、流体同士の界面位置が限定されず、かつ安定した界面を形成することができる流体の制御方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明に係る流体の制御方法は、少なくとも二つの流体を合流させる合流流路を有する流体デバイスを用いて、該合流流路で多層流を形成する流体の制御方法であって、前記合流流路に第一の流体および第二の流体を導入し、互いが不連続とならない流量で第一と第二の流体の界面を有する多層流を形成する第一の工程と、第一の工程後に、前記第一および第二の流体の少なくともいずれかの流量を変更することで、前記合流流路における前記第一と第二の流体との断面積比を調整する第二の工程とを有することを特徴とする。
【００１２】
前記界面の位置を計測する工程を有することが好ましい。
前記界面の位置に基づいて第二の工程を行うことが好ましい。
前記界面の位置が所定の閾値を超えた場合は、前記第一の工程を行うことにより界面の位置を所定の閾値の範囲に戻すことが好ましい。
【００１３】
前記多層流の一つの流体層に光を伝播させて検出を行うことが好ましい。
前記合流流路の壁面に設置された反応物と流体内の反応物を反応させる工程を有することが好ましい。
【００１４】
前記第一および第二の流体の少なくとも一つの流体に含まれている少なくとも二つの粒子の一部を分離または抽出する工程を有することが好ましい。
【実施例】
【００１５】
以下、実施例を示して本発明を具体的に説明する。
実施例１
図１から図９を用いて本発明における第一の実施例を説明する。
【００１６】
図１は流体層に光を伝播させて検出を行うマイクロ流体デバイスの装置の構成図である。
図１において、１ａは第一の流体、１ｂは第二の流体である。
【００１７】
２ａは第一の流体の流量調整手段で３ａ、４ａから構成される。３ａは第一のポンプで、不図示のリザーバに充填されている第一の流体１ａを流す。４ａは第一のバルブであり、第一の流体１ａの流量を調整する。２ｂは第二の流体の流量調整手段で３ｂ、４ｂから構成される。３ｂは第二のポンプで、不図示のリザーバに充填されている第二の流体１ｂを流す。４ｂは第二のバルブであり、第二の流体１ｂの流量を調整する。
【００１８】
５ａは第一の流体１ａの導入流路、５ｂは第二の流体１ｂの導入流路であり、６は合流流路である。７は第一の流体１ａと第二の流体１ｂの界面である。８は流路壁である。
９はレーザによる入射光を示しており、合流流路６内の流体１ｂの層を界面７および流路壁８で全反射しながら光が伝播していく。その際に流体１ａで観測されるエバネッセント光を用いて、流体１ａ内の不図示の標的物を検出することが可能である。
【００１９】
本実施例で流体の幅を狭くする理由は、波長が一定であれば導波路となる流体１ｂの屈折率および幅、検出路となる流体１ａの屈折率および幅、流路基板の屈折率の諸条件で伝播モードが決定する。流体１ｂの幅以外の諸条件が一定であれば、流体１ｂの幅が狭いほど低次の伝播モードとなりやすく、検出路となる流体１ａで観測されるエバネッセント光の入射光全体に占める割合がより大きくなるからである。
【００２０】
よって、導波路となる流体１ｂにおいて基本モードがカットオフとなる幅近傍を除けば、流体１ｂの幅が狭いほうが流体１ａで生じた屈折率の変化をより高感度に検出することが可能になる。
【００２１】
図２は本実施例の処理手順のフローチャートである。
Ｓ１で少なくとも一つの流量調整手段を用いて少なくとも一つの流体が不連続とならないような流量比に調整して多層流を形成する第一の工程の後、Ｓ２で前記流量調整手段を用いて流量比を変化させ所望の流体幅の多層流を得る。すなわち、流体の進行方向に対して直角方向の流体の断面積比を調整する第二の工程を行う。次にＳ３で流体内の検体を検出する検出工程を行う。
【００２２】
ここで不連続とは図３のように流体が千切れた状態を指す。図３では第二の流体１ｂが千切れ、球状で合流流路を流れている。
本実施例では、第二の工程後に入射光９を入射させ、流体１ａで観測されるエバネッセント光を用いて、流体１ａ内の標的物を検出する。
【００２３】
図４は、流体層に光を伝播させて検出を行うマイクロ流体デバイスの第一の工程図である。本実施例の第一の工程においては、第一の流体１ａを第一の流体の導入流路５ａ、第二の流体１ｂを第二の流体の導入流路５ｂを通じて送液し、合流流路６において合流させ界面７を形成させながら流す。
【００２４】
この時、第一の流体の流量調整手段２ａと第二の流体の流量調整手段２ｂを用いて、第一の流体１ａおよび第二の流体１ｂが合流流路６において不連続とならないような流量比に調整する。この流量比は流体の物性値によって異なる。本実施例では流量比１にしているがこれに限定されない。
【００２５】
図５は、流体層に光を伝播させて検出を行うマイクロ流体デバイスの第二の工程図である。
本実施例の第二の工程においては、前記第一の工程の界面７の位置を変化させるため、第二の流体１ｂの流量を流体調整手段２ｂを用いて減少させ流量比を変化させる。
【００２６】
図６は界面位置と断面積比の関係を示した合流流路６の断面図である。流量比を変化させると界面７の位置が変化し、第一の流体の断面１０ａ、第二の流体の断面１０ｂの断面積比も変化する。よって前記操作により、所望の断面比で安定な界面を築くことが出来る。
【００２７】
図７はシミュレーションに用いた流路の二次元モデルである。第一の導入流路５ａ、第二の導入流路５ｂおよび合流流路６の幅は１００μｍであり、導入流路５ａ、５ｂ間の角度は２２．６°、導入流路５ａ、５ｂの長さは５５０μｍ、合流流路６の長さは２２５０μｍとなっている。
【００２８】
図３、８、９は第一の流体として水、第二の流体としてシリコーンオイルを用いたシミュレーション結果であり、図３は不連続な状態を示すシミュレーション図、図８は第一の工程のシミュレーション図、図９は第二の工程のシミュレーション図である。
【００２９】
図３は初期状態として、第一の流体（水）１ａの単位深さ当たりの質量流量５．０×１０−４ｋｇ／ｓ・ｍ、第二の流体（シリコーンオイル）の単位深さ当たりの質量流量１．０×１０−４ｋｇ／ｓ・ｍを与え、両流体を流し始めてから約０．９５秒後の状態である。
【００３０】
初期状態でこのような大きな流量比を与えてしまうと図３に見られるように、流体が不連続な状態となってしまう。
図８は初期状態として、水の単位深さ当たりの質量流量５．０×１０−４ｋｇ／ｓ・ｍ、シリコーンオイルの単位深さ当たりの質量流量５．０×１０−４ｋｇ／ｓ・ｍを与えて両流体を流した時の状態であり、本発明の第一の工程に対応するものである。
