(57)【要約】【課題】耐久性に優れたバルブ、流体デバイス、流体制御方法及びバルブの製造方法を提供する。【解決手段】外筒部と内筒部とを有する筒状構造体と、内筒部の一端を覆うように配置された薄膜部と、薄膜部の周縁を一周し、外筒部の内壁及び内筒部の外壁に沿って密着したアンカー部と、を有するダイアフラム部材と、を備えたバルブ。【選択図】図４Ａ
2019148340.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外筒部と内筒部とを有する筒状構造体と、
前記内筒部の一端を覆うように配置された薄膜部と、前記薄膜部の周縁を一周し、前記外筒部の内壁及び前記内筒部の外壁に沿って密着したアンカー部と、を有するダイアフラム部材と、を備え、
流路に配設され、前記薄膜部を変形させることにより、前記流路を流れる流体の流れを制御する、バルブ。
【請求項２】
前記内筒部の外壁面は連続する面であり、
前記内筒部の外壁面に密着した前記アンカー部の面は連続する面である、
請求項１に記載のバルブ。
【請求項３】
前記外筒部の内壁面は連続する面であり、
前記外筒部の内壁面に密着した前記アンカー部の面は連続する面である、
請求項１又は請求項２に記載のバルブ。
【請求項４】
前記内筒部の内壁面は連続する面であり、
前記内筒部の内壁面に密着した薄膜部の面は連続する面である、
請求項１〜３のいずれか一項に記載のバルブ。
【請求項５】
前記薄膜部と前記アンカー部とは、連続して一体に形成されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載のバルブ。
【請求項６】
前記ダイアフラム部材は前記薄膜部と前記アンカー部との間に設けられた接続部を備え、前記接続部は前記内筒部の一端の面に密着して固定されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載のバルブ。
【請求項７】
前記筒状構造体において、前記外筒部の内壁と前記内筒部の外壁との間に存在する空間は開放されている、請求項１〜６のいずれか一項に記載のバルブ。
【請求項８】
前記内筒部において、前記薄膜部が配置される一端とは異なる端部は開放されている、請求項１〜７のいずれか一項に記載のバルブ。
【請求項９】
前記薄膜部は高さｈを有し、
前記アンカー部は高さＨを有し、
前記ダイアフラム部材は、ポリマー組成物を硬化させることにより形成されたものであり、
前記ポリマー組成物は、表面張力がγであり、前記筒状構造体に対する接触角がθであり、密度がρであって、
前記筒状構造体の軸方向に対して垂直な断面Ｃ１において、前記外筒部の内壁及び前記内筒部の外壁によって囲まれる領域の面積Ｓ１、前記断面Ｃ１における前記外筒部の内壁及び前記内筒部の外壁の長さの和Ｌ１、前記断面Ｃ１において前記内筒部の内壁によって囲まれる領域の面積Ｓ２、前記断面Ｃ１における前記内筒部の内壁の長さＬ２、前記ｈ及び前記Ｈが、下記式（１）を満たす、請求項１〜８のいずれか一項に記載のバルブ。
（γｃｏｓθ×Ｌ１）／Ｓ１−ρｇ×Ｈ＝（γｃｏｓθ×Ｌ２）／Ｓ２−ρｇ×ｈ  …（１）
［式中、ｇは重力加速度を示す。］
【請求項１０】
前記内筒部は、内径２ｒ、外径２Ｒの円筒形であり、
前記外筒部は、内径２（Ｒ＋ΔＲ）の円筒形であり、
前記Ｓ１が、Ｓ１＝π｛（Ｒ＋ΔＲ）２−Ｒ２｝を満たし、
前記Ｌ１が、Ｌ１＝２π｛（Ｒ＋ΔＲ）＋Ｒ｝を満たし、
前記Ｓ２が、Ｓ２＝πｒ２を満たし、
前記Ｌ２が、Ｌ２＝２πｒを満たし、
前記ｈ及び前記Ｈが、下記式（２）を満たす、請求項９に記載のバルブ。
（γｃｏｓθ×２π｛（Ｒ＋ΔＲ）＋Ｒ｝）／π｛（Ｒ＋ΔＲ）２−Ｒ２｝−ρｇ×Ｈ＝（γｃｏｓθ×２πｒ）／πｒ２−ρｇ×ｈ  …（２）
［式中、ｇは重力加速度を示す。］
【請求項１１】
流路に配設されるバルブであって、
内径２（Ｒ＋ΔＲ）の円筒形である外筒部と、内径２ｒ、外径２Ｒの円筒形である内筒部と、を有する筒状構造体と、
