JP6876010B2

JP6876010B2 - 収容部および流体取扱装置

Info

Publication number: JP6876010B2
Application number: JP2018014838A
Authority: JP
Inventors: 茂上村
Original assignee: Enplas Corp
Current assignee: Enplas Corp
Priority date: 2018-01-31
Filing date: 2018-01-31
Publication date: 2021-05-26
Anticipated expiration: 2038-01-31
Also published as: US20200353461A1; JP2019132693A; CN111684287A; WO2019151290A1

Description

本発明は、収容部および当該収容部を有する流体取扱装置に関する。

一般に、血液、タンパク質、ＤＮＡなどの生体物質は、試薬との混合や、加熱、冷却、検出などの工程を行うことで解析される。近年、このような複数の工程を連続して行うためのデバイスが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１には、インサート（収容部）と、インサートを回転可能に収容するカートリッジ本体（ケース）とを有するマルチチャンバ型回転バルブ（流体取扱装置）が記載されている。インサートは、内部に形成された複数のチャンバーを有している。インサートの側壁には、各チャンバーに対応して形成された複数の貫通孔がそれぞれ形成されている。カードリッジ本体の側壁には、貫通孔に対応する高さにシリンジを挿入可能な挿入口が形成されている。なお、各チャンバーには、解析に必要な試薬や検体などの液体が予め充填されている。

特許文献１に記載のマルチチャンバ型回転バルブでは、例えば、シリンジを挿入口から第１チャンバーに対応した第１貫通孔に挿入して、第１チャンバーに充填されている検体をシリンジ内に吸引する。次いで、第２チャンバーに対応した第２貫通孔を挿入口に合わせるようにインサートを周方向に回転させ、第２チャンバーに充填されている試薬をシリンジ内に吸引する。これにより、シリンジ内で検体および試薬が混合される。また、検体および試薬の混合液を加熱する場合には、シリンジ内の混合液を加熱用の第３チャンバーに吐出して、マルチチャンバ型回転バルブを加熱装置などで加熱することで混合液を加熱する。

特表２０１２−５２２９９６号公報

特許文献１に記載のマルチチャンバ型回転バルブは、解析毎に交換する必要があるため、樹脂材料を用いた射出成形によって安価に製造されることが多い。複数の貫通孔を有するインサートを射出成形で製造する場合、製造工程を簡略化し、製造コストを低くするために、同一方向にスライド可能な同一形状（例えば円柱状）の複数の金型ピンを用いて複数の貫通孔を形成することがある。このように同一方向にスライド可能な複数の金型ピンを用いて複数の貫通孔を形成されたインサートでは、インサートの外周面の法線に沿って形成された中央の貫通孔の外側開口部は、所望の形状（例えば円形状）に形成される。一方、インサートの外周面の法線に対して斜めに形成されたその他の貫通孔の外側開口部は、周方向に広がった形状（例えば楕円形状）に形成される。

開口部が適切に形成された中央の貫通孔については、シリンジの形状と外側開口部の形状が一致するため、液体がインサートに残留しにくい。一方、その他の貫通孔は、シリンジの形状と外側開口部の形状が一致しないため、シリンジと外側開口部の隙間に液体が残留しやすい。このようにして残留した液体は、インサートを回転させたときに、インサートとカートリッジとの間に移動して他の液体などと混ざってしまうおそれがある。

本発明の目的は、シリンジを用いて液体が操作されたときに連通孔に液体が残留しにくい収容部および当該収容部を有する流体取扱装置を提供することである。

本発明の収容部は、回転軸を中心として回転可能にケース内に収容された状態で、シリンジを用いて流体を操作されるための収容部であって、略円筒状に形成された側壁と、前記側壁の内部に形成された複数のチャンバーと、前記回転軸の軸方向における同一高さにおいて前記側壁に形成され、前記側壁の外側と前記複数のチャンバーのいずれかとを連通し、直線状に延在する複数の連通孔を含む、１組または２組以上の連通孔群と、を有し、１組の前記連通孔群に含まれる前記複数の連通孔の連通方向は、互いに平行であり、前記複数の連通孔の外側開口部の法線方向から見た形状は、それぞれ実質的に同じである。