【００３１】
このように流量比が１に近い場合は、流体が不連続とならず層流を築くことが出来る。
図９は図８の状態から、水の単位深さ当たりの質量流量は５．０×１０−４ｋｇ／ｓ・ｍで固定し、シリコーンオイルの単位深さ当たりの質量流量を線形に０．１秒で１．０×１０−４ｋｇ／ｓ・ｍに変化させた時の、約０．９５秒後の状態であり、本発明の第二の工程に対応するものである。
【００３２】
同じ質量流量の図３に対し、図９では安定な界面を築いている。
このように、最初から大きな流量比を与えた場合に比べ第一の工程、第二の工程を経る本発明ではより安定な界面を築くことができる。
【００３３】
本実施例で使用する第一の流体１ａ、第二の流体１ｂは、第一の流体１ａおよび流路壁の材質の屈折率より第二の流体１ｂの屈折率が大きく、使用している検出光９の波長において吸収が少ない流体であればどのような流体でもよい。
より望ましくは不混和性流体であり、例えば第一の流体１ａが水、第二の流体１ｂがシリコーンオイルである。
【００３４】
本実施例の第二の工程では第二の流量調整手段２ｂのみを用いて流量比を調整しているが、第一の流量調整手段２ａのみを用いてもよく、２ａ、２ｂ両方を用いてもよい。
第二の工程の後、図１に示すようにレーザによる入射光９を第二の流体１ｂに入射させ、界面７および流路壁８で全反射しながら光が伝播する際に流体１ａで観測されるエバネッセント光を用いて、流体１ａ内の不図示の標的物を検出する検出工程を行う。
【００３５】
標的物は、例えば蛍光標識されたポリメラーゼ連鎖反応（Ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ Ｃｈａｉｎ Ｒｅａｃｔｉｏｎ：ＰＣＲ）による産物であり、流体１ａで観測されるエバネッセント光を用いて蛍光検出を行うが、標的物、検出方法はこれに限定されない。
【００３６】
本実施例ではエバネッセント光を有効に利用するために、流体１ｂの幅を薄くする必要がある。幅は理論式により理論値を算出することができる。
例えば流体１ａ内を流れている検体の蛍光検出を行う場合には、流体１ａ内に侵入するエバネッセント光が全入射光に占める割合が増加し、エバネッセント領域内における光量が増加するほどより高感度に検出できる。
【００３７】
実効屈折率を求めてマクスウェル方程式を解くと、導波路内を伝播する光の電界分布が算出でき、エバネッセント領域の入射光に占める割合を算出することができる。この割合が最大になる流体１ａの幅が理論上の最適の幅となる。
ここで、実効屈折率は、各流体の屈折率、幅、流体デバイス基板の屈折率、波長および流路形状の各値を規格化し、波長の分散関係を利用して数値解析により求める方法が知られている。
【００３８】
また、エバネッセント光を利用せず、第二の流体層を伝播する光を用いる検出方法であってもよい。
以上、本実施例によれば第一の工程において安定な界面を形成した後に、流量比を調整することにより、初期状態で大きな流量比を用いた時に見られる導入流体が不連続となる現象を抑制することができる。そのため、層流を利用し、第二の流体に伝播させた光を用いた検出ができる。
【００３９】
実施例２
図１０および図１１を用いて本発明における第二の実施例を説明する。
図１０は界面位置情報を利用し流量を調整するマイクロ流体デバイスの装置の構成図である。
【００４０】
図１０において、１１は界面７の位置を測定する界面位置計測手段であり、図１０においては合流流路６がある平面より上方に位置している。１３は流量を制御する制御部で、界面位置計測手段１１から界面位置情報１２が入力され、第一の流体の流量情報１４ａと第二の流体の流量情報１４ｂを出力する。
【００４１】
また、この制御部は界面位置情報を記憶する不図示の記憶部を備える。流量情報１４ａ、１４ｂは第一の流量調整手段２ａ、第二の流量調整手段２ｂにそれぞれフィードバックして所望の界面位置になるよう流量を調整する。
【００４２】
図１１は本実施例の処理手順のフローチャートである。
Ｓ１１の第一の工程、Ｓ１２の第二の工程の後、Ｓ１３で界面位置計測手段１１により界面位置の計測を行う。界面位置情報１２は制御部に入力され、Ｓ１４で界面７が所定の位置にあるかどうかを判断し、所望の位置にあればＳ１３に戻ってそのまま送液を続けたまま界面位置の計測を繰り返す。所望の位置になければＳ１５で記憶部にある以前の界面位置情報との変位量を計算して変位が所定の値（閾値）以下かどうかを判断する。
【００４３】
変位量が閾値以下であれば、Ｓ１２に戻り適切な流量比で所望の位置に界面を形成する第二の工程を行う。変位量が閾値以上であれば、流体が不連続になったと判断し流体が不連続とならないような流量比で界面を形成する第一の工程Ｓ１１に戻る。
【００４４】
界面位置計測手段１１は、例えば画像を基に界面位置を計測する方法がある。
第一の流体、第二の流体のいずれかを着色、あるいはそれぞれを別の色に着色すれば判定が可能である。
【００４５】
また、両方無色の場合でも流体および基板の屈折率の違いを利用して、流体内に光を伝播させることにより計測が可能である。但し、第一と第二の流体は異なる屈折率を有し、かつ少なくとも一つの流体の屈折率は基板の屈折率より高い値を有する。
例えば、第一の流体が水（ｎ＝１．３３）、第二の流体が透明なシリコーンオイル（ｎ＝１．６）、流路壁の材質がガラス（ｎ＝１．５２）を用いた場合である。
【００４６】
その他の計測法として、光を照射し第一の流体と第二の流体の屈折率の違いを基に変位を測定する方法などがあるが、これに限定されない。制御部１３は流量調整手段１２ａ、１２ｂと一体となっていてもよく、界面位置計測手段１１と一体になっていてもよい。
閾値は例えば、流路の幅をｄとすればｄ／２とすることができるが、この値に限定されない。
このとき、変位量が正常であるとは閾値をＴ、前記界面位置情報をＬｔ、前記記憶部の界面位置情報をＬｔ−１とすれば以下の式を満たす。
【００４７】
【数１】
【００４８】
本実施例では、界面位置の変位量を用いて流体が連続であるかを判定しているが、例えば界面位置情報のみを用いて判定する方法などでもよく、これに限定されない。
また、本実施例によれば制御部は記憶部を有しているが、有していなくてもよい。
【００４９】
本実施例によれば、界面が所望の位置からずれていても修正ができる。また、第二の工程で流体が不連続になった状態を検出し、界面の再形成ができる。
【００５０】
実施例３
図１２および図１３を用いて本発明における第三の実施例を説明する。
【００５１】