前記内筒部の一端を覆うように配置された薄膜部と、前記薄膜部の周縁を一周し、前記外筒部の内壁及び前記内筒部の外壁に沿って密着したアンカー部と、を有するダイアフラム部材と、を備え、
前記薄膜部を変形させることにより、前記流路を流れる流体の流れを制御する、前記ｒ及び前記ΔＲが下記式（ａ）を満たす、バルブ。
ΔＲ＜ｒ  …（ａ）
【請求項１２】
流路に配設されるバルブであって、
流体に接する第一面に開口部を有する孔が設けられた第一部材と、
前記開口部の内部に設けられた第二部材と、
前記第二部材の一端を覆うように配置された薄膜部と、前記第二部材の形状に応じて設けられるアンカー部と、前記薄膜部と前記アンカー部との間に設けられて前記第二部材の一端の面に密着して固定されている接続部と、を有し、前記薄膜部と前記アンカー部と前記接続部とが一体的に形成されたダイアフラム部材と、を備え、
前記薄膜部を変形させることにより、前記流路を流れる流体の流れを制御する、バルブ。
【請求項１３】
前記第二部材は連続する面を有する部材である、請求項１２に記載のバルブ。
【請求項１４】
貫通孔を有し、少なくとも二重の筒状構造体と、
前記筒状構造体の第一筒部の一端を覆うように配置された薄膜部と、前記薄膜部と一体に形成され、前記筒状構造体の第二筒部の内壁と前記第一筒部の外壁との間に位置するアンカー部と、を有するダイアフラム部材と、を備え、
流路に配設され、前記薄膜部を変形させることで、前記流路における流体の流れを制御する、バルブ。
【請求項１５】
前記アンカー部は前記筒状構造体に固定され、
前記薄膜部を前記流路の側又は前記流路と反対側に張りだすように変形させることで、前記流路における流体の流れを制御する請求項１４に記載のバルブ。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか一項に記載のバルブと、前記バルブが配置された流路とを備えた流体デバイス。
【請求項１７】
請求項１〜１５のいずれか一項に記載のバルブを複数備え、複数の前記バルブのうち少なくとも１つは、他のバルブと前記薄膜部の高さが異なっている、流体デバイス。
【請求項１８】
請求項１〜１５のいずれか一項に記載のバルブを備え、第一面に前記ダイアフラム部材が露出した第一基板と、
流路が形成された第二面を有する第二基板と、を備え、
前記第一面と前記第二面とを対向させて、前記流路が前記ダイアフラム部材の直上を横断するように前記第一基板と前記第二基板とを貼り合わせた流体デバイス。
【請求項１９】
前記第二基板は、前記ダイアフラム部材と対向する位置に設けられた、前記流路を狭くする突起部を有し、前記突起部は前記ダイアフラム部材と接触可能な接触面を有する、
請求項１８に記載の流体デバイス。
【請求項２０】
流路に直列的に配設された複数の前記バルブを備え、前記複数のバルブの開閉により前記流路中の流体に流れを起こすポンプとして機能する、請求項１８又は１９に記載の流体デバイス。
【請求項２１】
請求項１６〜２０のいずれか一項に記載の流体デバイスにおける流体制御方法であって、
前記アンカー部は固定されたまま変形させず、前記薄膜部を前記流路の側又は前記流路と反対側に張り出すように変形させる、流体制御方法。
【請求項２２】
外筒部と内筒部とを有する筒状構造体と、
前記内筒部の一端を覆うように配置された薄膜部と、前記薄膜部の周縁を一周し、前記外筒部の内壁及び前記内筒部の外壁に沿って密着したアンカー部と、を有するダイアフラム部材と、を備えたバルブを流路に配設し、
前記アンカー部は固定されたまま変形させず、前記薄膜部を前記流路の側又は前記流路と反対側に張り出すように変形させる、流体制御方法。
【請求項２３】
前記内筒部の内部に流体を導入することにより、前記薄膜部を変形させる、請求項２１又は２２に記載の流体制御方法。
【請求項２４】
外筒部と、内筒部と、前記外筒部及び前記内筒部の相対的な位置を固定する保持部材とを備える筒状構造体の内部に、表面張力がγであり、前記筒状構造体に対する接触角がθであり、密度がρであるポリマー組成物を注入する工程と、
