(57)【要約】      （修正有）【課題】液体の流量がある程度変化しても所望する大きさのドロップレットを安定して生成することができる液体取扱装置を提供する。【解決手段】液体取扱装置は、第１液体が流動可能な第１流路１３０と、第２液体が移動可能な第２流路１６０と、第２液体が移動可能な第３流路１７０と、第１流路１３０に対する第２流路１６０および第３流路１７０の合流部であって、第１流路１３０内を流れる第１液体が、第２流路１６０および第３流路１７０内を流れる第２液体によって分断されるように構成されたドロップレット生成部１８０と、を有する。第２流路および第３流路は、それぞれ、下流側に、主流路および副流路を有する。第２流路の主流路１６１の開口部および第３流路の主流路１７１の開口部は、互いに対向して配置されている。第２流路の副流路１６２、１６３の開口部および第３流路の副流路１７２、１７３の開口部は、互いに対向して配置されている。【選択図】図２
2019152477.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１液体が流動可能な第１流路と、
前記第１流路と合流し、第２液体が移動可能な第２流路と、
前記第１流路と合流し、第２液体が移動可能な第３流路と、
前記第１流路に対する前記第２流路および前記第３流路の合流部であって、前記第１流路内を流れる前記第１液体が、前記第２流路および前記第３流路内を流れる前記第２液体によってドロップレット状に分断されるように構成されたドロップレット生成部と、
を有し、
前記第２流路および前記第３流路は、それぞれ、下流側に、主流路および副流路を有し、
前記第１流路に対する前記第２流路の前記主流路の開口部および前記第１流路に対する前記第３流路の前記主流路の開口部は、互いに対向して配置され、
前記第１流路に対する前記第２流路の前記副流路の開口部および前記第１流路に対する前記第３流路の前記副流路の開口部は、互いに対向して配置されている、
液体取扱装置。
【請求項２】
前記ドロップレット生成部において、前記第２流路および前記第３流路の前記主流路の前記開口部は、それぞれ、前記第２流路および前記第３流路の前記副流路の前記開口部よりも前記第１流路の上流側に配置され、
前記ドロップレット生成部において、前記第２流路および前記第３流路の前記主流路の前記開口部の幅は、それぞれ、前記第２流路および前記第３流路の前記副流路の前記開口部の幅よりも大きい、
請求項１に記載の液体取扱装置。
【請求項３】
前記ドロップレット生成部において、前記第２流路および前記第３流路の前記副流路の前記開口部の幅は、前記第１流路の幅以下である、請求項１または請求項２に記載の液体取扱装置。
【請求項４】
前記第２液体を導入するための第２液体導入口をさらに有し、
前記第２流路および前記第３流路は、同一の前記第２液体導入口に接続されている、
請求項１〜３のいずれか一項に記載の液体取扱装置。
【請求項５】
前記第１流路と前記第２流路および前記第３流路の前記主流路との合流部における前記第１流路の幅と、前記第１流路と前記第２流路および前記第３流路の前記副流路との合流部における前記第１流路の幅との差の最大値は、１００μｍ以下である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の液体取扱装置。
【請求項６】
前記第２流路および前記第３流路は、それぞれ、複数の副流路を有し、
前記第２流路の前記主流路の前記開口部と前記第２流路の前記副流路の前記開口部との間隔および前記第２流路の前記副流路の前記開口部間の間隔は、いずれも１００μｍ未満であり、
前記第３流路の前記主流路の前記開口部と前記第３流路の前記副流路の前記開口部との間隔および前記第３流路の前記副流路の前記開口部間の間隔は、いずれも１００μｍ未満である、
請求項１〜５のいずれか一項に記載の液体取扱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体取扱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
臨床検査や食物検査、環境検査などの検査において、細胞、タンパク質および核酸などの微量な被分析物を高精度に分析するための液体取扱装置が知られている。たとえば、上記被分析物を含む液体から生成された、直径が０．１〜１０００μｍの微小な液滴（以下、「ドロップレット」ともいう）を取り扱う液体取扱装置が知られている（例えば、非特許文献１参照）。当該液体取扱装置では、被分析物を含む第１液体が流れる流路に第２液体が流れる流路が合流しており、被分析物を含む第１液体が第２液体によって分断されることでドロップレットが生成される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】C. Wyatt Shields IV, et al., Microfluidic cell sorting: a review of the advances in the separation of cells from debulking to rare cell isolation, Lab on a Chip, Vol. 15, pp.1230-1249
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