図１２は壁面と流体内の反応物を反応させるマイクロ流体デバイスの第一の工程図である。
図１２において、１５は流路壁に設置された一本鎖ＤＮＡプローブであり、１６は第二の流体１ｂに含まれる一本鎖ＤＮＡで、蛍光標識されている。１５と１６は相補的であり、ハイブリダイゼーションが起こると不図示の光学検出手段により反応物の検出ができる。
【００５２】
本実施例の第一の工程においては、第一の流体１ａを第一の流体の導入流路５ａ、第二の流体１ｂを第二の流体の導入流路５ｂを通じて送液し、合流流路６において合流させ界面７を形成させながら流す。
【００５３】
この時、第一の流量調整手段２ａと第二の流量調整手段２ｂを用いて、第一の流体１ａおよび第二の流体１ｂが合流流路６において不連続とならないような流量比に調整する。この流量比は流体の物性値によって異なる。本実施例では流量比１に調整しているがこれに限定されない。
【００５４】
図１３は壁面と流体内の反応物を反応させるマイクロ流体デバイスの第二の工程図である。本実施例の第二の工程においては、前記第一の工程の界面７の位置を変化させるため、流量調整手段２ａ、２ｂを用いて流量を変化させる。
【００５５】
第一の流体１ａ、第二の流体１ｂは不混和性流体が望ましく、また一本鎖ＤＮＡ１６が界面７を越えて拡散しないような流体が望ましい。例えば、１ａがオイル、１ｂが水であるがこれに限定されない。
【００５６】
本実施例の第二の工程では第一および第二の流量調整手段２ａ、２ｂを用いて流量比を調整しているが、２ａのみまたは２ｂのみを用いてもよい。
第二の工程の後、一本鎖ＤＮＡプローブ１５と流体１ｂ内の一本鎖ＤＮＡ１６のハイブリダイゼーション工程を行う。
【００５７】
本実施例で幅を薄くする理由は、プローブ１５を設置した流路壁側の幅を薄くすると、１６が１５と接触しハイブリダイズする確率が高まるためである。
流体の幅は、プローブの大きさよりも厚ければより薄いほうがよい。チップでハイブリダイゼーションを行う際の幅は一般的に５０から２００μｍであり、これより薄ければ効果がある。
【００５８】
蛍光標識は一本鎖ＤＮＡ１６にされていたが、ＤＮＡプローブ１５にされていてもよく、インターカレータ方式を用いてもよいがこれに限定されない。
ＤＮＡプローブ１５、一本鎖ＤＮＡ１６にＲＮＡを用いてもよいが、これに限定されない。
【００５９】
ここまでハイブリダイゼーションについて説明してきたが、抗原抗体反応など他の反応を行ってもよく、これに限定されない。以上、蛍光標識を用いた検出方法について説明してきたが、化学発光を用いた検出方法であってもよく、また、光学検出に限定されない。
【００６０】
以上の実施例１から実施例３では、Ｙ字型の流路を使用しているが多層流を形成するための導入路があればよく、この形状に限定されない。また、導入路と合流流路の幅が同一であるが、例えば合流流路の幅が各導入流路の幅の総和であってもよく、これに限定されない。また、陽圧でポンプを使用しているが、合流流路の下流側にポンプを設置する場合は陰圧であってもよい。さらに、二つの導入流路を用いているが、三つ以上の導入流路があってもよい。また、流出口が一つであるが、複数あってもよい。
【００６１】
合流流路の幅が各導入流路の幅の総和の場合、導入流路、流出口が複数ある場合については第四の実施例で後述する。
以上、実施例３によれば、幅が薄く安定な界面を築く事でマイクロデバイス内での反応をより効率的に行うことができる。
【００６２】
実施例４
図１４および図１５を用いて本発明における第四の実施例を説明する。
図１４は粒子を分離させるマイクロ流体デバイスの第一の工程図である。
図１４において、１７ａ、１７ｂは流出流路である。
【００６３】
１８ａ、１８ｂは第二の流体１ｂに含まれる粒子であり、それぞれ大きさが異なる。
本実施例の第一の工程においては、第一の流体１ａを第一の流体の導入流路５ａ、第二の流体１ｂを第二の流体の導入流路５ｂを通じて送液し、合流流路６において合流し界面７を形成しながら流れる。
【００６４】
この時、流量調整手段２ａ、２ｂを用いて、第一の流体１ａおよび第二の流体１ｂが不連続とならないような流量比に調整する。この流量比は物体の物性値によって異なる。本実施例では、第二の流体１ｂとそれを挟むように流れる第一の流体１ａの流量比は１：１：１に調整しているが、これに限定されない。
図１５は粒子を分離させるマイクロ流体デバイスの第二の工程図である。本実施例の第二の工程においては、前記第一の工程の界面７の位置を変化させるため、流量調整手段２ａ、２ｂを用いて流量を変化させる。
【００６５】
第一の流体１ａ、第二の流体１ｂは、例えば生理食塩水と血液であるが、これに限定されない。
本実施例の第二の工程では第一および第二の流量調整手段２ａ、２ｂを用いて流量比を調整しているが、２ａのみまたは２ｂのみを用いてもよい。
【００６６】
第二の工程の後に粒子の分離工程を行う。本実施例で幅を薄くする理由は、第二の流体１ｂ中の粒子を分離するためである。
粒子１８ａの径より第二の流体１ｂの幅を小さくし、かつ粒子１８ｂの径より大きくすれば、粒子１８ａは流体１ａ側に入り込んで流出口１７ａに流れ、粒子１８ｂは流体１ｂに留まり流出口１７ｂに流れ、粒子１８ａと１８ｂを分離することができる。
【００６７】
粒子１８ａ、１８ｂは例えば１８ａが白血球、１８ｂが赤血球である。白血球は約７から２５μｍ、赤血球は約７から８μｍであり、第二の流体１ｂの幅を１０μｍ程度にすれば粒子の分離ができる。ただし、検体によって血球のサイズがこの範囲から外れることがあり、完全な分離にならない場合もある。また、第二の流体１ｂの幅は前記幅に限定されない。
【００６８】
本実施例では分離について説明してきたが、抽出であってもよい。また、粒子は１８ａ、１８ｂの二つであったが、三つ以上あってもよい。
また、第一の流体の導入流路５ａは一つでも、三つ以上でもよく、複数の場合はそれぞれにおいて異なる流体を流してもよい。同様に第二の流体の導入流路５ｂは二つ以上でもよい。流出流路１７ａは一つでもよく、三つ以上でもよい。同様に１７ｂは複数でもよい。
【００６９】
本実施例における、第一の流体１ａの流量調整手段２ａは複数存在するが、それぞれが独立に動作してもよく、同一の構成でなくてもよい。例えば、一方がポンプとバルブ、もう一方がポンプのみである。
【００７０】
また、実施例４にて示した流路形状においても実施例１から実施例３を行うことができる。
