JP6658767B2 - 液体を除去する方法および液体操作装置 - Google Patents

Description

本発明は、流路チップの流路内の液体を吸引して除去する方法、およびそのような方法を実施するための液体操作装置に関する。

流路を設けた小さなチップ（以下、単に「流路チップ」ともいう。）の流路内で液体を移動させて、液体中に含まれる物質同士の反応、液体からの物質の分離、液体が含有する物質の検出、または液体同士の混合等（以下、単に「反応等」ともいう。）を行う技術が知られている。流路チップは、前記反応等の場としての流路と、流路と外部とを連通する複数の貫通孔とを有する。流路チップは、反応等をより簡易かつ迅速に行うことができるため、近年、盛んに開発されている。

反応等に用いられる液体は、液体導入用の貫通孔（以下、単に「導入口」ともいう。）から流路内に導入される。また、反応等の途中または反応等が終了した後に、流路内の液体は、液体排出用の貫通孔（以下、単に「排出口」ともいう。）から、液体吸引器具により吸引され、除去される。流路内の液体は、例えば、排出口内に挿入したピペットから、前記ピペットと連通するノズルに吸引されることにより、除去される。

このとき、流路内の液体を完全に取り除くのは難しく、流路内に液体が残留することがある（以下、残留した液体を単に「残液」ともいう。）。この残液と、流路内に次に導入された液体とが混ざると、後から導入した液体が希釈されたり、不要の反応等が生じたりすることにより、反応等の結果の信頼性が低下しかねない。そのため、液体の除去をするときに、残液量をより少なくすることが、求められている。

たとえば、上記反応等がＥＬＩＳＡ等のイムノアッセイである場合、蛍光標識された二次抗体を含む標識液や、反応しなかった一次抗体または二次抗体を除去するための洗浄液等は、次の工程で別の液体が導入口から流路内に導入される前に、流路チップの流路、導入口および排出口から十分に除去される必要がある。また、同じ流路チップを繰り返し使用する場合、前回の反応等で用いられた液体や、前回の反応等の終了後に流路内に導入された洗浄液は、次の反応等を開始する前に、流路、導入口および排出口から十分に除去される必要がある。

流路内の残液量を少なくする方法として、特許文献１には、流路内の液体を吸引するためのピペットの先端の位置を、より流路の底面に近づける方法が記載されている。特許文献１の方法によれば、ピペットの先端近傍の液体をより確実に吸引して、ピペットの先端近傍における残液量を少なくすることが可能である。

特開２０１３−１８５９６７号公報

特許文献１の方法によれば、ピペットの先端近傍における残液量を少なくすることができる。しかし、残液は、ピペットを挿入される排出口近傍のみならず、流路の排出口から離れた部分でも生じる。たとえば、流路内の液体を吸引するときに、液体の一部が分断されて流路の壁面に付着し、流路内に残液として残ることがある。流路チップの流路内の残液量をより少なくするためには、この流路の排出口から離れた部分における残液を、より発生しにくくすることが望ましい。

流路内における液体の分断は、吸引されて流路内を移動する液体の流速が速い場合により生じやすい。そのため、液体吸引器具への液体の吸引速度を遅くすることで、液体の分断による残液を少なくすることができる。

しかし、液体の吸引速度を遅くすると、流路内の液体除去に必要な時間が長くなることにより、反応等または洗浄に必要な時間も長くなってしまうため、反応等および洗浄を迅速に行えるという流路チップの利点が失われかねない。

そのため、流路チップの流路内の液体を除去する際には、流路内の残液を少なくすることと、液体除去の時間を必要以上に長くしないことと、を両立させることが望まれている。

上記の課題に鑑み、本発明は、流路内の残液量の減少と、液体除去の時間を必要以上に長くしないことと、を両立可能な、流路チップの流路内から液体を除去する方法を提供することを、その目的とする。また、本発明は、そのような方法を実施することができる液体操作装置を提供することも、その目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一実施の形態に係る液体を除去する方法は、流路の天面に外部と連通する貫通孔を有する流路チップの前記流路内の液体を、前記貫通孔を介して挿入された液体吸引器具により吸引して除去する方法であって、前記流路内の液体の一部を第１の吸引速度で前記液体吸引器具に吸引する第１吸引工程と、前記第１吸引工程の後に、前記流路内に残存する液体を前記第１の吸引速度よりも遅い第２の吸引速度で前記液体吸引器具に吸引する第２吸引工程と、を含む。

また、上記課題を解決するため、本発明の一実施の形態に係る液体操作装置は、流路の天面に外部と連通する貫通孔を有する流路チップを保持するためのチップホルダーと、前記チップホルダーに保持された前記流路チップの前記貫通孔に挿入されて前記流路内の液体を吸引する液体吸引器具を保持するための吸引器具ホルダーと、前記液体吸引器具への前記液体の吸引速度を第１の吸引速度に制御し、かつ、前記第１の吸引速度で吸引した後に連続して、前記液体吸引器具への前記液体の吸引速度を前記第１の吸引速度よりも遅い第２の吸引速度に制御する吸引調節部と、を含む。

本発明によれば、液体除去の時間を必要以上に長くせずに、流路内の残液量をより少なくできる、流路チップの流路内の液体を除去する方法、および、そのような方法を実施することができる液体操作装置が、提供される。