前記ポリマー組成物が流動し、前記内筒部の一端を覆うように配置された、高さｈを有する薄膜部と、前記薄膜部の周縁を一周し、前記外筒部の内壁及び前記内筒部の外壁に密着し、高さＨを有するアンカー部とを形成し、前記筒状構造体の軸方向に対して垂直な断面Ｃ１において、前記外筒部の内壁及び前記内筒部の外壁によって囲まれる領域の面積Ｓ１、前記断面Ｃ１における前記外筒部の内壁及び前記内筒部の外壁の長さの和Ｌ１、前記断面Ｃ１において前記内筒部の内壁によって囲まれる領域の面積Ｓ２、前記断面Ｃ１における前記内筒部の内壁の長さＬ２、前記ｈ及び前記Ｈが、下記式（１）を満たした段階で前記ポリマー組成物の流動が停止する工程と、
流動が停止した前記ポリマー組成物を硬化させる工程と、
を含む、流路に配設され、前記薄膜部を変形させることにより、前記流路を流れる流体の流れを制御する、バルブの製造方法。
（γｃｏｓθ×Ｌ１）／Ｓ１−ρｇ×Ｈ＝（γｃｏｓθ×Ｌ２）／Ｓ２−ρｇ×ｈ  …（１）
［式中、ｇは重力加速度を示す。］
【請求項２５】
外筒部と内筒部とを有し、前記内筒部の第一端部は前記外筒部の第一端部よりも軸方向に奥側に配置された筒状構造体の第一端部を蓋材で塞ぐ工程と、
前記筒状構造体の第二端部からダイアフラム部材の原料を注入する工程と、
前記原料を固化させることにより、前記内筒部の一端を覆うように配置された薄膜部と前記外筒部の内壁及び前記内筒部の外壁に密着したアンカー部とから成るダイアフラム部材を形成する工程と、
前記蓋材を取り外す工程と、
を含む、流路に配設され、前記薄膜部を前記流路の軸線に対して垂直に変形させることにより、前記流路を流れる流体の流れを制御する、バルブの製造方法。
【請求項２６】
前記ダイアフラム部材の原料は、前記内筒部の第二端部から注入する、請求項２５に記載のバルブの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バルブ、流体デバイス、流体制御方法及びバルブの製造方法に関する。
本願は、２０１４年７月７日に日本に出願された特願２０１４−１４００６６号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
従来、積層基板を構成する第一基板と第二基板との接合面に形成された流路における流体の流れを制御するバルブとして、第一基板と第二基板の界面に樹脂シートを挟んだ３層構造を備えたバルブが知られている（非特許文献１）。
【０００３】
従来の３層構造を有するバルブの断面を図１に示す。第一基板１１０の上面全体に樹脂シート１１１が積層され、更に第二基板１１２が積層されている。第二基板１１２の下面に溝が掘られており、その溝を覆うように第二基板１１２の下面に樹脂シート１１１が接合し、流路１１４が形成されている。図の右向きの矢印は紙面右方向に流路が延設されていること、及び流体が紙面右方向に流れることを表す。また、第一基板１１０には貫通孔１１３が設けられている。ここで、この貫通孔の内部から樹脂シート１１１に空気を送り込んで圧力をかけると、樹脂シート１１１が上方へ膨らみ、流路１１４を塞いで流体の流れを妨げる（図２参照）。また、空気圧を停止すると、樹脂シートは自身の弾性により、元の平坦な形状に戻る。このような圧力制御によって、樹脂シート１１１をバルブのダイアフラム部材として機能させている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Zhang W. et al., PMMA/PDMS valves and pumps for disposable microfluidics, Lab Chip, 9, 3088-3094, 2009
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、例えば、上記３層構造のバルブを繰り返して動作させると、樹脂シート１１１が貫通孔１１３を中心として第一基板１１０の上面から徐々に剥離し、バルブのレスポンスが悪化する問題がある。この状態でさらに使用を継続すると、第一基板１１０と第二基板１１２との接合強度が弱まり、両基板を剥離させてしまう問題がある。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、耐久性に優れたバルブ、流体デバイス、流体制御方法及びバルブの製造方法の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施態様は、下記［１］〜［８］を提供するものである。