以上の実施例１から実施例４では流量調整手段２ａ、２ｂが流路内に組み込まれているが、流路の外側にあってもよい。流量調整手段はポンプとバルブが一体となっていてもよく、ポンプのみで構成されてもよい。さらに、ポンプやバルブが複数であってもよい。ポンプは、シリンジポンプ、ダイヤフラムポンプ、ローラーポンプ、真空ポンプなどを用いればよいが、これに限定されない。また、流体は二種類以上であってもよい。
【００７１】
実施例４によれば、流体の導入流路が三つ以上であっても流量比を調整することにより、初期状態で大きな流量比を用いた時に見られる導入流体が不連続となる現象を抑制することができる。そのため層流を利用し、流体中の粒子を分離することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明の流体の制御方法は、少なくとも二つの流体を合流させる合流流路を有する流体デバイスにおいて、流体同士の界面位置が限定されず、かつ安定した界面を形成することができるので、μ−ＴＡＳやＬａｂ−ｏｎ−ａ−Ｃｈｉｐを用いた検出や分析に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】流体層に光を伝播させて検出を行うマイクロ流体デバイスの装置の構成図である。
【図２】処理手順のフローチャート図である。
【図３】不連続な状態を示すシミュレーション図である。
【図４】流体層に光を伝播させて検出を行うマイクロ流体デバイスの第一の工程図である。
【図５】流体層に光を伝播させて検出を行うマイクロ流体デバイスの第二の工程図である。
【図６】界面位置と断面比の関係図である。
【図７】シミュレーションに使用したモデル図である。
【図８】第一の工程のシミュレーション図である。
【図９】第二の工程のシミュレーション図である。
【図１０】界面位置情報を利用し流量を調整するマイクロ流体デバイスの装置の構成図である。
【図１１】処理手順のフローチャート図である。
【図１２】壁面と流体内の反応物を反応させるマイクロ流体デバイスの第一の工程図である。
【図１３】壁面と流体内の反応物を反応させるマイクロ流体デバイスの第二の工程図である。
【図１４】粒子を分離させるマイクロ流体デバイスの第一の工程図である。
【図１５】粒子を分離させるマイクロ流体デバイスの第二の工程図である。
【符号の説明】
【００７４】
１ａ 第一の流体
１ｂ 第二の流体
２ａ 第一の流体の流量調整手段
２ｂ 第二の流体の流量調整手段
３ａ 第一のポンプ
３ｂ 第二のポンプ
４ａ 第一のバルブ
４ｂ 第二のバルブ
５ａ 第一の流体の導入流路
５ｂ 第二の流体の導入流路
６ 合流流路
７ 界面
８ 流路壁
９ 入射光
１０ａ 第一の流体の断面
１０ｂ 第二の流体の断面
１１ 界面位置計測手段
１２ 界面位置情報
１３ 制御部
１４ａ 第一の流体の流量調整情報
１４ｂ 第二の流体の流量調整情報
１５ 一本鎖ＤＮＡプローブ
１６ 一本鎖ＤＮＡ
１７ａ、１７ｂ 流出流路
１８ａ、１８ｂ 粒子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細流路を用いた流体デバイス内の流体の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラスやプラスチック等の基板に微細流路を形成し、微量分析や診断、化学合成等をチップ上で行う方法がある。これらはμ−ＴＡＳやＬａｂ−ｏｎ−ａ−Ｃｈｉｐ等と呼ばれ、注目されている。
【０００３】
本発明での微細流路とは層流が形成されるような条件を満たす流路である。
流体の状態を示す無次元数としてレイノルズ数というものが知られている。レイノルズ数はＲｅ＝ＵＬ／ν（Ｕ：特性速度［ｍ／ｓ］、Ｌ：特性長さ［ｍ］、ν：動粘度［ｍ２／ｓ］）で表される。レイノルズ数がおおよそ２０００より小さい時、流体は層流を形成することが知られている。
【０００４】
そのようなチップ内において複数の流体を導入し多層流を形成し、その多層流を利用して分離や合成を行う方法が各種提案されている。例えば、特許文献１においては分子の特異的な挙動の差を利用して特定の分子種を分離している。
この多層流の界面形成は主として界面張力によるものであるが、界面を安定させるのは難しく流体が不連続となるなどの問題があった。
【０００５】
そこで、多層流を安定化させる方法として多くの提案がされており、その方法を大別すると微細流路の構造によるものと、流路の表面処理によるものがあった。
特許文献２では、ガイド構造を有することにより界面を安定させる方法が考案されている。しかしながら、微細流路内にガイド構造を作成するのが困難であることや、ガイド位置近傍に界面が限定されてしまうという問題がある。
【０００６】
また、特許文献３では微細流路の壁面全面を両親媒性表面処理する方法が考案されている。この方法では高い安定性を実現できるが、経時変化や個体差があるといった問題がある。
【特許文献１】特開２００５−２６２１９９号公報
【特許文献２】特開２００５−１５６５００号公報（第５頁、図５）
【特許文献３】特開２００５−３３１２８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、この様な背景技術に鑑みてなされたものであり、少なくとも二つの流体を合流させる合流流路を有する流体デバイスにおいて、流体の界面位置が限定されず、かつ安定した界面を形成することができる流体の制御方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するための流体の制御方法は、少なくとも二つの流体を合流させる合流流路を有する流体デバイスを用いて、該合流流路で多層流を形成する流体の制御方法であって、前記合流流路に第一の流体および第二の流体を導入し、互いが不連続とならない流量で前記第一と第二の流体の界面を有する多層流を形成する第一の工程と、第一の工程後に、前記第一および第二の流体の少なくともいずれかの流量を変更することで、前記合流流路における前記第一と第二の流体との断面積比を調整する第二の工程とを有することを特徴とする。
【０００９】
また、界面位置の計測を行ない、該界面位置に基づいて流量の変更を行う流体の制御方法にある。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、少なくとも二つの流体を合流させる合流流路を有する流体デバイスにおいて、流体同士の界面位置が限定されず、かつ安定した界面を形成することができる流体の制御方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明に係る流体の制御方法は、少なくとも二つの流体を合流させる合流流路を有する流体デバイスを用いて、該合流流路で多層流を形成する流体の制御方法であって、前記合流流路に第一の流体および第二の流体を導入し、互いが不連続とならない流量で第一と第二の流体の界面を有する多層流を形成する第一の工程と、第一の工程後に、前記第一および第二の流体の少なくともいずれかの流量を変更することで、前記合流流路における前記第一と第二の流体との断面積比を調整する第二の工程とを有することを特徴とする。