本発明の流体取扱装置は、本発明に係る収容部と、前記収容部を収容するケースと、を有し、前記ケースは、前記収容部を回転可能に保持するケース本体と、前記ケース本体の側壁であって前記連通孔の外側開口部に対応する高さに形成され、前記連通孔の外側開口部までシリンジを挿入可能な挿入部と、を含む。

本発明の収容部は、シリンジを用いて液体を操作されたときに連通孔に液体が残留しにくい。

図１Ａ〜Ｃは、流体取扱装置の構成を示す図である。図２Ａ、Ｂは、収容部の構成を示す図である。図３Ａ〜Ｃは、ケースの構成を示す図である。図４Ａ、Ｂは、本実施の形態に係る収容部の連通孔を説明するための図である。図５Ａ、Ｂは、液体の残留を説明するための図である。図６Ａ、Ｂは、比較例の収容部の連通孔を説明するための図である。図７Ａ、Ｂは、液体の残留を説明するための図である。

以下、本実施の形態に係る収容部および当該収容部を有する流体取扱装置について、添付した図面を参照して説明する。

（流体取扱装置の構成）
図１Ａ〜Ｃは、流体取扱装置１００の構成を示す図である。図１Ａは、流体取扱装置１００の側面図であり、図１Ｂは、図１Ａに示されるＡ−Ａ線の断面図であり、図１Ｃは、図１Ｂに示されるＢ−Ｂ線の断面図である。

図１Ａ〜Ｃに示されるように、流体取扱装置１００は、収容部１１０と、ケース１２０とを有する。流体取扱装置１００は、ケース１２０内に収容部１１０を収容した状態で使用される。流体取扱装置１００は、例えば、ケース１２０に対して収容部１１０を間欠的に回転させつつ、シリンジを用いて試薬や検体などの液体や気体を操作して、検体中の被検出物質を解析するために使用される。

収容部１１０と、ケース１２０とは、それぞれ別体として形成され、組み立てることで流体取扱装置１００となる。収容部１１０およびケース１２０の製造方法は、特に限定されない。収容部１１０およびケース１２０は、製造コストの観点から、いずれも樹脂材料を用いた射出成形で製造されることが好ましい。収容部１１０およびケース１２０の材料は、解析に使用される耐試薬性を有し、かつ解析時の温度で変形しなければ特に限定されない。収容部１１０およびケース１２０の材料の例には、ポリプロピレン（ＰＰ）、熱可塑性ポリウレタンエラストマー（ＴＰＵ）、ポリカーボネート（ＰＣ）が含まれる。

図２Ａ、Ｂは、収容部１１０の構成を示す図である。図２Ａは、収容部１１０の側面図であり、図２Ｂは、図２Ａに示されるＡ−Ａ線の断面図である。

収容部１１０は、ケース１２０に対して回転軸を中心として回転可能に収容される。収容部１１０は、底部が閉塞された略円筒形状である。回転軸に垂直な方向において、収容部１１０の外形の形状は、円形である。収容部１１０は、側壁１１１と、複数のチャンバー１１３と、１または２組以上の連通孔群１１５とを有する。収容部１１０は、側壁１１１によりその外形が規定されている。また、収容部１１０は、内壁１１２により複数のチャンバー１１３が区画されているとともに、内壁１１２により円柱形状の内部穴１１４が区画されている。

チャンバー１１３は、検体や試薬などの液体や気体（以下、単に「流体」ともいう）を一時的に保管するとともに、流体などを反応させる反応槽としても機能する。チャンバー１１３の数は、特に限定されない。チャンバー１１３の数は、解析に必要な工程に応じて適宜設定できる。本実施の形態では、チャンバー１１３の数は、１４個である。各チャンバー１１３の大きさも特に限定されない。各チャンバー１１３は、同じ大きさでもよいし、それぞれ異なる大きさでもよい。本実施の形態では、図２Ｂにおける紙面上側半分の複数のチャンバー１１３と、紙面上側半分の複数のチャンバー１１３のそれぞれに対応した紙面下側半分の複数のチャンバー１１３とのそれぞれは、同じ形状である。すなわち、本実施の形態では、複数のチャンバー１１３は、回転軸を含む断面を境界に対称となるように形成されている。