通常、ドロップレットは、ドロップレット１個あたりに含まれる被分析物の数が最大１つとなるように希釈された液体から生成される。このとき、ドロップレット内に含まれる被分析物の数は、ポアソン分布という確率分布に従う。上記のように、ドロップレット１個あたりに含まれる被分析物の数が最大１つとなるように希釈された液体からドロップレットを生成した場合であっても、生成されるドロップレットの大きさによっては被分析物を含まない空のドロップレットおよび被分析物が複数含まれるドロップレットが生成されうる。たとえば、被分析物を含む第１液体が流れる流路に第２液体が流れる流路が合流している液体取扱装置では、第２液体の流量が増大すると、ドロップレットの大きさが小さくなりやすく、その結果として空のドロップレットが生成されやすい。逆に、第２液体の流量が減少すると、ドロップレットの大きさが大きくなりやすく、その結果として被分析物が複数含まれるドロップレットが生成されやすい。したがって、第２液体の流量を高精度に制御できない場合、ドロップレットの大きさが変化して、空のドロップレットまたは被分析物が複数含まれるドロップレットが生成されやすい。このような空のドロップレットおよび被分析物が複数含まれるドロップレットは、検査の精度を低下させたり、検査に要する時間を増大させたりするため好ましくない。
【０００５】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、液体の流量がある程度変化しても所望する大きさのドロップレットを安定して生成することができる液体取扱装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る液体取扱装置は、第１液体が流動可能な第１流路と、前記第１流路と合流し、第２液体が移動可能な第２流路と、前記第１流路と合流し、第２液体が移動可能な第３流路と、前記第１流路に対する前記第２流路および前記第３流路の合流部であって、前記第１流路内を流れる前記第１液体が、前記第２流路および前記第３流路内を流れる前記第２液体によってドロップレット状に分断されるように構成されたドロップレット生成部と、を有し、前記第２流路および前記第３流路は、それぞれ、下流側に、主流路および副流路を有し、前記第１流路に対する前記第２流路の前記主流路の開口部および前記第１流路に対する前記第３流路の前記主流路の開口部は、互いに対向して配置され、前記第１流路に対する前記第２流路の前記副流路の開口部および前記第１流路に対する前記第３流路の前記副流路の開口部は、互いに対向して配置されている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、液体の流量がある程度変化しても所望する大きさのドロップレットを安定して生成することができる液体取扱装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１Ａおよび図１Ｂは、本発明の実施の形態に係る液体取扱装置を示す図である。
【図２】図２Ａおよび図２Ｂは、液体取扱装置のドロップレット生成部の一例を示す部分拡大図である。
【図３】図３Ａおよび図３Ｂは、液体取扱装置のドロップレット生成部の一例を示す部分拡大図である。
【図４】図４Ａは、第２流路および第３流路の主流路ならびに第２流路および第３流路の副流路の開口部の幅を変化させた場合に生成されるドロップレットの大きさの変化を示すグラフである。図４Ｂは、第１流路と第２流路および第３流路の主流路との合流部における第１流路の幅と、第１流路と第２流路および第３流路の副流路との合流部における第１流路の幅を変更した場合に生成されるドロップレットの大きさの変化を示すグラフである。
【図５】図５Ａは、第２流路および第３流路の副流路の数を変更した場合に生成されるドロップレットの大きさの変化を示すグラフである。図５Ｂは、第２流路および第３流路の副流路の開口部の間隔を変更した場合に生成されるドロップレットの大きさの変化を示すグラフである。
【図６】図６は、第１流路を流れる第１液体に界面活性剤を添加した場合に生成されるドロップレットの大きさの変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明において、「流路の断面積」とは、当該流路の流れ方向に直交する断面の面積を意味する。
【００１０】
（液体取扱装置の構成）
図１Ａは、本発明の一実施の形態に係る液体取扱装置１００を示す平面図であり、図１Ｂは、液体取扱装置１００を示す斜視図である。これらの図では、流路の構成を示すためにフィルムを省略している。
【００１１】
液体取扱装置１００は、貫通孔および溝が形成されている基板１１０と、前記貫通孔および溝の開口部を塞ぐように基板１１０の一方の面に配置されているフィルム（図示省略）とを有する。この後説明するように、基板１１０に形成された貫通孔の一方の開口部がフィルムによって塞がれることで、第１液体導入口１２０、第２液体導入口１４０およびドロップレット取出口２００（いずれも後述）が形成されている。また、基板１１０に形成された溝の開口部がフィルムによって塞がれることで、第１流路１３０、第２液体共通流路１５０、第２流路１６０、第３流路１７０、ドロップレット生成部１８０およびドロップレット流路１９０（いずれも後述）が形成されている。
【００１２】
図１Ａおよび図１Ｂに示されるように、液体取扱装置１００は、第１液体導入口１２０、第１流路１３０、第２液体導入口１４０、第２液体共通流路１５０、第２流路１６０、第３流路１７０、ドロップレット生成部１８０、ドロップレット流路１９０およびドロップレット取出口２００を有する。
【００１３】
第１液体導入口１２０は、ドロップレットとなる第１液体を収容するための有底の凹部である。前述のとおり、第１液体導入口１２０は、基板１１０に形成された貫通孔の一方の開口部をフィルムで塞ぐことで形成されている。第１液体導入口１２０は、第１流路１３０に接続されている。第１液体導入口１２０の形状および大きさは、外部から第１液体導入口１２０に第１液体を導入することができれば、特に限定されない。第１液体導入口１２０の形状の例には、円柱形状、円錐台形状が含まれる。本実施の形態では、第１液体導入口１２０の形状は、円柱形状である。