【００１２】
前記界面の位置を計測する工程を有することが好ましい。
前記界面の位置に基づいて第二の工程を行うことが好ましい。
前記界面の位置が所定の閾値を超えた場合は、前記第一の工程を行うことにより界面の位置を所定の閾値の範囲に戻すことが好ましい。
【００１３】
前記多層流の一つの流体層に光を伝播させて検出を行うことが好ましい。
前記合流流路の壁面に設置された反応物と流体内の反応物を反応させる工程を有することが好ましい。
【００１４】
前記第一および第二の流体の少なくとも一つの流体に含まれている少なくとも二つの粒子の一部を分離または抽出する工程を有することが好ましい。
【実施例】
【００１５】
以下、実施例を示して本発明を具体的に説明する。
実施例１
図１から図９を用いて本発明における第一の実施例を説明する。
【００１６】
図１は流体層に光を伝播させて検出を行うマイクロ流体デバイスの装置の構成図である。
図１において、１ａは第一の流体、１ｂは第二の流体である。
【００１７】
２ａは第一の流体の流量調整手段で３ａ、４ａから構成される。３ａは第一のポンプで、不図示のリザーバに充填されている第一の流体１ａを流す。４ａは第一のバルブであり、第一の流体１ａの流量を調整する。２ｂは第二の流体の流量調整手段で３ｂ、４ｂから構成される。３ｂは第二のポンプで、不図示のリザーバに充填されている第二の流体１ｂを流す。４ｂは第二のバルブであり、第二の流体１ｂの流量を調整する。
【００１８】
５ａは第一の流体１ａの導入流路、５ｂは第二の流体１ｂの導入流路であり、６は合流流路である。７は第一の流体１ａと第二の流体１ｂの界面である。８は流路壁である。
９はレーザによる入射光を示しており、合流流路６内の流体１ｂの層を界面７および流路壁８で全反射しながら光が伝播していく。その際に流体１ａで観測されるエバネッセント光を用いて、流体１ａ内の不図示の標的物を検出することが可能である。
【００１９】
本実施例で流体の幅を狭くする理由は、波長が一定であれば導波路となる流体１ｂの屈折率および幅、検出路となる流体１ａの屈折率および幅、流路基板の屈折率の諸条件で伝播モードが決定する。流体１ｂの幅以外の諸条件が一定であれば、流体１ｂの幅が狭いほど低次の伝播モードとなりやすく、検出路となる流体１ａで観測されるエバネッセント光の入射光全体に占める割合がより大きくなるからである。
【００２０】
よって、導波路となる流体１ｂにおいて基本モードがカットオフとなる幅近傍を除けば、流体１ｂの幅が狭いほうが流体１ａで生じた屈折率の変化をより高感度に検出することが可能になる。
【００２１】
図２は本実施例の処理手順のフローチャートである。
Ｓ１で少なくとも一つの流量調整手段を用いて少なくとも一つの流体が不連続とならないような流量比に調整して多層流を形成する第一の工程の後、Ｓ２で前記流量調整手段を用いて流量比を変化させ所望の流体幅の多層流を得る。すなわち、流体の進行方向に対して直角方向の流体の断面積比を調整する第二の工程を行う。次にＳ３で流体内の検体を検出する検出工程を行う。
【００２２】
ここで不連続とは図３のように流体が千切れた状態を指す。図３では第二の流体１ｂが千切れ、球状で合流流路を流れている。
本実施例では、第二の工程後に入射光９を入射させ、流体１ａで観測されるエバネッセント光を用いて、流体１ａ内の標的物を検出する。
【００２３】
図４は、流体層に光を伝播させて検出を行うマイクロ流体デバイスの第一の工程図である。本実施例の第一の工程においては、第一の流体１ａを第一の流体の導入流路５ａ、第二の流体１ｂを第二の流体の導入流路５ｂを通じて送液し、合流流路６において合流させ界面７を形成させながら流す。
【００２４】
この時、第一の流体の流量調整手段２ａと第二の流体の流量調整手段２ｂを用いて、第一の流体１ａおよび第二の流体１ｂが合流流路６において不連続とならないような流量比に調整する。この流量比は流体の物性値によって異なる。本実施例では流量比１にしているがこれに限定されない。
【００２５】
図５は、流体層に光を伝播させて検出を行うマイクロ流体デバイスの第二の工程図である。
本実施例の第二の工程においては、前記第一の工程の界面７の位置を変化させるため、第二の流体１ｂの流量を流体調整手段２ｂを用いて減少させ流量比を変化させる。
【００２６】
図６は界面位置と断面積比の関係を示した合流流路６の断面図である。流量比を変化させると界面７の位置が変化し、第一の流体の断面１０ａ、第二の流体の断面１０ｂの断面積比も変化する。よって前記操作により、所望の断面比で安定な界面を築くことが出来る。
【００２７】
図７はシミュレーションに用いた流路の二次元モデルである。第一の導入流路５ａ、第二の導入流路５ｂおよび合流流路６の幅は１００μｍであり、導入流路５ａ、５ｂ間の角度は２２．６°、導入流路５ａ、５ｂの長さは５５０μｍ、合流流路６の長さは２２５０μｍとなっている。
【００２８】
図３、８、９は第一の流体として水、第二の流体としてシリコーンオイルを用いたシミュレーション結果であり、図３は不連続な状態を示すシミュレーション図、図８は第一の工程のシミュレーション図、図９は第二の工程のシミュレーション図である。
【００２９】
図３は初期状態として、第一の流体（水）１ａの単位深さ当たりの質量流量５．０×１０−４ｋｇ／ｓ・ｍ、第二の流体（シリコーンオイル）の単位深さ当たりの質量流量１．０×１０−４ｋｇ／ｓ・ｍを与え、両流体を流し始めてから約０．９５秒後の状態である。
【００３０】
初期状態でこのような大きな流量比を与えてしまうと図３に見られるように、流体が不連続な状態となってしまう。
図８は初期状態として、水の単位深さ当たりの質量流量５．０×１０−４ｋｇ／ｓ・ｍ、シリコーンオイルの単位深さ当たりの質量流量５．０×１０−４ｋｇ／ｓ・ｍを与えて両流体を流した時の状態であり、本発明の第一の工程に対応するものである。
【００３１】
このように流量比が１に近い場合は、流体が不連続とならず層流を築くことが出来る。
図９は図８の状態から、水の単位深さ当たりの質量流量は５．０×１０−４ｋｇ／ｓ・ｍで固定し、シリコーンオイルの単位深さ当たりの質量流量を線形に０．１秒で１．０×１０−４ｋｇ／ｓ・ｍに変化させた時の、約０．９５秒後の状態であり、本発明の第二の工程に対応するものである。