側壁１１１には、複数の連通孔１１６を含む連通孔群１１５が１組または２組以上形成されている。本実施の形態では、側壁１１１には、２組の連通孔群１１５が形成されている。連通孔１１６の数は、チャンバー１１３の数と同じ１４個である。また、１組の連通孔群１１５は、７個の連通孔１１６を有している。本実施の形態では、連通孔１１６の形状が主たる特徴であるため、その詳細は、後述する。

図３Ａ〜Ｃは、ケース１２０の構成を示す図である。図３Ａは、ケース１２０の平面図であり、図３Ｂは、側面図であり、図３Ｃは、図３Ｂに示されるＡ−Ａ線の断面図である。

ケース１２０は、回転軸を中心として収容部１１０を回転可能に収容する。ケース１２０は、台座１２１と、ケース本体１２２と、挿入部１２３とを有する。

台座１２１は、ケース本体１２２を設置するとともに、加熱冷却装置などの外部機器に対する設置部として機能する。台座１２１の上部には、ケース本体１２２が固定されている。台座１２１の中心部分には、台座１２１の表面と裏面にそれぞれ開口した孔１２６が形成されている。

ケース本体１２２は、回転軸を中心として収容部１１０を回転可能に収容する。ケース本体１２２は、円筒状に形成されている。ケース本体１２２の内周面の大きさは、収容部１１０の外周面よりもわずかに大きい。ケース本体１２２の側壁１１１には、シリンジを挿入するための挿入部１２３が配置されている。

挿入部１２３は、筒状に形成されている。挿入部１２３の内面の形状は、シリンジと略相補的な形状が好ましい。挿入部１２３は、シリンジの先端が挿入部１２３の内側開口部１２４まで挿入できるように構成されている。すなわち、挿入部１２３の内側開口部１２４の形状は、シリンジの先端と相補的な形状であり、挿入部１２３の外側開口部１２５の形状は、シリンジの外形と相補的な形状である。ケース本体１２２に対する挿入部１２３の内側開口部１２４の高さは、収容部１１０をケース１２０に収容したときの連通孔１１６と同じ高さである。

なお、特に図示しないが、収容部１１０は、各チャンバー１１３の開口部の少なくとも一部を塞ぐ蓋を有していてもよい。

ここで、収容部１１０に形成された連通孔群１１５について詳細に説明する。なお、比較のため、比較例の収容部１１０ａおける連通孔群１１５ａについても説明する。図４Ａ、Ｂは、連通孔群１１５を説明するための収容部１１０の部分拡大断面図である。図４Ａは、本実施の形態に係る収容部１１０の連通孔群１１５を連通孔１１６の軸方向から見た場合の連通孔１１６の形状を説明するための収容部１１０の部分拡大断面図であり、図４Ｂは、本実施の形態に係る収容部１１０の連通孔群１１５を収容部１１０の側壁１１１の外周面の法線方向から見た場合の連通孔１１６の形状を説明するための収容部１１０の部分拡大断面図である。図５Ａ、Ｂは、液体の残留を説明するための図である。図５Ａは流体取扱装置１００を側方から見た場合の部分拡大断面図であり、図５Ｂは上側から見た場合の部分拡大断面図である。なお、図４Ａ、Ｂでは、収容部１１０の内部構造および側壁１１１のハッチングを省略している。

前述したように、本実施の形態に係る収容部１１０は、２組の連通孔群１１５を有する。２組の連通孔群１１５に含まれる複数の連通孔１１６の連通方向それぞれは、互いに平行である。すなわち、２組の連通孔群１１５は、回転軸を含む断面を境界として対称となるように形成されている。複数の連通孔１１６は、連通している側壁１１１の外側からチャンバー１１３に向かって直線状に延在する。また、連通孔群１１５における連通孔１１６の数は、チャンバー１１３の数と同じである。本実施の形態では、連通孔群１１５における連通孔１１６の数は、７個である。

連通孔１１６の外側開口部１１７の形状は、特に限定されない。連通孔１１６の外側開口部１１７の形状は、使用するシリンジの先端の形状と相補的な形状が好ましい。連通孔１１６の外側開口部１１７の形状の例には、円、楕円、矩形が含まれる。本実施の形態では、連通孔１１６の外側開口部１１７の形状は、円である。