図１Ａは、本発明が対象とする流路チップの一例の構成を示す平面図である。 図１Ｂは、図１Ａ中の１Ｂ−１Ｂ線における流路チップの断面図である。 図２は、第１の実施形態において液体を除去する方法のフローチャートである。 図３Ａは、第１の実施形態において液体が除去される態様の一例を示す断面図である。 図３Ｂは、第１の実施形態において液体吸引器具を貫通孔に挿入する態様の一例を示す断面図である。 図４Ａは、第２の実施形態において液体が除去される態様の一例を示す断面図である。 図４Ｂは、第２の実施形態において液体が除去される別の態様の一例を示す断面図である。 図５は、第３の実施形態において液体を除去する方法のフローチャートである。 図６Ａは、第３の実施形態において液体が除去される態様の一例を示す断面図である。 図６Ｂは、第３の実施形態において液体が除去される態様の別の一例を示す断面図である。 図７は、第４の実施形態において液体が除去される態様の一例を示す断面図である。 図８は、第５の実施形態において液体が除去される流路チップの一例を示す平面図である。 図９Ａは、本発明に係る液体操作装置の例を示す模式図である。 図９Ｂは、本発明に係る液体操作装置の別の例を示す模式図である。

以下、本発明が対象とする流路チップの構成、本発明に係る液体の除去方法の実施の形態、および本発明の方法を実施するための液体操作装置を、図面を参照して説明する。

［流路チップの構成］
図１Ａおよび図１Ｂは、本発明が対象とする流路チップ１１０の一例の構成を示す図である。図１Ａは、流路チップ１１０の平面図であり、図１Ｂは、図１Ａ中の１Ｂ−１Ｂ線における流路チップ１１０の断面図である。

図１Ｂに示されるように、流路チップ１１０は、基板１２０と流路蓋１３０とを有する。基板１２０および流路蓋１３０の少なくとも一方（図１Ｂでは流路蓋１３０）は、凹部を有しており、流路蓋１３０は、平面視したときに前記凹部と重なる領域に、貫通孔（図１Ａおよび図１Ｂでは２つの貫通孔１５０および貫通孔１６０）を有している。基板１２０と流路蓋１３０とが凹部が形成された面を挟んで接合されることで流路チップ１１０が作製される。流路チップ１１０において、前記凹部は流路１４０となり、前記複数の貫通孔は流路の天面に設けられた貫通孔１５０（第１の貫通孔）および貫通孔１６０（第２の貫通孔）となる。流路１４０は、貫通孔１５０および貫通孔１６０によって流路チップ１１０の外部と連通する。

貫通孔１５０および貫通孔１６０は、それぞれ、液体の排出口および導入口とすることができる。このとき、液体は、導入口としての貫通孔１６０から排出口としての貫通孔１５０へと、流路１４０内を一方向に流通する。一方で、液体の操作効率をより高める観点からは、後述する図７に示すように、貫通孔１５０を液体の導入口および排出口とし、かつ、貫通孔１５０とは反対側の流路の端部には液溜め１７０を設けて、流路１４０内を液体が往復して移動する構成としてもよい。

上記いずれの態様においても、貫通孔１５０には、後述の液体吸引器具が挿入される。流路チップ１１０の内部、具体的には流路１４０、貫通孔１５０、および貫通孔１６０または液溜め１７０内に存在する液体は、液体吸引器具の内部に吸引されることで除去される。なお、「液体が除去される」とは、流路１４０、貫通孔１５０、および貫通孔１６０または液溜め１７０内に存在する液体の合計量が、流路チップ１１０の機能が確保される許容残液量の最大値（以下、単に「許容最大残液量」ともいう。）以下となることを意味する。

貫通孔１５０および貫通孔１６０の形状、寸法および深さは、反応等に用いる液体の種類および反応の目的に応じて任意に定めることができる。流路チップ１１０の貫通孔１５０および貫通孔１６０の形状、寸法および深さは、流路蓋１３０の設計時に前記貫通孔の形状および寸法を変更することで、任意に設定可能である。たとえば、貫通孔１５０または貫通孔１６０の近傍における流路蓋１３０の厚みを大きくすれば、貫通孔１５０または貫通孔１６０をより深くすることができる。後述する図７では、貫通孔１５０をより深くして、貫通孔１５０内における液面の位置を流路１４０の底面からより高くできる構成にすることで、液溜め１７０により多くの液体を貯留可能にしている。

流路１４０の形状、液体が流れる方向の長さ、および液体が流れる方向と直交する任意の方向における断面積（以下、単に「流路断面積」ともいう。）は、反応等の種類および目的に応じて任意に定めることができる。より少ない量の試薬で反応等を行う観点からは、流路断面積の最大値は、５ｍｍ^２以下であることが好ましい。流路断面積の最大値が５ｍｍ^２以下である流路を有する流路チップ１１０では、反応等をより簡易かつ迅速に行うことができる。また、流路は水平方向に延在する形状であることが好ましい。

一方で、流路１４０内における液体の分断は、流路断面積が小さいときに特に生じやすい。また、流路１４０内に残存した液体と次工程で導入された液体との液混じりが反応等に与える影響は、流路断面積が小さい流路１４０を有する流路チップ１１０で、特に大きくなる。そのため、本発明の効果は、流路断面積の最大値が５ｍｍ^２以下である流路１４０を有する流路チップにおいて、より顕著に奏される。反応等をさらに簡易かつ迅速に行う観点からは、流路断面積の最大値は、１ｍｍ^２以下であることがより好ましく、０．５ｍｍ^２以下であることがよりさらに好ましい。

流路断面積の最大値が５ｍｍ^２以下である流路１４０には、流路１４０の、液体が流れる方向と直交する方向における、流路１４０を構成する壁面とそれに対向する壁面との距離の最大値が、１ｍｍ以下である流路が含まれる。このような流路をマイクロ流路ともいう。上記した理由により、本発明の効果は、マイクロ流路を有する流路デバイスにおいても、より顕著に奏される。