【００１４】
第１液体導入口１２０から導入される第１液体の種類は、特に限定されない。第１液体は、例えば、細胞や核酸（例えばＤＮＡまたはＲＮＡ）、タンパク質（例えば酵素）などの被分析物を含む液体である。当該液体における被分析物の分散媒または溶媒は、被分析物を分散または溶解させることができれば特に限定されず、例えば、水や緩衝液、生理食塩水などである。また、第１液体は、血液や血漿、血清、これらの希釈液などであってもよい。
【００１５】
第１流路１３０は、第１液体導入口１２０から導入された第１液体をドロップレット生成部１８０に導くための流路である。第１流路１３０の上流端は、第１液体導入口１２０に接続されており、第１流路１３０の下流端は、ドロップレット生成部１８０に接続されている。第１流路１３０の下流端は、ドロップレット生成部１８０の一部を構成しているともいえる。第１流路１３０の形状は、特に限定されない。本実施の形態では、第１流路１３０は、直線状である。第１流路１３０の断面積は、特に限定されず、生成するドロップレットの大きさに応じて適宜設定されうる。第１流路１３０の流路幅は、例えば３０μｍ〜１００μｍ程度である。第１流路１３０の流路の深さは、例えば３０μｍ〜１００μｍ程度である。
【００１６】
第２液体導入口１４０は、第１液体を分断してドロップレット状にするための第２液体を収容するための有底の凹部である。前述のとおり、第２液体導入口１４０は、基板１１０に形成された貫通孔の一方の開口部をフィルムで塞ぐことで形成されている。第２液体導入口１４０には、第２液体共通流路１５０を介して、第２流路１６０および第３流路１７０が接続されている。すなわち、第２流路１６０および第３流路１７０は、同一の第２液体導入口１４０に接続されている。第２液体導入口１４０の形状および大きさは、外部から第２液体導入口１４０に第２液体を導入することができれば、特に限定されない。第２液体導入口１４０の形状の例には、円柱形状、円錐台形状が含まれる。本実施の形態では、第２液体導入口１４０の形状は、第１液体導入口１２０と同様に、円柱形状である。
【００１７】
第２液体導入口１４０から導入される第２液体の種類は、第１液体の種類に応じて適宜選択されうる。第２液体は、第１液体のドロップレットの分散媒としても機能するので、第１液体と相溶せず、かつ第１液体を変性させない液体であればよい。たとえば、第１液体が血液である場合には、第２液体は、鉱物油やシリコーンオイルなどの常温で液状の各種オイルである。また、第２液体は、界面活性剤を添加したオイルであってもよい。
【００１８】
第２液体共通流路１５０は、第２液体導入口１４０から導入された第２液体を第２流路１６０および第３流路１７０に導く流路である。第２流路１６０および第３流路１７０が第２液体導入口１４０に直接接続されている場合は、第２液体共通流路１５０は省略されうる。第２液体共通流路１５０の上流端は、第２液体導入口１４０に接続されており、第２液体共通流路１５０の下流端は、第２流路１６０および第３流路１７０の上流端に接続されている。第２液体共通流路１５０の形状は、特に限定されない。本実施の形態では、第２液体共通流路１５０は、直線状である。第２液体共通流路１５０の幅および深さは、特に限定されない。
【００１９】
第２流路１６０および第３流路１７０は、第２液体導入口１４０から導入された第２液体をドロップレット生成部１８０に導く流路である。本実施の形態では、第２流路１６０および第３流路１７０の上流端は、第２液体共通流路１５０の下流端に接続されており、第２流路１６０および第３流路１７０の下流端は、ドロップレット生成部１８０に接続されている。第２流路１６０および第３流路１７０の下流端は、ドロップレット生成部１８０の一部を構成しているともいえる。この後説明するように、第２流路１６０および第３流路１７０は、ドロップレット生成部１８０において第１流路１３０に合流している。第２流路１６０および第３流路１７０の形状は、特に限定されない。本実施の形態では、第２流路１６０および第３流路１７０は、第１液体導入口１２０および第１流路１３０を取り囲むように配置されており、第２流路１６０は、第１流路１３０の一方の側面に開口し、第３流路１７０は、第１流路１３０の他方の側面に開口している。
【００２０】
また、この後説明するように、第２流路１６０の下流部は、主流路１６１と、１または２以上の副流路１６２〜１６４とに分岐している。同様に、第３流路１７０の下流部は、主流路１７１と、１または２以上の副流路１７２〜１７４とに分岐している。したがって、第２流路１６０の主流路１６１および副流路１６２〜１６４は、第１流路１３０の一方の側面に開口し、第３流路１７０の主流路１７１および副流路１７２〜１７４は、第１流路１３０の他方の側面に開口している。第２流路１６０の主流路１６１の開口部および第３流路１７０の主流路１７１の開口部は、互いに対向して配置されている（図２Ａ〜図３Ｂ参照）。同様に、第２流路１６０の副流路１６２〜１６４の開口部および第３流路１７０の副流路１７２〜１７４の開口部は、互いに対向して配置されている（図２Ａ〜図３Ｂ参照）。
【００２１】
なお、本実施の形態では、第２流路１６０および第３流路１７０は、第２液体共通流路１５０を介して第２液体導入口１４０に接続されているが、第２液体導入口１４０に直接接続されてもよい。
【００２２】