［１］本発明の一実施態様におけるバルブは、外筒部と内筒部とを有する筒状構造体と、内筒部の一端を覆うように配置された薄膜部と、薄膜部の周縁を一周し、外筒部の内壁及び内筒部の外壁に沿って密着したアンカー部と、を有するダイアフラム部材と、を備えたバルブが提供される。
［２］本発明の一実施態様におけるバルブは、流路に配設されるバルブであって、内径２（Ｒ＋ΔＲ）の円筒形である外筒部と、内径２ｒ、外径２Ｒの円筒形である内筒部と、を有する筒状構造体と、内筒部の一端を覆うように配置された薄膜部と、薄膜部の周縁を一周し、外筒部の内壁及び内筒部の外壁に沿って密着したアンカー部と、を有するダイアフラム部材と、を備え、ｒ及びΔＲが下記式（ａ）を満たす。
ΔＲ＜ｒ  …（ａ）
［３］本発明の一実施態様におけるバルブは、流路に配設されるバルブであって、流体に接する第一面に開口部を有する孔が設けられた第一部材と、前記開口部の内部に設けられた第二部材と、前記第二部材の一端を覆うように配置された薄膜部と、前記第二部材の形状に応じて設けられるアンカー部と、前記薄膜部と前記アンカー部との間に設けられて前記第二部材の一端の面に密着して固定されている接続部と、を有し、前記薄膜部と前記アンカー部と前記接続部とが一体的に形成されたダイアフラム部材と、を備える。
［４］本発明の一実施態様におけるバルブは、貫通孔を有し、少なくとも二重の筒状構造体と、前記筒状構造体の第一筒部の一端を覆うように配置された薄膜部と、前記薄膜部と一体に形成され、前記筒状構造体の第二筒部の内壁と前記第一筒部の外壁との間に位置するアンカー部と、を有するダイアフラム部材と、を備える。
［５］本発明の一実施態様における流体デバイスは、上記のバルブと、バルブが配置された流路とを備える。
［６］本発明の一実施態様における流体デバイスは、上記のバルブを複数備え、複数のバルブのうち少なくとも１つは、他のバルブと薄膜部の高さが異なっている。
［７］本発明の一実施態様における流体デバイスは、上記のバルブを備え、第一面にダイアフラム部材が露出した第一基板と、流路が形成された第二面を有する第二基板と、を備え、第一面と第二面とを対向させて、流路がダイアフラム部材の直上を横断するように第一基板と第二基板とを貼り合わせた。
［８］本発明の一実施態様における流体制御方法は、上記の流体デバイスにおける流体制御方法であって、アンカー部は固定されたまま変形させず、薄膜部を流路の側又は流路と反対側に張り出すように変形させる。
［９］本発明の一実施態様における流体制御方法は、外筒部と内筒部とを有する筒状構造体と、内筒部の一端を覆うように配置された薄膜部と、薄膜部の周縁を一周し、外筒部の内壁及び内筒部の外壁に沿って密着したアンカー部と、を有するダイアフラム部材と、を備えたバルブを流路に配設し、アンカー部は固定されたまま変形させず、薄膜部を流路の側又は流路と反対側に張り出すように変形させる。
［１０］本発明の一実施態様におけるバルブの製造方法は、外筒部と、内筒部と、前記外筒部及び前記内筒部の相対的な位置を固定する保持部材とを備える筒状構造体の内部に、表面張力がγであり、前記筒状構造体に対する接触角がθであり、密度がρであるポリマー組成物を注入する工程と、前記ポリマー組成物が流動し、前記内筒部の一端を覆うように配置された、高さｈを有する薄膜部と、前記薄膜部の周縁を一周し、前記外筒部の内壁及び前記内筒部の外壁に密着し、高さＨを有するアンカー部とを形成し、前記筒状構造体の軸方向に対して垂直な断面Ｃ１において、前記外筒部の内壁及び前記内筒部の外壁によって囲まれる領域の面積Ｓ１、前記断面Ｃ１における前記外筒部の内壁及び前記内筒部の外壁の長さの和Ｌ１、前記断面Ｃ１において前記内筒部の内壁によって囲まれる領域の面積Ｓ２、前記断面Ｃ１における前記内筒部の内壁の長さＬ２、前記ｈ及び前記Ｈが、下記式（１）を満たした段階で前記ポリマー組成物の流動が停止する工程と、流動が停止した前記ポリマー組成物を硬化させる工程と、を含むことを特徴とする。