流路１４０は、図１のように流路チップ１１０内に１本のみ設けられてもよいし、後述する図８のように流路チップ１１０内に複数設けられてもよい。流路１４０は、勾配を有していてもよい。

基板１２０および流路蓋１３０の材料は、液体との接触角が液体の移動を妨げない大きさであり、かつ、液体または液体内の物質との間で不要な反応が生じないものであればよい。このような材料は、反応等の種類または目的に応じて任意に選択することができる。成形の容易さからは、基板１２０および流路蓋１３０の材料は、樹脂または金属であることが好ましい。光を流路１４０内に照射する場合または流路１４０内で発生した蛍光等を流路１４０外で測定する場合は、基板１２０および流路蓋１３０の少なくとも一方または両方は、光透過率の高い材料からなることが好ましい。上記光透過率の高い材料の例には、有機ガラスおよびケイ酸ガラスが含まれる。流路１４０内で液体を加熱する場合または反応等により生じた熱を除去することが望まれる場合は、基板１２０および流路蓋１３０の少なくとも一方は、熱伝導率の高い材料を含んでなることが好ましい。上記熱伝導率の高い材料の例には、銅、アルミニウム等の金属が含まれる。

流路チップ１１０は、用いられる用途に応じて、上記以外の構成をさらに有していてもよい。たとえば、流路チップ１１０は、反応等に用いる化合物などを固着するためのバインダ、または、光の照射により表面プラズモン共鳴を発生する金属膜を、流路１４０内に有していてもよい。また、流路チップ１１０は、光を入射させるためのプリズムを、流路１４０外に有していてもよい。

液体は、流路チップ１１０内での反応等に供される液体である。液体の例には、反応させる物質が溶解した溶液、反応させる物質が分散した分散体、被分離物質または被検出物質が溶解または分散した検体、混合される二以上の異なる液体、その他反応等に用いる液体が含まれる。検体の例には、血液、血清、血漿、尿、鼻孔液、唾液および精液が含まれる。反応等に用いる液体の例には、蛍光物質で標識された捕捉体を含む標識液、および緩衝液等の洗浄液が含まれる。

流路チップ１１０は、一度の反応等で使い切るタイプのチップであってもよいし、再利用可能なチップであってもよい。

［液体の除去］
（第１の実施形態）
第１の実施形態は、貫通孔１５０に挿入された液体吸引器具（ピペット２１０）の内部に流路チップ１１０の内部の液体を吸引して流路チップ１１０の内部の液体を除去する方法に係る。

図２は、第１の実施形態において液体を除去する方法のフローチャートである。本実施形態における除去方法は、第１の速度（以下、単に「Ｖ_１」ともいう。）での液体の吸引（Ｓ２２０）と、その後に連続して行われる、Ｖ_１より遅い吸引速度（以下、単に「Ｖ_２」ともいう。）での液体の吸引（Ｓ２３０）とを含む。本実施形態における除去方法は、さらに、貫通孔１５０内への液体吸引器具（ピペット２１０）の挿入（Ｓ２１０）を含んでもよい。

図３Ａは、本実施形態において液体が除去される態様の一例を示す断面図である。図３Ａにおいて、液体吸引器具は、たとえば、ピペット２１０、およびピペット２１０と連通するノズル２２０を含む。ピペット２１０は、貫通孔１５０内に挿入されている。液体吸引器具が貫通孔１５０内に挿入されているとは、液体吸引器具の吸引口（図３Ａでは、ピペットの吸引口２１５）が貫通孔１５０内または貫通孔１５０の下部に位置する流路１４０内の、液体の内部に位置することを意味する。

図３Ａにおいて、流路１４０、貫通孔１５０、および貫通孔１６０または後述する液溜め１７０内に存在する液体は、ピペットの吸引口２１５からノズル２２０内部へ吸引されて、除去される。吸引は、たとえば、後述の吸引調節部により、ピペット２１０と連通するノズル２２０内部の気圧を、貫通孔１６０または液溜め１７０から前記液体に印加されている大気圧よりも小さくして行われる。このとき、ピペット２１０からの吸引速度は、吸引調節部によりノズル２２０内部の気圧を調節することで、調整可能である。

Ｓ２２０は、第１の吸引速度（Ｖ_１）で液体吸引器具（ピペット２１０）へ前記液体を吸引する工程である。吸引速度は、たとえば、吸引調節部がピペット２１０に吸引させる液体または気体の体積を、吸引時間で除算して求めることができる。上記したようにノズル２２０内部の気圧を小さくするときは、圧力の減少速度が吸引速度となる。

液体除去時間をより短くして、反応等に要する時間を必要以上に長くならないようにする観点からは、Ｖ_１は、一定の吸引速度で流路１４０内の液体をできるだけ多く液体吸引器具（ピペット２１０）の内部に吸引した場合に、吸引後の流路１４０内の残液量が許容最大残液量となるときの吸引速度（以下、単に「基準吸引速度」ともいう。）よりも速いことが好ましい。上記許容最大残液量は、適用する系・求める性能によって定められうる値であり、たとえば、流路１４０の体積に対して、１０％以下、好ましくは５％以下、より好ましくは１％以下の量とすることができる。上記基準吸引速度は、たとえば、異なる吸引速度により流路１４０から液体を除去して、残液量を測定したときに、残液量が上記許容最大残液量となる吸引速度である。

Ｓ２３０は、前記第１の吸引速度よりも遅い第２の速度（以下、単に「Ｖ_２」ともいう。）で液体吸引器具（ピペット２１０）へ前記液体を吸引する工程である。Ｖ_２は、上記基準吸引速度より速い速度でもよく、上記基準吸引速度と同程度の速度でもよく、上記基準吸引速度より遅い速度でもよい。流路チップ内の残液量をより少なくする観点からは、Ｖ_２は、上記基準吸引速度よりも遅い速度であることが好ましい。