ドロップレット生成部１８０は、第１流路１３０内を流れる第１液体が第２流路１６０および第３流路１７０内を流れる第２液体によってドロップレット状に分断されるように構成された、第１流路１３０と第２流路１６０および第３流路１７０との合流部である。ドロップレット生成部１８０では、第１流路１３０内を流れる第１液体が第２流路１６０および第３流路１７０内を流れる第２液体によって分断されることで、第２液体中に第１液体のドロップレットが生成される。前述のとおり、ドロップレット生成部１８０では、第２流路１６０の主流路１６１の開口部および第３流路１７０の主流路１７１の開口部は、互いに対向して配置されている。同様に、第２流路１６０の副流路１６２〜１６４の開口部および第３流路１７０の副流路１７２〜１７４の開口部は、互いに対向して配置されている。本実施の形態に係る液体取扱装置１００の主たる特徴は、ドロップレット生成部１８０の構成にある。そこで、ドロップレット生成部１８０については別途詳細に説明する。
【００２３】
ドロップレット流路１９０は、ドロップレット生成部１８０で生成されたドロップレットをドロップレット取出口２００に導く流路である。ドロップレット流路１９０の上流端は、ドロップレット生成部１８０に接続されており、ドロップレット流路１９０の下流端は、ドロップレット取出口２００に接続されている。ドロップレット流路１９０の形状は、ドロップレットを適切に移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、ドロップレット流路１９０は、直線状であり、第１流路１３０と同一直線上に配置されている。したがって、第１流路１３０およびドロップレット流路１９０からなる直線状の流路の、第１流路１３０およびドロップレット流路１９０の境界領域に、第２流路１６０および第３流路１７０が合流しているともいえる。ドロップレット流路１９０の断面積は、ドロップレットを壊さなければ特に限定されず、生成するドロップレットの大きさに応じて適宜設定されうる。ドロップレット流路１９０の流路幅は、例えば５０μｍ〜３００μｍ程度である。ドロップレット流路１９０の流路の深さは、例えば３０μｍ〜１００μｍ程度である。
【００２４】
ドロップレット取出口２００は、ドロップレット流路１９０内を移動してきたドロップレットを収容するための有底の凹部である。前述のとおり、ドロップレット取出口２００は、基板１１０に形成された貫通孔の一方の開口部をフィルムで塞ぐことで形成されている。ドロップレット取出口２００の形状および大きさは、外部からドロップレットを取り出すことができれば、特に限定されない。ドロップレット取出口２００の形状の例には、円柱形状、円錐台形状が含まれる。本実施の形態では、ドロップレット取出口２００の形状は、円柱形状である。
【００２５】
液体取扱装置１００の使用方法について、簡単に説明する。第１液体導入口１２０および第２液体導入口１４０に第１液体および第２液体をそれぞれ収容した後、ポンプなどによる外力によって、第１液体導入口１２０内の第１液体および第２液体導入口１４０内の第２液体を所定の速度でドロップレット生成部１８０に移動させる。ドロップレット生成部１８０では、第１流路１３０内を流れてきた第１液体が第２流路１６０および第３流路１７０内を流れてきた第２液体によって分断されることで、ドロップレットが生成される。ドロップレットは、第２液体中に分散した状態で存在する。ドロップレットを含む液体は、ドロップレット流路１９０内を移動してドロップレット取出口２００内に収容され、取り出し可能な状態となる。
【００２６】
（ドロップレット生成部の構成）
次に、ドロップレット生成部１８０の構成について説明する。前述のとおり、ドロップレット生成部１８０は、第１流路１３０と、第２流路１６０および第３流路１７０との合流部である。
【００２７】
図２Ａおよび図２Ｂは、液体取扱装置１００のドロップレット生成部１８０の一例を示す部分拡大図である。図２Ａでは、第１流路１３０、第２流路１６０の主流路１６１および副流路１６２、１６３の開口部の幅をＷ０〜Ｗ３として示している。図２Ｂでは、第２流路１６０および第３流路１７０との合流部における第１流路１３０の幅をＷ４〜Ｗ６として示している。
【００２８】
図２Ａに示されるように、ドロップレット生成部１８０は、第１流路１３０に対する第２流路１６０および第３流路１７０の合流部であり、第１流路１３０内を流れる第１液体が第２流路１６０および第３流路１７０内を流れる第２液体によってドロップレット状に分断するように構成されている。ここで、ドロップレット生成部１８０では、第１流路１３０に対する第２流路１６０の主流路１６１および副流路１６２、１６３の開口部と、第１流路１３０に対する第３流路１７０の主流路１７１および副流路１７２、１７３の開口部は、互いに対向して配置されている。このように、第１流路１３０に対して第２流路１６０の主流路１６１の開口部および第３流路１７０の主流路１７１の開口部を互いに対向して配置させることで、第２流路１６０および第３流路１７０を流れる第２液体の流量が変化しても、生成されるドロップレットの大きさが変化しにくくなる。本実施の形態では、第２流路１６０は、主流路１６１と、第１副流路１６２および第２副流路１６３とを有しており、第３流路１７０は、主流路１７１と、第１副流路１７２および第２副流路１７３とを有している。第１流路１３０に対する第２流路の主流路１６１の開口部は、第１流路１３０に対する第２流路１６０の副流路１６２、１６３の開口部よりも第１流路１３０の上流側（図２Ａおよび図２Ｂにおける上側）に配置されている。同様に、第１流路１３０に対する第３流路１７０の主流路１７１の開口部は、第１流路１３０に対する第３流路１７０の副流路１７２、１７３の開口部よりも第１流路１３０の上流側（図２Ａおよび図２Ｂにおける上側）に配置されている。