図４Ａに示されるように、連通孔１１６の軸方向に沿って見たときの複数の連通孔１１６の外側開口部１１７の形状は、それぞれ同じではない。より具体的には、連通孔１１６の軸と収容部１１０の側壁１１１の法線とが一致する中央の連通孔１１６の外側開口部１１７の形状は、円形である。しかし、中央の連通孔１１６から周方向にずれた連通孔１１６の外側開口部１１７の形状は、高さ方向に長い楕円形状である。また、これらの連通孔１１６は、中央の連通孔１１６から離れるにつれて、外側開口部１１７の幅（短軸の長さ）が短くなる。

一方、図４Ｂに示されるように、収容部１１０の側壁１１１の外周面の法線方向における複数の連通孔１１６の外側開口部１１７の形状は、実質的に同じ形状である。ここで、「実質的に同じ」とは、完全一致のみを示す意味ではなく、製造誤差を含む意味である。

本実施の形態に係る流体取扱装置１００では、シリンジを用いて液体をチャンバー１１３に対して出し入れ（操作）する際に、連通孔１１６の外側開口部１１７に流体が残留しないように、側壁１１１の外周面の法線方向における連通孔１１６の外側開口部１１７の形状と、挿入部１２３の内側開口部１２４の形状とは、ほぼ同じ形状が好ましい。より具体的には、側壁１１１の外周面の法線方向における連通孔１１６の外側開口部１１７の面積と、挿入部１２３の内側開口部１２４（図３参照）の面積との差は、５％以下が好ましい。これにより、側壁１１１の外周面の法線方向における連通孔１１６の外側開口部１１７と、挿入部１２３の内側開口部１２４との間隙を極力少なくできる。

１組の記連通孔群１１５において、互いに隣接する２つの連通孔１１６は、回転軸Ｏを基準として例えば、θ＝１５°以上離れて配置されている。

このような連通孔群１１５（連通孔１１６）を射出成形によって形成するためには、各連通孔群１１５（連通孔１１６）の形状に対応した金型ピン群（金型ピン）が必要となる。本実施の形態では、連通孔群１１５を形成するための金型ピン群は、２組である。具体的には、収容部１１０の回転軸を含む断面を境界として半分の連通孔群１１５を形成する金型ピン群と、残りの半分の連通孔群１１５を形成する金型ピン群とが必要である。また、各金型ピンは、各連通孔１１６に対応した形状である。すなわち、本実施の形態では、金型ピン群の中央に位置する金型ピンの形状は、円柱形状である。一方、金型ピン群の側方に位置する金型ピンの形状は、中央の金型ピンから離れるにつれて、金型ピンの配列方向が短軸となり、金型ピンの配列方向に直交する方向が長軸となる楕円柱形状である。

ここで、流体として液体を使用した場合において、液体が残留するか否かについて説明する。図５Ａに示されるように、本実施の形態に係る流体取扱装置１００では、流体取扱装置１００を側方から見た場合、連通孔１１６の外側開口部１１７の高さと、挿入部１２３の内側開口部１２４の高さとが同じであるため、連通孔１１６の外側開口部１１７の上下方向においては液体が残留することはない。また、図５Ｂに示されるように、流体取扱装置１００を上側から見た場合、連通孔１１６の外側開口部１１７の幅と、挿入部１２３の内側開口部１２４の幅とが同じであるため、連通孔１１６の外側開口部１１７の幅方向の両端部に液体が残留することがない。このため、収容部１１０を間欠的に回転させても、収容部１１０とケース１２０との間に液体が流れ込んでしまうことがない。そして、次の工程において、液体を操作しても、液体が混入することがない。

図６Ａ、Ｂは、比較例の連通孔群１１５ａを説明するための収容部１１０ａの部分拡大断面図である。図６Ａは、比較例の収容部１１０ａの連通孔群１１５ａを連通孔１１６ａの軸方向から見た場合の連通孔１１６ａの形状を説明するための収容部１１０ａの部分拡大断面図であり、図６Ｂは、比較例の収容部１１０ａの連通孔群１１５ａを収容部１１０ａの側壁１１１ａの外周面の法線方向から見た場合の連通孔１１６ａの形状を説明するための収容部１１０ａの部分拡大断面図である。図７Ａ、Ｂは、液体の残留を説明するための図である。図７Ａは流体取扱装置１００ａを側方から見た場合の部分拡大断面図であり、図７Ｂは上側から見た場合の部分拡大断面図である。なお、図６Ａ、Ｂでは、内部構造を省略するとともに、側壁１１１ａのハッチングを省略している。