Ｓ２３０は、Ｓ２２０の後に連続して行われることが好ましい。「連続して」とは、流路内１４０の特定の液体の除去を開始してから終了させるまでの一連の吸引動作において、これらの工程が順に行われ、液体の移動を伴う他の工程が存在しないことを意味する。この限りにおいて、たとえば、二つの工程（ここでは、Ｓ２２０とＳ２３０）の間に、液体が移動せず停止する工程が存在していてもよい。

流路１４０内における液体の分断は、液体の除去がある程度進行し、流路１４０内の液体の量が少なくなったときに、貫通孔１６０または液溜め１７０から流路１４０内に空気が入り込むことで、より生じやすくなる。また、液体の分断は、吸引速度が速いときに生じやすく、吸引速度が遅いときには生じにくい。そのため、液体の分断が生じにくい除去の初期段階に、より速い吸引速度（Ｖ_１）で流路１４０内の液体を吸引して除去時間を短くし（Ｓ２２０）、液体の量が少ない後の段階では、遅い吸引速度（Ｖ_２）で流路１４０内の液体を吸引して液体の分断をより生じにくくする（Ｓ２３０）。この順番で流路１４０内の液体の除去を行うことで、流路１４０内の残液量の減少と、液体除去の時間を必要以上に長くしないことと、を両立させることが可能となる。

流路１４０内における液体の残留をより生じにくくする観点からは、Ｓ２３０の後には、液体の分断が生じやすいＳ２２０を再び行わないことが好ましい。また、本実施形態の方法の実施をより容易にする観点からは、吸引速度の変更回数は少ないことが好ましい。これらの観点から、Ｓ２２０およびＳ２３０は、それぞれ１回ずつ行われることが好ましい。

Ｓ２２０において液体を吸引する時間の長さＴ_１およびＳ２３０において液体を吸引する時間の長さＴ_２は、それぞれ任意に設定することができる。本発明の効果をより好適に奏する観点からは、流路チップ１１０内の液体の全量を吸引可能であり、かつ、上記基準吸引速度での液体の除去にかかる時間よりも短い時間で液体が除去できるように、Ｔ_１およびＴ_２を設定することが好ましい。つまり、第１吸引工程を開始する前に流路１４０、貫通孔１５０、および貫通孔１６０または液溜め１７０の内部に存在する液体の全量をＬ_ａｌｌ（μＬ）、上記基準吸引速度をＶ_ｎ（μＬ／秒）、Ｓ２２０において吸引する時間をＴ_１（秒）、Ｓ２３０において吸引する時間をＴ_２（秒）とすると、下記式１および式２がいずれも満たされるようにＶ_１、Ｖ_２、Ｔ_１およびＴ_２を設定することが好ましい。ここで、式１において、Ｔ_１Ｖ_１＋Ｔ_２Ｖ_２は本実施形態において吸引可能な液体量を表し、式２において、Ｌ_ａｌｌ／Ｖ_ｎは、上記基準吸引速度での液体の除去にかかる最短時間を表し、Ｔ_１＋Ｔ_２は、本実施形態において吸引する時間全体の長さを表す。
Ｌ_ａｌｌ ＜ Ｔ_１Ｖ_１ ＋ Ｔ_２Ｖ_２ …（式１）
Ｌ_ａｌｌ／Ｖ_ｎ ＞ Ｔ_１ ＋ Ｔ_２ …（式２）

上記液体の全量Ｌ_ａｌｌは、貫通孔１５０、流路１４０、および貫通孔１６０または液溜め１７０から液体を除去した後に、導入した液体の全量から、排出した液体の全量を減算した値とすることができる。

液体吸引器具（ピペット２１０）の吸引口２１５が貫通孔１５０に挿入されていないとき、本実施形態は、液体吸引器具（ピペット２１０）を貫通孔１５０に挿入して、液体吸引器具（ピペット２１０）の吸引口２１５を貫通孔１５０内または流路１４０内の液体の内部に位置させる工程Ｓ２１０をさらに含んでいてもよい。

Ｓ２１０は、液体吸引器具（ピペット２１０）を貫通孔１５０に挿入して、液体吸引器具（ピペット２１０）の吸引口２１５を流路チップ１１０の貫通孔１５０内または流路１４０内の液体の内部に位置させる工程である。図３Ｂでは、貫通孔１５０の鉛直方向上方に、吸引口２１５を有するピペット２１０およびノズル２２０が位置している。ピペット２１０およびノズル２２０は、不図示の位置制御部により、鉛直方向上下に移動可能に構成されている。ピペット２１０は、上記ピペット位置制御手段により鉛直方向下方に移動して貫通孔１５０内、好ましくは流路１４０のうち貫通孔１５０の直下の部分に挿入される。これにより、貫通孔１５０内または流路１４０内の液体の内部にピペット２１０の吸引口２１５が位置して、液体の吸引が可能になる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態は、第１の実施形態において、流路１４０の天面１４５よりも貫通孔１６０または液溜め１７０内における液体の液面が上に位置するときにのみ第１の速度での吸引（Ｓ２２０）を行って、液体を除去する方法に係る。それ以外の構成は第１の実施形態と同様であるため、重複する説明は省略する。