【００２９】
本実施の形態では、第２流路１６０は、第１流路１３０の一方（図２Ａおよび図２Ｂにおける左側）の側面に開口しており、第３流路１７０は、第１流路１３０の他方（図２Ａおよび図２Ｂにおける右側）の側面の側面に開口している。第２流路１６０の主流路１６１の開口部および第３流路１７０の主流路１７１の開口部は互いに対向して配置されている。同様に、第２流路１６０の第１副流路１６２の開口部および第３流路１７０の第１副流路１７２の開口部は、互いに対向して配置されている。第２流路１６０の第２副流路１６３の開口部および第３流路１７０の第２副流路１７３の開口部も、互いに対向して配置されている。ここでは、第２流路１６０の第１副流路１６２の開口部は、第２流路１６０の第２副流路１６３の開口部よりも第１流路１３０の上流側に配置されているものとする。同様に、第３流路１７０の第１副流路１７２の開口部は、第３流路１７０の第２副流路１７３の開口部よりも第１流路１３０の上流側に配置されているものとする。
【００３０】
図２Ａに示されるように、第１流路１３０に対する第２流路１６０の主流路１６１の開口部の幅（図２Ａでは第２流路１６０の主流路１６１の開口部の幅をＷ１で示す）は、第１流路１３０に対する第２流路１６０の第１副流路１６２および第２副流路１６３の開口部の幅（図２Ａでは第１副流路１６２の開口部の幅をＷ２、第２副流路１６３の開口部の幅をＷ３で示す）よりも大きいことが好ましい。より具体的には、第２流路の主流路１６１の開口部の幅Ｗ１と、第１副流路１６２の開口部の幅Ｗ２および第２副流路１６３の開口部の幅Ｗ３との差は、２５〜５０μｍの範囲内であることが好ましい。第３流路１７０についても同様である。第２流路１６０の主流路１６１の開口部の幅および第３流路１７０の主流路１７１の開口部の幅を、第２流路１６０の第１副流路１６２および第２副流路１６３の開口部の幅ならびに第３流路１７０の第１副流路１７２および第２副流路１７３の開口部の幅よりも大きくすることにより、ごく稀に生じる小さなドロップレットの発生を抑制することができる（実施例の実験１参照）。なお、この小さなドロップレットは、通常生成されるドロップレットとは大きさが全く異なるものであり、検査精度には特段の影響は及ぼさないものである。なお、本実施の形態では、第２流路１６０の主流路１６１の開口部の幅Ｗ１と第３流路１７０の主流路１７１の開口部の幅は、同じである。また、第２流路１６０の第１副流路１６２の開口部の幅Ｗ２および第２副流路１６３の開口部の幅Ｗ３は、第３流路１７０の第１副流路１７２の開口部の幅および第２副流路１７３の開口部の幅とそれぞれ同じである。
【００３１】
また、第１流路１３０に対する第２流路１６０の第１副流路１６２の開口部の幅Ｗ２および第２副流路１６３の幅Ｗ３は、ドロップレット生成部１８０における第１流路１３０の幅Ｗ０以下であることが好ましい。より具体的には、第２流路１６０の第１副流路１６２の開口部の幅Ｗ２および第２副流路１６３の開口部の幅Ｗ３と、第１流路１３０の幅Ｗ０との差は、０〜５０μｍの範囲内であることが好ましい。第３流路１７０についても同様である。第２流路１６０の第１副流路１６２の開口部の幅Ｗ２および第２副流路１６３の幅Ｗ３ならびに第３流路１７０の第１副流路１７２の開口部の幅および第２副流路１７３の幅を第１流路１３０の幅Ｗ０以下とすることにより、第２流路１６０および第３流路１７０を流れる第２液体の流量が変化しても、生成されるドロップレットの大きさがより変化しにくくなる（実施例の実験１参照）。
【００３２】
また、本実施の形態のように、第２流路１６０が複数の副流路を有している場合（図２Ａでは、第２流路１６０の副流路を１６２、１６３で示している）、第１流路１３０に対する第２流路１６０の副流路１６２、１６３の開口部の幅は略同一であることが好ましい。より具体的には、第２流路１６０の副流路１６２、１６３の開口部の幅の最大差は、０〜２５μｍの範囲内であることが好ましい。第３流路１７０についても同様である。第２流路１６０の副流路１６２、１６３の幅を略同一にし、かつ第３流路１７０の副流路１７２、１７３の開口部の幅も略同一にすることにより、ごく稀に生じる小さなドロップレットの発生を抑制することができる（実施例の実験１参照）。
【００３３】
図２Ｂに示されるように、第１流路１３０と第２流路１６０の主流路１６１および第３流路１７０の主流路１７１との合流部における第１流路の幅Ｗ４と、第１流路１３０と第２流路１６０の第１副流路１６２および第３流路１７０の第１副流路１７２との合流部における第１流路１３０の幅Ｗ５と、第１流路１３０と第２流路１６０の第２副流路１６３および第３流路１７０の第２副流路１７３との合流部における第１流路１３０の幅Ｗ６とは、略同一であることが好ましい。より具体的には、第１流路１３０の幅Ｗ４、Ｗ５、Ｗ６の最大差は、０〜５０μｍの範囲内であることが好ましい。ドロップレット生成部１８０において、各流路との合流部における第１流路１３０の幅（Ｗ４〜Ｗ６）を略同一にすることにより、ごく稀に生じる小さなドロップレットの発生を抑制することができる（実施例の実験２参照）。
【００３４】