（γｃｏｓθ×Ｌ１）／Ｓ１−ρｇ×Ｈ＝（γｃｏｓθ×Ｌ２）／Ｓ２−ρｇ×ｈ  …（１）
［式中、ｇは重力加速度を示す。］
［１１］本発明の一実施態様におけるバルブの製造方法は、外筒部と内筒部とを有し、前記内筒部の第一端部は前記外筒部の第一端部よりも軸方向に奥側に配置された筒構造体の第一端部を蓋材で塞ぐ工程と、前記筒状構造体の第二端部からダイアフラム部材の原料を注入する工程と、前記原料を固化させることにより、前記内筒部の一端を覆うように配置された薄膜部と前記外筒部の内壁及び前記内筒部の外壁に密着したアンカー部とから成るダイアフラム部材を形成する工程と、前記蓋材を取り外す工程と、を含む。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、耐久性に優れたバルブ、当該バルブを備えた流体デバイス、当該バルブを用いた流体制御方法及び耐久性に優れたバルブの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】従来の３層構造を有するバルブの断面図である。
【図２】従来の３層構造を有するバルブの断面図である。
【図３】一実施形態におけるバルブを備えた積層基板の斜視図である。
【図４Ａ】第一実施形態のバルブの断面図である。
【図４Ｂ】図４ＡのＣ１−Ｃ１線断面図である。
【図４Ｃ】図４ＡのＣ１−Ｃ１線断面図である。
【図４Ｄ】図４ＡのＣ１−Ｃ１線断面図である。
【図４Ｅ】図４ＡのＣ１−Ｃ１線断面図である。
【図５】第三実施形態のバルブの断面図である。
【図６Ａ】一実施形態における流体デバイスの断面図である。
【図６Ｂ】一実施形態における流体デバイスの断面図である。
【図７Ａ】一実施形態における流体デバイスの断面図である。
【図７Ｂ】一実施形態における流体デバイスの断面図である。
【図８】一実施形態における筒状構造体を示す斜視図である。
【図９】一実施形態におけるバルブの製造方法を説明する図である。
【図１０】一実施形態における筒状構造体の断面図である。
【図１１】一実施形態における流体デバイスの模式図である。
【図１２】一実施形態における流体デバイスの模式図である。
【図１３】一実施形態における流体デバイスの模式図である。
【図１４】実験例１の結果を示すグラフである。
【図１５】実験例２で用いた測定装置の模式図である。
【図１６】実験例２の結果を示すグラフ及び写真である。
【図１７Ａ】一実施形態における流体デバイスの模式図である。
【図１７Ｂ】実験例３の結果を示すグラフ及び写真である。
【図１８】実験例４の結果を示すグラフ及び写真である。
【図１９Ａ】一実施形態における流体デバイスの模式図である。
【図１９Ｂ】実験例５の結果を示すグラフである。
【図２０Ａ】一実施形態における薄膜部の厚さの異なるバルブを備える流体デバイスの動作を説明する図である。
【図２０Ｂ】一実施形態における薄膜部の厚さの異なるバルブを備える流体デバイスの動作を説明する図である。
【図２０Ｃ】一実施形態における薄膜部の厚さの異なるバルブを備える流体デバイスの動作を説明する図である。
【図２０Ｄ】一実施形態における薄膜部の厚さの異なるバルブを備える流体デバイスの動作を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の第一実施態様であるバルブ、第二実施態様である流体デバイス、第三実施態様である流体制御方法、第四実施態様であるバルブの製造方法について、それぞれ好適な実施形態を説明する。
【００１１】
［バルブ］