図４Ａおよび図４Ｂは、第２の実施形態において液体が除去される態様の一例を示す断面図である。本実施形態において、第１の速度Ｖ_１での吸引（Ｓ２２０）は、液体の液面が、流路１４０の天面１４５より、鉛直方向上方に位置するときにのみ行う。つまり、液体の液面が、流路１４０の天面１４５より、鉛直方向上方に位置するときは、第１の速度Ｖ_１での吸引（Ｓ２２０）および第２の速度Ｖ_２での吸引（Ｓ２３０）のいずれを行ってもよいが、液体の液面が、前記天面１４５より、鉛直方向下方に位置するときは、第２の速度Ｖ_２での吸引（Ｓ２３０）を行い、第１の速度Ｖ_１での吸引（Ｓ２２０）は行わない。具体的には、流路１４０の天面１４５よりも貫通孔１６０または液溜め１７０内における液体の液面が鉛直方向上方に位置するときに、液体の吸引速度を、Ｖ_１（Ｓ２２０）からＶ_２（Ｓ２３０）に変更する。

本実施形態における液体の除去は、図４Ａに示すように、液面が上記天面１４５よりも鉛直方向上方にある状態で始まる。貫通孔１６０または液溜め１７０内の液面は、液体が吸引され除去されるにつれて下がっていき、上記天面１４５と同じ水平面に到達する。液面が、上記天面１４５と同じ水平面よりも鉛直方向下方になると、図４Ｂに示すように、流路１４０の上部に空気が入り込み、空気による液体の分断が生じやすくなる。これに対し、本実施形態のように、液面が上記天面１４５より鉛直方向下方にあるときは、より遅い吸引速度で液体を吸引する（Ｓ２３０）ことで、流路１４０内の液体の流速を遅くして、液体の分断を生じにくくすることができる。

本実施形態において、流路が勾配を有しているときは、排出口としての貫通孔とは異なる貫通孔（図４Ａおよび図４Ｂでは、導入口としての貫通孔１６０）、または液溜め１７０側の流路１４０の天面１４５の端部を基準として、液体の液面の位置を決定すればよい。

本実施形態では、液面が上記天面１４５よりも鉛直方向上方にあるときは、液体の吸引速度をより速く（Ｓ２２０）して液体の除去に必要な時間を短縮し、かつ、液面が上記天面１４５よりも鉛直方向下方にあるときは、液体の吸引速度をより遅く（Ｓ２３０）して、液体の分断による残液を生じにくくする。これにより、液体除去の時間を必要以上に長くせずに、流路１４０内における液体の残留をさらに生じにくくすることができる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態は、第１の実施形態または第２の実施形態において、第２の速度（Ｖ_２）での液体の吸引（Ｓ２３０）を行った後に連続して、さらに遅い第３の速度（Ｖ_３）での液体の吸引（Ｓ２４０）を行って、流路１４０内の液体を除去する方法に係る。第３の速度での吸引（Ｓ２４０）は、液体の液面が流路１４０内に位置するときに、行う。それ以外の構成は第１の実施形態または第２の実施形態と同様であるため、重複する説明は省略する。

図５は、第３の実施形態において液体を除去する方法のフローチャートである。図６Ａおよび図６Ｂは、本実施形態で追加された工程Ｓ２４０において液体が除去される態様の、それぞれ異なる一例を示す断面図である。

Ｓ２４０は、ピペット２１０からの吸引速度が前記第２の速度よりも遅い第３の速度（以下、単に「Ｖ_３」ともいう。）で液体吸引器具へ前記液体を吸引する工程である。Ｖ_３は、Ｖ_２より遅い速度であればよい。流路１４０内の残液量をさらに少なくする観点からは、Ｖ_３は、上記基準吸引速度よりも遅いことが好ましい。

液体除去が進行して、流路１４０内の液体の量が少なくなってくると、貫通孔１５０から入り込んできた空気がピペット２１０の吸引口２１５に到達して、ピペットの吸引口２１５付近での液体の発泡および泡の破裂が生じやすくなる。発泡および泡の破裂が生じると、貫通孔１５０内および流路１４０内の液体は、空気で分断されて、吸引されずに貫通孔１５０内または流路１４０内に残存しやすくなる。これに対し、本実施形態のように、さらにピペット２１０からの吸引速度を遅くすることで、発泡も泡の破裂も生じにくくなるため、液体の分断が生じにくくなり、残液も生じにくくなる。

より残液量を少なくする観点からは、図６Ａに示すように、液体の液面が流路１４０内に位置するときに、吸引速度をＶ_３に変更することが好ましい。液体の液面が流路１４０内に位置するとは、貫通孔１５０内でピペットの吸引口２１５と接している液体が、流路１４０の内部まで分断されずに延在しており、かつ、貫通孔１６０または液溜め１７０の内部までは延在しないことを意味する（図６Ａ参照）。このとき、液体除去時間をより短くする観点からは、流路１４０内の液体の量が流路１４０の容積の１／２以下になった後に吸引速度を変更することが好ましく、１／４以下になった後に吸引速度を変更することがより好ましく、１／８以下になった後に吸引速度を変更することがさらに好ましい。流路１４０内の液体の量（流路に対する残液量の割合）は、貫通孔１５０側の流路１４０の端部と延在している液体の先端との間の距離を、流路１４０の長さで除算することで、求めることができる。流路１４０の長さは、流路の、貫通孔１５０側および貫通孔１６０または液溜め１７０側の端部間の距離を意味する。

一方で、液体除去時間を必要以上に長くしない観点からは、液体の液面（残液の後端）が流路１４０のうち貫通孔１５０の直下の部分に位置するときに、吸引速度をＶ_３に変更することが好ましい（図６Ｂ参照）。

（第４の実施形態）
第４の実施形態は、液溜めを有する流路チップにおいて、第１の実施形態、第２の実施形態および第３の実施形態のうちいずれかの方法によって、液体を除去する方法に係る。