【００３２】
同じ質量流量の図３に対し、図９では安定な界面を築いている。
このように、最初から大きな流量比を与えた場合に比べ第一の工程、第二の工程を経る本発明ではより安定な界面を築くことができる。
【００３３】
本実施例で使用する第一の流体１ａ、第二の流体１ｂは、第一の流体１ａおよび流路壁の材質の屈折率より第二の流体１ｂの屈折率が大きく、使用している検出光９の波長において吸収が少ない流体であればどのような流体でもよい。
より望ましくは不混和性流体であり、例えば第一の流体１ａが水、第二の流体１ｂがシリコーンオイルである。
【００３４】
本実施例の第二の工程では第二の流量調整手段２ｂのみを用いて流量比を調整しているが、第一の流量調整手段２ａのみを用いてもよく、２ａ、２ｂ両方を用いてもよい。
第二の工程の後、図１に示すようにレーザによる入射光９を第二の流体１ｂに入射させ、界面７および流路壁８で全反射しながら光が伝播する際に流体１ａで観測されるエバネッセント光を用いて、流体１ａ内の不図示の標的物を検出する検出工程を行う。
【００３５】
標的物は、例えば蛍光標識されたポリメラーゼ連鎖反応（Ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ Ｃｈａｉｎ Ｒｅａｃｔｉｏｎ：ＰＣＲ）による産物であり、流体１ａで観測されるエバネッセント光を用いて蛍光検出を行うが、標的物、検出方法はこれに限定されない。
【００３６】
本実施例ではエバネッセント光を有効に利用するために、流体１ｂの幅を薄くする必要がある。幅は理論式により理論値を算出することができる。
例えば流体１ａ内を流れている検体の蛍光検出を行う場合には、流体１ａ内に侵入するエバネッセント光が全入射光に占める割合が増加し、エバネッセント領域内における光量が増加するほどより高感度に検出できる。
【００３７】
実効屈折率を求めてマクスウェル方程式を解くと、導波路内を伝播する光の電界分布が算出でき、エバネッセント領域の入射光に占める割合を算出することができる。この割合が最大になる流体１ａの幅が理論上の最適の幅となる。
ここで、実効屈折率は、各流体の屈折率、幅、流体デバイス基板の屈折率、波長および流路形状の各値を規格化し、波長の分散関係を利用して数値解析により求める方法が知られている。
【００３８】
また、エバネッセント光を利用せず、第二の流体層を伝播する光を用いる検出方法であってもよい。
以上、本実施例によれば第一の工程において安定な界面を形成した後に、流量比を調整することにより、初期状態で大きな流量比を用いた時に見られる導入流体が不連続となる現象を抑制することができる。そのため、層流を利用し、第二の流体に伝播させた光を用いた検出ができる。
【００３９】
実施例２
図１０および図１１を用いて本発明における第二の実施例を説明する。
図１０は界面位置情報を利用し流量を調整するマイクロ流体デバイスの装置の構成図である。
【００４０】
図１０において、１１は界面７の位置を測定する界面位置計測手段であり、図１０においては合流流路６がある平面より上方に位置している。１３は流量を制御する制御部で、界面位置計測手段１１から界面位置情報１２が入力され、第一の流体の流量情報１４ａと第二の流体の流量情報１４ｂを出力する。
【００４１】
また、この制御部は界面位置情報を記憶する不図示の記憶部を備える。流量情報１４ａ、１４ｂは第一の流量調整手段２ａ、第二の流量調整手段２ｂにそれぞれフィードバックして所望の界面位置になるよう流量を調整する。
【００４２】
図１１は本実施例の処理手順のフローチャートである。
Ｓ１１の第一の工程、Ｓ１２の第二の工程の後、Ｓ１３で界面位置計測手段１１により界面位置の計測を行う。界面位置情報１２は制御部に入力され、Ｓ１４で界面７が所定の位置にあるかどうかを判断し、所望の位置にあればＳ１３に戻ってそのまま送液を続けたまま界面位置の計測を繰り返す。所望の位置になければＳ１５で記憶部にある以前の界面位置情報との変位量を計算して変位が所定の値（閾値）以下かどうかを判断する。
【００４３】
変位量が閾値以下であれば、Ｓ１２に戻り適切な流量比で所望の位置に界面を形成する第二の工程を行う。変位量が閾値以上であれば、流体が不連続になったと判断し流体が不連続とならないような流量比で界面を形成する第一の工程Ｓ１１に戻る。
【００４４】
界面位置計測手段１１は、例えば画像を基に界面位置を計測する方法がある。
第一の流体、第二の流体のいずれかを着色、あるいはそれぞれを別の色に着色すれば判定が可能である。
【００４５】
また、両方無色の場合でも流体および基板の屈折率の違いを利用して、流体内に光を伝播させることにより計測が可能である。但し、第一と第二の流体は異なる屈折率を有し、かつ少なくとも一つの流体の屈折率は基板の屈折率より高い値を有する。
例えば、第一の流体が水（ｎ＝１．３３）、第二の流体が透明なシリコーンオイル（ｎ＝１．６）、流路壁の材質がガラス（ｎ＝１．５２）を用いた場合である。
【００４６】
その他の計測法として、光を照射し第一の流体と第二の流体の屈折率の違いを基に変位を測定する方法などがあるが、これに限定されない。制御部１３は流量調整手段１２ａ、１２ｂと一体となっていてもよく、界面位置計測手段１１と一体になっていてもよい。
閾値は例えば、流路の幅をｄとすればｄ／２とすることができるが、この値に限定されない。
このとき、変位量が正常であるとは閾値をＴ、前記界面位置情報をＬｔ、前記記憶部の界面位置情報をＬｔ−１とすれば以下の式を満たす。
【００４７】
【数１】
【００４８】
本実施例では、界面位置の変位量を用いて流体が連続であるかを判定しているが、例えば界面位置情報のみを用いて判定する方法などでもよく、これに限定されない。
また、本実施例によれば制御部は記憶部を有しているが、有していなくてもよい。
【００４９】
本実施例によれば、界面が所望の位置からずれていても修正ができる。また、第二の工程で流体が不連続になった状態を検出し、界面の再形成ができる。
【００５０】
実施例３
図１２および図１３を用いて本発明における第三の実施例を説明する。
【００５１】
図１２は壁面と流体内の反応物を反応させるマイクロ流体デバイスの第一の工程図である。
図１２において、１５は流路壁に設置された一本鎖ＤＮＡプローブであり、１６は第二の流体１ｂに含まれる一本鎖ＤＮＡで、蛍光標識されている。１５と１６は相補的であり、ハイブリダイゼーションが起こると不図示の光学検出手段により反応物の検出ができる。
【００５２】