図３Ａおよび図３Ｂは、液体取扱装置１００のドロップレット生成部１８０の一例を示す部分拡大図である。図３Ａでは、図２Ａ、図２Ｂおよび図３Ｂに示す態様よりも副流路の数が多い態様を示している。また、図３Ａでは、第２流路１６０の主流路１６１および副流路１６２〜１６４の開口部の幅をＷ１〜Ｗ３、Ｗ７として示しており、第２流路１６０の主流路１６１および第３流路１７０の主流路１７１との合流部、ならびに第２流路１６０の副流路１６２〜１６４および第３流路１７０の副流路１７２〜１７４との合流部における第１流路１３０の幅をＷ４〜Ｗ６、Ｗ８として示している。図３Ｂでは、第２流路１６０の主流路１６１および副流路１６２、１６３の開口部の幅をＷ１〜Ｗ３として示しており、第２流路１６０の主流路１６１および副流路１６２、１６３の合流部における第１流路１３０の幅をＷ４〜Ｗ６として示しており、第２流路１６０の主流路１６１の開口部と第１副流路１６２の開口部との間隔ＬＳ１として、第１副流路１６２の開口部と第２副流路１６３の開口部の間隔ＬＳ２として示している。
【００３５】
第２流路１６０および第３流路１７０のそれぞれにおいて、第１流路１３０に合流する副流路の数は、特に限定されないが、１本〜３本であることが好ましく、１本または２本であることがより好ましい。第２流路１６０および第３流路１７０のそれぞれにおいて、第１流路１３０に合流させる副流路の数を２本以上とすることにより、第２流路１６０および第３流路１７０を流れる第２液体の流量が変化しても、生成されるドロップレットの大きさがより変化しにくくなる（実施例の実験３参照）。図３Ａでは、第２流路１６０の副流路１６２〜１６４の数および第３流路１７０の副流路１７２〜１７４の数はそれぞれ３本であり、図３Ｂでは、第２流路１６０の副流路１６２、１６３の数および第３流路１７０の副流路１７２、１７３の数はそれぞれ２本である。
【００３６】
第２流路１６０および第３流路１７０が、それぞれ複数の副流路を有している場合、第２流路１６０の主流路１６１の開口部と最も上流側に配置された第１副流路１６２の開口部との間隔および副流路１６２〜１６４の開口部間の間隔は、ある程度小さいことが好ましい。より具体的には、第２流路１６０の主流路１６１の開口部と最も上流側に配置された第１副流路１６２の開口部との間隔および副流路１６２〜１６４の開口部間の間隔は、いずれも１００μｍ未満であることが好ましい。第３流路１７０についても同様である。たとえば、図３Ｂに示されるように、第２流路１６０の副流路が２本である場合（図３Ｂでは、第２流路１６０の副流路を１６２、１６３で示している）、第２流路１６０の主流路１６１の開口部と第１副流路１６２の開口部との間隔ＬＳ１、および第２流路１６０の第１副流路１６２の開口部と第２副流路１６３の開口部との間隔ＬＳ２は、いずれも１００μｍ未満であることが好ましい。同様に、第３流路１７０の副流路が２本である場合（図３Ｂでは、第３流路１７０の副流路を１７２、１７３で示している）、第３流路１７０の主流路１７１の開口部と第１副流路１７２の開口部との間隔、および第３流路１７０の第１副流路１７２の開口部と第２副流路１７３の開口部との間隔は、１００μｍ未満であることが好ましい。これらの間隔を１００μｍ未満とすることにより、ごく稀に生じる小さなドロップレットの発生を抑制することができる（実施例の実験４参照）。
【００３７】
（効果）
以上のように、本発明に係る液体取扱装置１００は、第２流路１６０および第３流路１７０がそれぞれ下流側に主流路および副流路を有しているため、第２流路１６０および第３流路１７０内を流れる第２液体の流量が変化しても所望の大きさのドロップレットを安定して生成することができる。
【００３８】
なお、本実施の形態では、第２流路１６０および第３流路１７０が、同一の第２液体導入口１４０に接続されている態様について説明したが、本発明はこれに限定されない。たとえば、液体取扱装置１００が２つの第２液体導入口１４０を有しており、第２流路１６０および第３流路１７０が、それぞれ異なる第２液体導入口１４０に接続されていてもよい。
【００３９】
以下、本発明について実施例を参照して詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されない。
【実施例】
【００４０】
［実験１］
図２Ａに示される、ドロップレット生成部１８０における第１流路１３０の開口部の幅Ｗ０、主流路１６１、１７１の開口部の幅Ｗ１および第１副流路１６２、１７２の開口部の幅Ｗ２および第２副流路１６３、１７３の開口部の幅Ｗ３を、表１のように変化させて、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．５の液体取扱装置１００を作製した。第１流路１３０および第２流路１６０および第３流路１７０の流路の深さは、いずれも３０μｍに設定した。
【００４１】
【表１】
2019152477.tif 000003
【００４２】
各液体取扱装置について、第２流路１６０および第３流路１７０内を流れる第２液体の流量と生成されるドロップレットの大きさとの関係を調べた。第１流路１３０内を流れる第１液体としては、純水を使用した。第２流路１６０および第３流路１７０内を流れる第２液体としては、Ｄｒｏｐｌｅｔ  Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ  Ｏｉｌ  ｆｏｒ  Ｐｒｏｂｅｓ（バイオ・ラッド社製）を使用した。また、第１流路１３０内を流れる第１液体の流量を０．１９８μＬ／ｓに固定し、第２流路１６０および第３流路１７０内を流れる第２液体の流量（以下、「オイル流量」ともいう）を０．０４９２μＬ／ｓ〜３．４４４μＬ／ｓの範囲内で変化させた。実験結果を図４Ａに示す。
【００４３】
図４Ａに示されるように、副流路を有していないＮｏ．１の液体取扱装置では、オイル流量が増大するに従ってドロップレットのサイズが顕著に小さくなった。これに対し、副流路を有しているＮｏ．２〜Ｎｏ．５の液体取扱装置では、オイル流量が増大してもドロップレットのサイズが大きくは変化しなかった。このことから、主流路だけでなく副流路を設けることで、オイル流量がある程度変化しても所望する大きさのドロップレットを安定して生成できることがわかる。