図７は、第４の実施形態において液体が除去される態様の一例を示す側面図である。流路チップ１１２の貫通孔１５０と反対側の端部は、液溜め１７０となっている。液溜め１７０は、流路チップ１１２の外部との間で空気を交換することができる構成となっている。たとえば、液溜め１７０は、流路チップ１１２の外部に向けて開口していてもよい。液体の流出を防ぐ観点から、流路チップ１１２の外部に向いた開口には、液体を透過しないが空気を透過可能な膜１７２が設置されていてもよい。

液溜め１７０の形状は特に限定されないが、流路チップを鉛直方向に切断した断面において、液溜め１７０の側面が傾斜していることが好ましい。このとき、液溜め１７０の側面が水平面に対してなす角度（図７におけるθ１、θ２）は、いずれも３０°以上であることが好ましい。

本実施形態において、貫通孔１５０は、液体の導入口および排出口の両方として機能する。導入口としての貫通孔１５０から導入された液体は、流路１４０を通り、液溜め１７０に溜められる。その後、液体は、液溜め１７０から流路１４０に移動し、再び流路１４０を通り、排出口としての貫通孔１５０から排出される。流路チップ１１２のその他の構成は流路チップ１１０と同様であるため、重複する説明は省略する。

液体の移動は、吸引調節部および液体吸引器具によって制御可能である。たとえば、貫通孔１５０から液溜め１７０の方向へ、流路１４０内で液体を移動させるときは、吸引調節部は、ピペット２１０が貫通孔１５０内に挿入された状態で、ピペット２１０と連通するノズル２２０内部の圧力を大気圧よりも大きくする。逆に、液溜め１７０から貫通孔１５０の方向へ、流路１４０内で液体を移動させるときは、吸引調節部は、ノズル２２０内部の圧力を大気圧よりも小さくする。

液体を、所定の回数だけ流路１４０内で往復させた後に、第１の実施形態、第２の実施形態および第３の実施形態のいずれかを行うことによって、貫通孔１５０、流路１４０および液溜め１７０から液体を除去することができる。

本実施形態によれば、流路１４０内に液体を繰り返し往復させることで、流路内での反応等を繰り返し生じさせて、反応等の効率を容易に高めることができる。

また、本実施形態によれば、液体の導入、移動および異なる吸引速度での吸引が容易に実施可能である。たとえば、図７において、ノズル２２０内部の圧力を増加または減少させるのみで、液体の導入、移動および異なる吸引速度での吸引ができる。そのため、本実施形態は、装置構成を複雑にすることなく、かつ、追加のコストを必要とせずに、流路１４０内での液体の往復による反応等の効率の向上、および残液量の減少、をいずれも達成することができる。

また、本実施形態においても、流路１４０の天面１４５よりも液溜め１７０内における液体の液面が上に位置するときにのみ第１の速度での吸引（Ｓ２２０）を行ってもよい（第２の実施形態を参照）。このとき、流路１４０の天面１４５よりも液溜め１７０内における液体の液面が上に位置するときに、液体の吸引速度を、Ｖ_１（Ｓ２２０）からＶ_２（Ｓ２３０）に変更してもよいし、液体の液面が液溜め１７０内に位置するときに、液体の吸引速度を、Ｖ_１（Ｓ２２０）からＶ_２（Ｓ２３０）に変更してもよい。

（第５の実施形態）
第５の実施形態は、合流する複数の流路を有する流路チップにおいて、第１の実施形態、第２の実施形態および第３の実施形態のうちいずれかの方法によって、液体を除去する方法に係る。

図８は、第５の実施形態において液体が除去される流路チップの一例を示す平面図である。本実施形態において、流路チップ１１４は、導入口としての貫通孔１６２および貫通孔１６４、ならびに排出口としての貫通孔１５０を有する。貫通孔１６２は流路１４２と連通し、貫通孔１６４は流路１４４と連通し、流路１４２および流路１４４はいずれも流路１４６と連通し、流路１４６は貫通孔１５０と連通する。貫通孔１６２から導入され流路１４２を流通する第１の液体と、貫通孔１６４から導入され流路１４４を流通する第２の液体とは、流路１４６で合流して混合され、必要な反応等が生じた後に、貫通孔１５０から除去される。流路チップ１１４のその他の構成は流路チップ１１０と同様であるため、重複する説明は省略する。

第１の実施形態、第２の実施形態および第３の実施形態は、このような流路チップ１１４においても、適用可能である。つまり、貫通孔１５０内の液体に挿入したピペットからの吸引速度を変更することで、第１の実施形態、第２の実施形態および第３の実施形態のいずれかに記載の方法によって、液体の除去をさらに短時間で行うことが可能となり、かつ、流路１４２、流路１４４および流路１４６内への液体の残留もさらに生じにくくすることが可能となる。

流路１４２と流路１４４とは、流路の長さが互いに異なっていてもよい。このような流路チップ１１４においても、第１の実施形態、第２の実施形態および第３の実施形態のいずれかに記載の方法によって液体の除去を行うことが可能である。このとき、第２の実施形態を実施する場合には、流路内への空気の導入による液体の分断をより生じにくくする観点から、長さが一番短い流路において、液体の液面が、流路の天面１４５より、鉛直方向上方に位置するときに、液体の吸引速度を、Ｖ_１（Ｓ２２０）からＶ_２（Ｓ２３０）に変更することが好ましい。

流路１４２と流路１４４とは、流路の勾配が互いに異なっていてもよい。このような流路チップ１１４においても、第１の実施形態、第２の実施形態および第３の実施形態のいずれかに記載の方法によって液体の除去を行うことが可能である。このとき、第２の実施形態を実施する場合には、流路内への空気の導入による液体の分断をより生じにくくする観点から、貫通孔１６２および貫通孔１６４のうち、流路の開口部の天面（上端）の位置が低い方の貫通孔において、液体の液面が、流路の開口部の天面（上端）よりも鉛直方向上方に位置するときに、液体の吸引速度を、Ｖ_１（Ｓ２２０）からＶ_２（Ｓ２３０）に変更することが好ましい。