本実施例の第一の工程においては、第一の流体１ａを第一の流体の導入流路５ａ、第二の流体１ｂを第二の流体の導入流路５ｂを通じて送液し、合流流路６において合流させ界面７を形成させながら流す。
【００５３】
この時、第一の流量調整手段２ａと第二の流量調整手段２ｂを用いて、第一の流体１ａおよび第二の流体１ｂが合流流路６において不連続とならないような流量比に調整する。この流量比は流体の物性値によって異なる。本実施例では流量比１に調整しているがこれに限定されない。
【００５４】
図１３は壁面と流体内の反応物を反応させるマイクロ流体デバイスの第二の工程図である。本実施例の第二の工程においては、前記第一の工程の界面７の位置を変化させるため、流量調整手段２ａ、２ｂを用いて流量を変化させる。
【００５５】
第一の流体１ａ、第二の流体１ｂは不混和性流体が望ましく、また一本鎖ＤＮＡ１６が界面７を越えて拡散しないような流体が望ましい。例えば、１ａがオイル、１ｂが水であるがこれに限定されない。
【００５６】
本実施例の第二の工程では第一および第二の流量調整手段２ａ、２ｂを用いて流量比を調整しているが、２ａのみまたは２ｂのみを用いてもよい。
第二の工程の後、一本鎖ＤＮＡプローブ１５と流体１ｂ内の一本鎖ＤＮＡ１６のハイブリダイゼーション工程を行う。
【００５７】
本実施例で幅を薄くする理由は、プローブ１５を設置した流路壁側の幅を薄くすると、１６が１５と接触しハイブリダイズする確率が高まるためである。
流体の幅は、プローブの大きさよりも厚ければより薄いほうがよい。チップでハイブリダイゼーションを行う際の幅は一般的に５０から２００μｍであり、これより薄ければ効果がある。
【００５８】
蛍光標識は一本鎖ＤＮＡ１６にされていたが、ＤＮＡプローブ１５にされていてもよく、インターカレータ方式を用いてもよいがこれに限定されない。
ＤＮＡプローブ１５、一本鎖ＤＮＡ１６にＲＮＡを用いてもよいが、これに限定されない。
【００５９】
ここまでハイブリダイゼーションについて説明してきたが、抗原抗体反応など他の反応を行ってもよく、これに限定されない。以上、蛍光標識を用いた検出方法について説明してきたが、化学発光を用いた検出方法であってもよく、また、光学検出に限定されない。
【００６０】
以上の実施例１から実施例３では、Ｙ字型の流路を使用しているが多層流を形成するための導入路があればよく、この形状に限定されない。また、導入路と合流流路の幅が同一であるが、例えば合流流路の幅が各導入流路の幅の総和であってもよく、これに限定されない。また、陽圧でポンプを使用しているが、合流流路の下流側にポンプを設置する場合は陰圧であってもよい。さらに、二つの導入流路を用いているが、三つ以上の導入流路があってもよい。また、流出口が一つであるが、複数あってもよい。
【００６１】
合流流路の幅が各導入流路の幅の総和の場合、導入流路、流出口が複数ある場合については第四の実施例で後述する。
以上、実施例３によれば、幅が薄く安定な界面を築く事でマイクロデバイス内での反応をより効率的に行うことができる。
【００６２】
実施例４
図１４および図１５を用いて本発明における第四の実施例を説明する。
図１４は粒子を分離させるマイクロ流体デバイスの第一の工程図である。
図１４において、１７ａ、１７ｂは流出流路である。
【００６３】
１８ａ、１８ｂは第二の流体１ｂに含まれる粒子であり、それぞれ大きさが異なる。
本実施例の第一の工程においては、第一の流体１ａを第一の流体の導入流路５ａ、第二の流体１ｂを第二の流体の導入流路５ｂを通じて送液し、合流流路６において合流し界面７を形成しながら流れる。
【００６４】
この時、流量調整手段２ａ、２ｂを用いて、第一の流体１ａおよび第二の流体１ｂが不連続とならないような流量比に調整する。この流量比は物体の物性値によって異なる。本実施例では、第二の流体１ｂとそれを挟むように流れる第一の流体１ａの流量比は１：１：１に調整しているが、これに限定されない。
図１５は粒子を分離させるマイクロ流体デバイスの第二の工程図である。本実施例の第二の工程においては、前記第一の工程の界面７の位置を変化させるため、流量調整手段２ａ、２ｂを用いて流量を変化させる。
【００６５】
第一の流体１ａ、第二の流体１ｂは、例えば生理食塩水と血液であるが、これに限定されない。
本実施例の第二の工程では第一および第二の流量調整手段２ａ、２ｂを用いて流量比を調整しているが、２ａのみまたは２ｂのみを用いてもよい。
【００６６】
第二の工程の後に粒子の分離工程を行う。本実施例で幅を薄くする理由は、第二の流体１ｂ中の粒子を分離するためである。
粒子１８ａの径より第二の流体１ｂの幅を小さくし、かつ粒子１８ｂの径より大きくすれば、粒子１８ａは流体１ａ側に入り込んで流出口１７ａに流れ、粒子１８ｂは流体１ｂに留まり流出口１７ｂに流れ、粒子１８ａと１８ｂを分離することができる。
【００６７】
粒子１８ａ、１８ｂは例えば１８ａが白血球、１８ｂが赤血球である。白血球は約７から２５μｍ、赤血球は約７から８μｍであり、第二の流体１ｂの幅を１０μｍ程度にすれば粒子の分離ができる。ただし、検体によって血球のサイズがこの範囲から外れることがあり、完全な分離にならない場合もある。また、第二の流体１ｂの幅は前記幅に限定されない。
【００６８】
本実施例では分離について説明してきたが、抽出であってもよい。また、粒子は１８ａ、１８ｂの二つであったが、三つ以上あってもよい。
また、第一の流体の導入流路５ａは一つでも、三つ以上でもよく、複数の場合はそれぞれにおいて異なる流体を流してもよい。同様に第二の流体の導入流路５ｂは二つ以上でもよい。流出流路１７ａは一つでもよく、三つ以上でもよい。同様に１７ｂは複数でもよい。
【００６９】
本実施例における、第一の流体１ａの流量調整手段２ａは複数存在するが、それぞれが独立に動作してもよく、同一の構成でなくてもよい。例えば、一方がポンプとバルブ、もう一方がポンプのみである。
【００７０】
また、実施例４にて示した流路形状においても実施例１から実施例３を行うことができる。
以上の実施例１から実施例４では流量調整手段２ａ、２ｂが流路内に組み込まれているが、流路の外側にあってもよい。流量調整手段はポンプとバルブが一体となっていてもよく、ポンプのみで構成されてもよい。さらに、ポンプやバルブが複数であってもよい。ポンプは、シリンジポンプ、ダイヤフラムポンプ、ローラーポンプ、真空ポンプなどを用いればよいが、これに限定されない。また、流体は二種類以上であってもよい。
【００７１】