【００４４】
また、Ｎｏ．４の液体取扱装置（Ｗ１＜Ｗ２＜Ｗ３）およびＮｏ．５の液体取扱装置（Ｗ１＞Ｗ２＞Ｗ３）では、オイル流量が増大してもドロップレットのサイズが大きくは変化しなかったが、稀に顕著に小さいサイズのドロップレットが生成することがあった。同様に、Ｎｏ．３の液体取扱装置（Ｗ１＝Ｗ２＝Ｗ３）でも、ごく稀に顕著に小さいサイズのドロップレットが生成することがあった。一方、Ｎｏ．２の液体取扱装置（Ｗ１＞Ｗ２＝Ｗ３）では、顕著に小さいサイズのドロップレットはまったく生成されなかった。このことから、顕著に小さいサイズのドロップレットの生成を抑制する観点からは、主流路１６１、１７１の開口部の幅Ｗ１が第１副流路１６２、１７２の開口部の幅Ｗ２および第２副流路１６３、１７３の開口部の幅Ｗ３よりも大きく、かつ第１副流路１６２、１７２の開口部の幅Ｗ２および第２副流路１６３、１７３の開口部の幅Ｗ３が略同一であることが好ましいことがわかる。
【００４５】
［実験２］
図２Ｂに示される、主流路１６１、１７１との合流部における第１流路１３０の幅Ｗ４と、第１副流路１６２、１７２との合流部における第１流路１３０の幅Ｗ５と、第２副流路１６３、１７３との合流部における第１流路１３０の幅Ｗ６とを、表２のように変化させて、Ｎｏ．６〜Ｎｏ．１０の液体取扱装置１００を作製した。第１流路１３０および第２流路１６０および第３流路１７０の流路の深さは、いずれも３０μｍに設定した。
【００４６】
【表２】
2019152477.tif 000004
【００４７】
各液体取扱装置について、第２流路１６０および第３流路１７０内を流れる第２液体の流量と生成されるドロップレットの大きさとの関係を調べた。使用した第１液体の種類、第１液体の流量、第２液体の種類および第２液体の流量は、実験１と同様である。実験結果を図４Ｂに示す。
【００４８】
図４Ｂに示されるように、副流路を有していないＮｏ．６の液体取扱装置では、オイル流量が増大するに従ってドロップレットのサイズが顕著に小さくなった。これに対し、副流路を有しているＮｏ．７〜Ｎｏ．１０の液体取扱装置では、オイル流量が増大してもドロップレットのサイズが大きくは変化しなかった。このことから、主流路だけでなく副流路を設けることで、オイル流量がある程度変化しても所望する大きさのドロップレットを安定して生成できることがわかる。
【００４９】
また、Ｎｏ．９の液体取扱装置（Ｗ４＞Ｗ５＞Ｗ６）およびＮｏ．１０の液体取扱装置（Ｗ４＜Ｗ５＜Ｗ６）では、オイル流量が増大してもドロップレットのサイズが大きくは変化しなかったが、稀に顕著に小さいサイズのドロップレットが生成することがあった。一方、Ｎｏ．７の液体取扱装置（Ｗ４＝Ｗ５＝Ｗ６）およびＮｏ．８の液体取扱装置（Ｗ４＝Ｗ５＝Ｗ６）では、顕著に小さいサイズのドロップレットはまったく生成されなかった。このことから、顕著に小さいサイズのドロップレットの生成を抑制する観点からは、各流路の合流部における第１流路１３０の幅Ｗ４〜Ｗ６が略同一であることが好ましいことがわかる。
【００５０】
［実験３］
図３Ａおよび図３Ｂに示されるように、副流路の数を、表３のように変化させて、Ｎｏ．１１〜Ｎｏ．１４の液体取扱装置１００を作製した。第１流路１３０および第２流路１６０および第３流路１７０の流路の深さは、いずれも３０μｍに設定した。
【００５１】
【表３】
2019152477.tif 000005
【００５２】
各液体取扱装置について、第２流路１６０および第３流路１７０内を流れる第２液体の流量と生成されるドロップレットの大きさとの関係を調べた。使用した第１液体の種類、第１液体の流量、第２液体の種類および第２液体の流量は、実験１と同様である。実験結果を図５Ａに示す。
【００５３】
図５Ａに示されるように、副流路を有していないＮｏ．１１の液体取扱装置では、オイル流量が増大するに従ってドロップレットのサイズが顕著に小さくなった。これに対し、副流路を有しているＮｏ．１２〜Ｎｏ．１４の液体取扱装置では、オイル流量が増大してもドロップレットのサイズが大きくは変化しなかった。このことから、主流路だけでなく副流路を設けることで、オイル流量がある程度変化しても所望する大きさのドロップレットを安定して生成できることがわかる。
【００５４】
また、第２流路１６０および第３流路１７０がそれぞれ３本の副流路（第２流路１６０の副流路１６２〜１６４および第３流路１７０の副流路１７２〜１７４）を有するＮｏ．１４の液体取扱装置では、第２流路１６０および第３流路１７０がそれぞれ２本の副流路（第２流路１６０の副流路１６２、１６３および第３流路１７０の副流路１７２、１７３）を有するＮｏ．１２の液体取扱装置およびＮｏ．１３の液体取扱装置よりも、ドロップレットのサイズの変化がより小さかった。一方で、第２流路１６０および第３流路１７０がそれぞれ３本の副流路を有するＮｏ．１４の液体取扱装置では、第２流路１６０および第３流路１７０がそれぞれ２本の副流路を有するＮｏ．１２の液体取扱装置およびＮｏ．１３の液体取扱装置よりも、顕著に小さいサイズのドロップレットの数が多かった。このことから、ドロップレットのサイズを安定させる観点からは、副流路の数が多い方が好ましいが、顕著に小さいサイズのドロップレットの生成を抑制する観点からは、副流路の数が多すぎない方が好ましいことがわかる。
【００５５】
［実験４］
図３Ｂに示される、主流路１６１、１７１の開口部と第１副流路１６２、１７２の開口部との間隔ＬＳ１および第１副流路１６２、１７２の開口部と第３副流路１６３、１７３の開口部との間隔ＬＳ２を、表４のように変化させて、Ｎｏ．１５〜Ｎｏ．１８の液体取扱装置１００を作製した。第１流路１３０および第２流路１６０および第３流路１７０の流路の深さは、いずれも３０μｍに設定した。