図８には２つの流路１４２および流路１４４が合流する態様を記載したが、本実施態様において合流する流路の数は２つ以上であればよい。たとえば、流路チップ１１４は、３つ、４つまたはそれ以上の数の流路を有していてもよい。

［液体操作装置］
上記した液体の除去方法は、流路チップに液体を導入および除去して反応等を行わせることのできる、通常の液体操作装置によって、実施可能である。

図９Ａおよび図９Ｂは、本発明に係る液体操作装置４００の例を示す側面図である。液体操作装置４００は、上記流路チップ１１０、流路チップ１１２または流路チップ１１４を保持するチップホルダー１００、上記液体吸引器具を保持する吸引器具ホルダー２００、および前記液体吸引器具への液体の吸引速度を調節する吸引調節部３００を有する。

チップホルダー１００は、流路チップ１１０を保持可能であればよい。チップホルダー１００は、必要に応じて、流路チップ１１０を移動可能に構成されてもよい。

吸引器具ホルダー２００は、液体吸引器具を保持可能であればよい。吸引器具ホルダー２００は、液体吸引器具を貫通孔１５０内の液体に挿入するため、液体吸引器具を鉛直方向または水平方向に移動可能に構成されてもよい。

液体吸引器具は、液体を吸引することができればよい。たとえば、液体吸引器具は、図９Ａに示すように、ピペット２１０およびノズル２２０を含む構成とすることができる。ピペット２１０は、貫通孔１５０内に挿入可能な形状を有しており、吸引口２１５から貫通孔１５０内の液体を吸引可能である。ノズル２２０は、ピペット２１０が吸引した液体を一時的に貯蔵可能である。また、液体吸引器具は、図９Ｂに示すように、ピペット２１０、およびプランジャ２３０を有するシリンジ２４０、を含む構成とすることができる。

液体操作装置は、液体吸引器具と一体に構成されていてもよく、液体吸引器具を保持および解放可能に構成されていてもよい。

吸引調節部３００は、所望の吸引速度で液体吸引器具の内部に液体を吸引することができればよい。たとえば、図９Ａおよび図９Ｂにおいては、吸引調節部３００は、ノズル２２０内部を所定の気圧にまで減圧させることができればよい。ノズル２２０内部を所定の程度にまで減圧させると、ノズル２２０内部の気圧と、貫通孔１６０または液溜め１７０から液体に印加される第２の気圧と、の圧力差により、ピペット２１０からノズル２２０内へ液体が吸引され、流路チップ１１０の内部から液体が除去される。吸引調節部３００は、第１の速度（Ｖ_１）での液体の吸引、第２の速度（Ｖ_２）での液体の吸引、および任意に行われる第３の速度（Ｖ_３）での液体の吸引が、連続して行われるように、ノズル２２０内部の気圧を変化させる。

吸引調節部３００は、図９Ａに示すように、圧力弁３１０、減圧部３２０、ならびに圧力弁３１０および減圧部３２０を制御する制御部３３０を有する構成とすることができる。制御部３３０は、減圧部３２０にノズル２２０内部の空気を排出させて、ノズル２２０内部の気圧を低下させる。このとき、制御部３３０は、圧力弁３１０を制御して排気量を変更することで、ノズル２２０内の圧力の減少を調節し、ピペット２１０からの液体の吸引速度を調節する。減圧部３２０の例には、公知の減圧ポンプが含まれる。

吸引調節部３００は、図９Ｂに示すように、シリンジ２４０、シリンジ２４０に接続したプランジャ２３０、およびプランジャ２３０の移動を制御する制御部３３０を有する構成としてもよい。制御部３３０は、プランジャ２３０を移動させてシリンジ２４０内部の体積を増大させ、シリンジ２４０内部の気圧を低下させる。このとき、制御部３３０は、プランジャ２３０を移動させる速度を変更することで、シリンジ２４０内の圧力の減少を調節し、ピペット２１０からの液体の吸引速度を調節する。

吸引調節部３００は、液体を流路に導入する導入制御部として動作してもよい。このとき、液体吸引器具は、流路チップ１１０内に液体を導入する液体導入器具になり得る。たとえば、図９Ａにおいて、吸引調節部３００は、減圧部３２０を加圧部として機能させてノズル２２０内部に空気を導入してノズル２２０内部を加圧することで、ノズル２２０からピペット２１０を通じて流路１４０に液体を導入することができる。また、図９Ｂにおいて、吸引調節部３００は、プランジャ２３０を移動させてシリンジ２４０内部の体積を減少させて、シリンジ２４０内部を加圧することで、流路１４０に液体を導入することができる。

吸引調節部３００は、液面の位置を測定する液面測定部として動作してもよい。たとえば、吸引調節部３００は、流路チップ１１０内の液体の量から、貫通孔１５０、流路１４０、および貫通孔１６０または液溜め１７０の容積を順に減算していき、得られた値がマイナスになった位置に液面があると判定することができる。このとき、たとえば、吸引調節部３００は、流路チップ１１０内に導入した液体の量から、吸引速度と吸引時間とを積算して得た液体の除去量を減算することで、流路チップ１１０内の液体の量を求めることができる。