実施例４によれば、流体の導入流路が三つ以上であっても流量比を調整することにより、初期状態で大きな流量比を用いた時に見られる導入流体が不連続となる現象を抑制することができる。そのため層流を利用し、流体中の粒子を分離することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明の流体の制御方法は、少なくとも二つの流体を合流させる合流流路を有する流体デバイスにおいて、流体同士の界面位置が限定されず、かつ安定した界面を形成することができるので、μ−ＴＡＳやＬａｂ−ｏｎ−ａ−Ｃｈｉｐを用いた検出や分析に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】流体層に光を伝播させて検出を行うマイクロ流体デバイスの装置の構成図である。
【図２】処理手順のフローチャート図である。
【図３】不連続な状態を示すシミュレーション図である。
【図４】流体層に光を伝播させて検出を行うマイクロ流体デバイスの第一の工程図である。
【図５】流体層に光を伝播させて検出を行うマイクロ流体デバイスの第二の工程図である。
【図６】界面位置と断面比の関係図である。
【図７】シミュレーションに使用したモデル図である。
【図８】第一の工程のシミュレーション図である。
【図９】第二の工程のシミュレーション図である。
【図１０】界面位置情報を利用し流量を調整するマイクロ流体デバイスの装置の構成図である。
【図１１】処理手順のフローチャート図である。
【図１２】壁面と流体内の反応物を反応させるマイクロ流体デバイスの第一の工程図である。
【図１３】壁面と流体内の反応物を反応させるマイクロ流体デバイスの第二の工程図である。
【図１４】粒子を分離させるマイクロ流体デバイスの第一の工程図である。
【図１５】粒子を分離させるマイクロ流体デバイスの第二の工程図である。
【符号の説明】
【００７４】
１ａ 第一の流体
１ｂ 第二の流体
２ａ 第一の流体の流量調整手段
２ｂ 第二の流体の流量調整手段
３ａ 第一のポンプ
３ｂ 第二のポンプ
４ａ 第一のバルブ
４ｂ 第二のバルブ
５ａ 第一の流体の導入流路
５ｂ 第二の流体の導入流路
６ 合流流路
７ 界面
８ 流路壁
９ 入射光
１０ａ 第一の流体の断面
１０ｂ 第二の流体の断面
１１ 界面位置計測手段
１２ 界面位置情報
１３ 制御部
１４ａ 第一の流体の流量調整情報
１４ｂ 第二の流体の流量調整情報
１５ 一本鎖ＤＮＡプローブ
１６ 一本鎖ＤＮＡ
１７ａ、１７ｂ 流出流路
１８ａ、１８ｂ 粒子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも二つの流体を合流させる合流流路を有する流体デバイスを用いて、該合流流路で多層流を形成する流体の制御方法であって、前記合流流路に第一の流体および第二の流体を導入し、互いが不連続とならない流量で前記第一と第二の流体の界面を有する多層流を形成する第一の工程と、第一の工程後に、前記第一および第二の流体の少なくともいずれかの流量を変更することで、前記合流流路における前記第一と第二の流体との断面積比を調整する第二の工程とを有することを特徴とする流体の制御方法。
【請求項２】
前記界面の位置を計測する工程を有する請求項１に記載の流体の制御方法。
【請求項３】
前記界面の位置に基づいて第二の工程を行う請求項２に記載の流体の制御方法。
【請求項４】
前記界面の位置が所定の閾値を超えた場合は、前記第一の工程を行うことにより界面の位置を所定の閾値の範囲に戻す請求項２または３に記載の流体の制御方法。
【請求項５】
前記多層流の一つの流体層に光を伝播させて検出を行う工程を有する請求項１に記載の流体の制御方法。
【請求項６】
前記合流流路の壁面に設置された反応物と流体内の反応物を反応させる工程を有する請求項１に記載の流体の制御方法。
【請求項７】
前記第一および第二の流体の少なくとも一つの流体に含まれている少なくとも二つの粒子の一部を分離または抽出する工程を有する請求項１に記載の流体の制御方法。
【請求項１】
少なくとも二つの流体を合流させる合流流路を有する流体デバイスを用いて、該合流流路で多層流を形成する流体の制御方法であって、前記合流流路に第一の流体および第二の流体を導入し、互いが不連続とならない流量で前記第一と第二の流体の界面を有する多層流を形成する第一の工程と、第一の工程後に、前記第一および第二の流体の少なくともいずれかの流量を変更することで、前記合流流路における前記第一と第二の流体との断面積比を調整する第二の工程とを有することを特徴とする流体の制御方法。
【請求項２】
前記界面の位置を計測する工程を有する請求項１に記載の流体の制御方法。
【請求項３】
前記界面の位置に基づいて第二の工程を行う請求項２に記載の流体の制御方法。
【請求項４】
前記界面の位置が所定の閾値を超えた場合は、前記第一の工程を行うことにより界面の位置を所定の閾値の範囲に戻す請求項２または３に記載の流体の制御方法。
【請求項５】
前記多層流の一つの流体層に光を伝播させて検出を行う工程を有する請求項１に記載の流体の制御方法。
【請求項６】
前記合流流路の壁面に設置された反応物と流体内の反応物を反応させる工程を有する請求項１に記載の流体の制御方法。
【請求項７】
前記第一および第二の流体の少なくとも一つの流体に含まれている少なくとも二つの粒子の一部を分離または抽出する工程を有する請求項１に記載の流体の制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
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【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２００９−１８０６８４（Ｐ２００９−１８０６８４Ａ）
【公開日】平成２１年８月１３日（２００９．８．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２１９３３（Ｐ２００８−２１９３３）
【出願日】平成２０年１月３１日（２００８．１．３１）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月１３日（２００９．８．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月３１日（２００８．１．３１）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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