【００５６】
【表４】
2019152477.tif 000006
【００５７】
各液体取扱装置について、第２流路１６０および第３流路１７０内を流れる第２液体の流量と生成されるドロップレットの大きさとの関係を調べた。使用した第１液体の種類、第１液体の流量、第２液体の種類および第２液体の流量は、実験１と同様である。実験結果を図５Ｂに示す。
【００５８】
図５Ｂに示されるように、副流路を有していないＮｏ．１５の液体取扱装置では、オイル流量が増大するに従ってドロップレットのサイズが顕著に小さくなった。これに対し、副流路を有しているＮｏ．１６〜Ｎｏ．１８の液体取扱装置では、オイル流量が増大してもドロップレットのサイズが大きくは変化しなかった。このことから、主流路だけでなく副流路を設けることで、オイル流量がある程度変化しても所望する大きさのドロップレットを安定して生成できることがわかる。
【００５９】
また、開口部間の間隔ＬＳ１、ＬＳ２が０．１ｍｍのＮｏ．１８の液体取扱装置では、開口部間の間隔ＬＳ１、ＬＳ２が０．０４〜０．０５ｍｍのＮｏ．１６の液体取扱装置およびＮｏ．１７の液体取扱装置よりも、サイズが大きいドロップレットを安定して生成できた。一方で、開口部間の間隔ＬＳ１、ＬＳ２が０．１ｍｍのＮｏ．１８の液体取扱装置では、開口部間の間隔ＬＳ１、ＬＳ２が０．０４〜０．０５ｍｍのＮｏ．１６の液体取扱装置およびＮｏ．１７の液体取扱装置よりも、顕著に小さいサイズのドロップレットの数が多かった。このことから、サイズが大きいドロップレットを安定して生成する観点からは、流路間の間隔ＬＳ１、ＬＳ２が大きい方が好ましいが、顕著に小さいサイズのドロップレットの生成を抑制する観点からは、流路間の間隔ＬＳ１、ＬＳ２が０．１ｍｍ未満であることが好ましいことがわかる。
【００６０】
［実験５］
図３Ａおよび図３Ｂに示されるように副流路の数を変化させて、副流路を有しないＮｏ．１９の液体取扱装置１００（図示なし）、第２流路１６０および第３流路１７０がそれぞれ１本の副流路を有するＮｏ．２０の液体取扱装置１００（図示なし）、第２流路１６０および第３流路１７０がそれぞれ２本の副流路（第２流路１６０の副流路１６２、１６３および第３流路１７０の副流路１７２、１７３）を有するＮｏ．２１の液体取扱装置１００を作製した。第１流路１３０および第２流路１６０および第３流路１７０の流路の深さは、いずれも５０μｍに設定した。
【００６１】
各液体取扱装置について、第２流路１６０および第３流路１７０内を流れる第２液体の流量と生成されるドロップレットの大きさとの関係を調べた。第２液体の種類は、実験１と同様である。第１液体は、界面活性剤（Ｔｗｅｅｎ２０）の０．１％水溶液を使用した。また、第１液体の流量を０．３２８μＬ／ｓに設定し、第２液体の流量（オイル流量）を０．８２μＬ／ｓ〜５．７４μＬ／ｓの範囲内で設定した。実験結果を図６に示す。
【００６２】
図６に示されるように、副流路を有していないＮｏ．１９の液体取扱装置では、オイル流量が増大するに従ってドロップレットのサイズが顕著に小さくなった。これに対し、第２流路１６０および第３流路１７０が副流路をそれぞれ１本ずつ有するＮｏ．２０の液体取扱装置および副流路をそれぞれ２本ずつ有するＮｏ．２１の液体取扱装置では、オイル流量が増大してもドロップレットのサイズが大きくは変化しなかった。特に、それぞれ２本の副流路を有するＮｏ．２１の液体取扱装置では、オイル流量が増大してもドロップレットのサイズがほとんど変化しなかった。このことから、界面活性剤を添加した第１液体を使用する場合であっても、主流路だけでなく副流路を設けることで、オイル流量がある程度変化しても所望する大きさのドロップレットを安定して生成できることがわかる。また、Ｎｏ．１９〜Ｎｏ．２１の液体取扱装置のいずれにおいても顕著に小さいサイズのドロップレットが生成しなかった。このことから、第１液体に界面活性剤を第１液体に添加することに支障がなければ、界面活性剤を添加することにより、顕著に小さいサイズのドロップレットの生成を抑制できることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明によれば、例えば、臨床検査に使用する液体取扱装置として有用である。
【符号の説明】
【００６４】
１００  液体取扱装置
１１０  基板
１２０  第１液体導入口
１３０  第１流路
１４０  第２液体導入口
１５０  第２液体共通流路
１６０  第２流路
１６１  第２流路の主流路
１６２  第２流路の第１副流路
１６３  第２流路の第２副流路
１６４  第２流路の第３副流路
１７０  第３流路
１７１  第３流路の主流路
１７２  第３流路の第１副流路
１７３  第３流路の第２副流路
１７４  第３流路の第３副流路
１８０  ドロップレット生成部
１９０  ドロップレット流路
２００  ドロップレット取出口
Ｗ０  第１流路の幅
Ｗ１  第２流路の主流路の開口部の幅
Ｗ２、Ｗ３、Ｗ７  第２流路の副流路の開口部の幅
Ｗ４、Ｗ５、Ｗ６、Ｗ８  第１流路の幅
ＬＳ１  第２流路の主流路の開口部と第１副流路の開口部との間隔
ＬＳ２  第１副流路の開口部と第２副流路の開口部の間隔
【図１】
2019152477.tif 000007
【図２】
2019152477.tif 000008
【図３】
2019152477.tif 000009
【図４】
2019152477.tif 000010
【図５】
2019152477.tif 000011
【図６】
2019152477.tif 000012