吸引調節部３００は、液面測定部として動作して得られた液面の位置をもとに、例えば、液面が流路の天面より、鉛直方向上方に位置するときにのみ、第１の速度（Ｖ_１）から第２の速度（Ｖ_２）に液体の吸引速度を切り替えることができる。また、吸引調節部３００は、液面が流路内に位置するとき、または流路から液体が除去された後に、第２の速度（Ｖ_２）から第３の速度（Ｖ_３）に液体の吸引速度を切り替えることができる。その他、吸引調節部３００は、前記した液体を除去する方法を実施可能に、液体の吸引速度を適宜切り替えることができる。

液体操作装置は、目的とする反応等に応じて、その他の構成を備えていてもよい。その他の構成の例には、光照射部、光検出部、加熱部、温度測定部、および流路チップまたは液体吸引器具の位置を移動させるための位置制御部が含まれる。

［液体除去の具体例］
図７に示す流路チップ１１２の貫通孔１５０にピペット２１０を挿入した状態で、異なる吸引速度による複数の吸引工程によって、ピペット２１０に流路１４０内の液体を吸引して、流路チップ１１２の流路１４０内の液体を除去した。

流路１４０は、最大幅が５ｍｍ、高さが０．１ｍｍ、容量が１０μＬのマイクロ流路である。基板１２０および流路蓋１３０の材料はいずれも樹脂であり、基板１２０の、流路１４０に接する表面には材料を金とする膜が形成されていた。１５０μＬの液体（蛍光標識された二次抗体を含む標識液）を、流路チップ１１２の流路１４０、貫通孔１５０および液溜め１７０に導入した。貫通孔１５０に、液体吸引器具としての、容量３００μＬのピペットチップ（ＡＲＴ３００、Ｔｈｅｒｍｏｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社製）を挿入し、ステッピングポンプ（ＭＳ−ＳＰＶＩＩＩ、株式会社伊藤製作所製）により、ピペットチップに連通したノズル内を減圧して、液体の吸引を行った。各吸引工程における吸引速度を表１に記載の速度とし、各吸引工程における吸引量および吸引時間を表２に記載の条件とした。液体は、ノズル２２０に接続した不図示のプランジャを移動させ、ノズル２２０内部の体積を増大させて、流路チップ１１２内から吸引および除去された。

なお、この流路チップ１１２において、許容最大残液量は、２．０μＬであった。

基準吸引速度よりも速い吸引速度での第１吸引工程と、第１吸引工程よりも遅い吸引速度での第２吸引工程とを組み合わせることで、残液量が許容残最大液量以下となる単一の速度での液体の除去（実験３）よりも短時間で液体を除去することができ、かつ、残液量はほぼ変わらなかった（実験１）。

第２吸引工程の後に、さらに吸引速度が遅い第３吸引工程を組み合わせた場合でも、基準吸引速度での液体の除去よりも短時間で液体を除去することができた（実験２）。また、流路１４０内に液体が存在する状態で、第３吸引工程をさらに行うことで、流路１４０内の残液量がより減ることが確認された（実験２）。

本出願は、２０１５年１１月９日出願の日本国出願番号２０１５−２１９４９２号に基づく優先権を主張する出願であり、当該出願の特許請求の範囲、明細書および図面に記載された内容は本出願に援用される。

本発明に係る液体の除去方法によれば、流路チップの構成を変更することなく、かつ、液体除去の時間を必要以上に長くせずに、液混じりをより生じにくくすることができる。また、本発明に係る液体の除去方法によれば、液体除去の時間を短縮することも可能である。よって、本発明は、特に化学または生化学分野における、流路チップのさらなる普及および発展に寄与することが期待される。

１００ チップホルダー
１１０ 流路チップ
１１２ 流路チップ
１１４ 流路チップ
１２０ 基板
１３０ 流路蓋
１４０ 流路
１４５ 流路の天面
１５０ 貫通孔
１６０ 貫通孔
１７０ 液溜め
１７２ 膜
２００ 吸引器具ホルダー
２１０ ピペット
２２０ ノズル
２３０ プランジャ
３００ 吸引調節部
３１０ 圧力弁
３２０ 減圧部
３３０ 制御部
４００ 液体操作装置

Claims (6)

1. 流路の天面に外部と連通する貫通孔を有する流路チップの前記流路内の液体を、前記貫通孔を介して挿入された液体吸引器具により吸引して除去する方法であって、
   前記流路内の液体の一部を第１の吸引速度で前記液体吸引器具に吸引する第１吸引工程と、
   前記第１吸引工程の後に、前記流路内に残存する液体を前記第１の吸引速度よりも遅い第２の吸引速度で前記液体吸引器具に吸引する第２吸引工程と、
   を含む、方法。
2. 前記第１吸引工程および前記第２吸引工程は、それぞれ１回ずつ行われる、請求項１に記載の方法。
3. 前記第１吸引工程は、前記液体の液面が、前記流路の前記天面より、鉛直方向上方に位置するときにのみ行われる、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記第２吸引工程の後に連続して行われる、前記第２の吸引速度よりも遅い第３の吸引速度で前記液体を前記液体吸引器具の内部に吸引する第３吸引工程をさらに含み、
   前記第３吸引工程は、前記液体の液面が前記流路内に位置するときに行われる、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記流路の断面積の最大値は、５ｍｍ^２以下である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. 流路の天面に外部と連通する貫通孔を有する流路チップを保持するためのチップホルダーと、
   前記チップホルダーに保持された前記流路チップの前記貫通孔に挿入されて前記流路内の液体を吸引する液体吸引器具を保持するための吸引器具ホルダーと、
   前記液体吸引器具への前記液体の吸引速度を第１の吸引速度に制御し、かつ、前記第１の吸引速度で吸引した後に連続して、前記液体吸引器具への前記液体の吸引速度を前記第１の吸引速度よりも遅い第２の吸引速度に制御する吸引調節部と、
   を含む、液体操作装置。

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