図６Ａ、Ｂに示されるように、比較例の流体取扱装置１００ａでは、連通孔１１６ａの軸方向に沿って見たときの連通孔１１６の外側開口部１１７ａの形状は、いずれも円形である。また、収容部１１０ａの回転軸に垂直な断面において、連通孔１１６ａの軸と、収容部１１０ａの側壁１１１ａの法線とが一致する場合を除いて、法線方向における連通孔１１６ａの外側開口部１１７ａの形状は、幅方向に長い楕円形状である。

同様に、流体として液体を使用した場合において、液体が残留するか否かについて説明する。図７Ａに示されるように、比較例の流体取扱装置１００ａでは、流体取扱装置１００ａを側方から見た場合、連通孔１１６ａの外側開口部１１７ａの高さと、挿入部１２３ａの内側開口部１２４ａの高さが同じであるため、連通孔１１６ａの外側開口部１１７ａの上下方向においては液体が残留することはない。しかしながら、図７Ｂに示されるように、流体取扱装置１００ａを上側から見た場合、連通孔１１６ａの外側開口部１１７ａの幅は、挿入部１２３ａの内側開口部１２４ａの幅よりも長いため、連通孔１１６ａの外側開口部１１７ａの幅方向の両端部に液体Ｌが残留してしまう。このため、収容部１１０ａを間欠的に回転させると、収容部１１０ａとケース１２０ａとの間に液体が流れ込んでしまう。そして、次の工程において、液体を操作するときに、残留した液体が新しい液体に混入してしまう。

（効果）
以上のように、本発明では、収容部１１０の側壁１１１の外周面の法線方向において連通孔１１６の外側開口部１１７の形状がいずれも実質的に同じであるため、液体が収容部１１０に残留しにくい。よって、液体を正確に操作できるため、検出精度を高めることができる。また、本実施形態に係る流体取扱装置は、液体のみならず気体などの解析に適用可能である。

本発明の収容部および流体取扱装置は、例えば、微量な生体試料などの解析に適用できる。

１００、１００ａ流体取扱装置
１１０、１１０ａ収容部
１１１側壁
１１２内壁
１１３チャンバー
１１４内部穴
１１５、１１５ａ連通孔群
１１６、１１６ａ連通孔
１１７、１１７ａ連通孔の外側開口部
１２０、１２０ａケース
１２１台座
１２２ケース本体
１２３、１２３ａ挿入部
１２４、１２４ａ挿入部の内側開口部
１２５挿入部の外側開口部
１２６孔

Claims

回転軸を中心として回転可能にケース内に収容された状態で、シリンジを用いて流体を操作されるための収容部であって、
略円筒状に形成された側壁と、
前記側壁の内部に形成された複数のチャンバーと、
前記回転軸の軸方向における同一高さにおいて前記側壁に形成され、前記側壁の外側と前記複数のチャンバーのいずれかとを連通し、直線状に延在する複数の連通孔を含む、１組または２組以上の連通孔群と、
を有し、
１組の前記連通孔群に含まれる前記複数の連通孔の連通方向は、互いに平行であり、
前記複数の連通孔の外側開口部の法線方向から見た形状は、それぞれ実質的に同じである、
収容部。
１組の前記連通孔群において、互いに隣接する２つの前記連通孔は、前記回転軸を基準として１５°以上離れて配置されている、請求項１に記載の収容部。
２組の前記連通孔群を有し、
前記２組の連通孔群に含まれる前記複数の連通孔は、前記軸方向において同一高さに形成されている、
請求項１または請求項２に記載の収容部。
前記２組の連通孔群に含まれる前記複数の連通孔の連通方向は、互いに平行である、
請求項３に記載の収容部。
請求項１〜４のいずれか一項に記載の収容部と、
前記収容部を収容するケースと、
を有し、
前記ケースは、
前記収容部を回転可能に保持するケース本体と、
前記ケース本体の側壁であって前記連通孔の外側開口部に対応する高さに形成され、前記連通孔の外側開口部までシリンジを挿入可能な挿入部と、
を含む、
流体取扱装置。
前記連通孔の外側開口部の面積と、前記挿入部の内側開口部の面積との差は、５％以下である、請求項５に記載の流体取扱装置。