図３は、本発明の第一実施態様であるバルブを備えた積層基板２０の一例である。積層基板２０の内部に設けられたトンネル状の流路２１において、図中の矢印で示すＸ軸の正方向に液体、気体等の流体が流通する。流路２１の途中には、流路２１の内径が他の部分よりも小さくされた小径部２１ａが形成されている。本実施形態のバルブ１は、例えば、流路２１の小径部２１ａの下方（図３におけるＺ軸の負方向）、又は流路２１の所定位置に配設されている。
【００１２】
また、本実施態様のバルブは、流路に配設されるバルブであって、第一面に開口部を有する孔が設けられた基板と、前記孔の壁面の少なくとも一部に固定された、少なくとも中央部が薄膜状のダイアフラム部材と、を備え、前記ダイアフラム部材を変形させることにより流路における流体の流れを制御するバルブであってもよい。
【００１３】
＜第一実施形態＞
図４Ａは、第一実施形態のバルブ４００のＸＺ面断面図（下記中心軸４５０を含む断面図）である。図４Ａに示すバルブ４００は、外筒部４１０と内筒部４２０とを有する筒状構造体と、内筒部４２０の一端４２３を覆うように配置された薄膜部４３０と、薄膜部４３０の周縁を一周し、外筒部４１０の内壁４１５及び内筒部４２０の外壁４２６に沿って密着したアンカー部４４０と、を有するダイアフラム部材と、を備える。
【００１４】
外筒部４１０と内筒部４２０は、互いに共通の中心軸４５０を有する筒状形状である。また、筒状構造体は、該中心軸４５０を有している。また、外筒部４１０の内壁４１５は、基板に開けられた孔の内壁であってもよい。つまり、外筒部４１０の内壁は基板と一体化していてもよい。
【００１５】
また、少なくとも二重（二層）の筒状構造体を構成する外筒部４１０及び内筒部４２０の形状は特に限定されず、例えば、円筒であってもよく、三角筒、四角筒、六角筒等の多角筒であってもよい。また、外筒部４１０と内筒部４２０は同じ形状であっても異なる形状であってもよい。
【００１６】
図４Ｂ〜図４Ｅは、図４ＡのＣ１−Ｃ１線断面図である（以下、Ｃ１−Ｃ１線断面のことを断面Ｃ１という場合がある。）。例えば、断面Ｃ１は、上記の中心軸４５０の軸方向と垂直な面を含み、筒状構造体とダイアフラム部材とのうち外筒部４１０、内筒部４２０及びアンカー部４４０を通る面である。図４Ｂは、外筒部４１０及び内筒部４２０が共に円筒である例を示す。図４Ｃは、外筒部４１０が円筒であり、内筒部４２０が四角筒である例を示す。図４Ｄは、外筒部４１０が四角筒であり、内筒部４２０が円筒である例を示す。図４Ｅは、外筒部４１０及び内筒部４２０が共に四角筒である例を示す。なお、ここで、円筒は、断面形状が円形又は楕円形である管状構造又は中空棒状構造を含む。また、三角筒、四角筒、六角筒は、それぞれ、断面形状が三角形、四角形、六角形である管状構造又は中空棒状構造を含む。また、例えば、断面Ｃ１において、外筒部の断面は内筒部の断面と相似形である。また、例えば、断面Ｃ１において、アンカー部の断面は外筒部の断面と内筒部の断面とのうち少なくとも一方の断面と相似形である。
【００１７】
また、ダイアフラム部材の材質は、弾性を有する材料であり、例えばエラストマーである。エラストマーとしては、高分子化合物からなるものが適用可能である。ダイアフラム部材を構成するエラストマー材料の一例として、ＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）やシリコーンエラストマーが挙げられる。
【００１８】
ダイアフラム部材のアンカー部４４０は、薄膜部４３０の周縁を一周しており、外筒部４１０の内壁４１５及び内筒部４２０の外壁４２６に沿って密着することにより、ダイアフラム部材のアンカー機能を有している。これにより、ダイアフラム部材は筒状構造体に強固に固定されている。また、ダイアフラム部材の薄膜部４３０は、内筒部４２０の内壁４２８と密着しており、ダイアフラム部材は、この密着部分において筒状構造体に固定されている。内筒部の内壁面、内筒部の外壁面、外筒部の内壁面は一連の連続する面である。内筒部の外壁面と接するアンカー部の面は、一連の面である。例えば、アンカー部の内筒部側の面は、内筒部の外壁面に沿って連続した１つの面である。外筒部の内壁面と接するアンカー部の面は、一連の面である。例えば、アンカー部の内筒部側の面は、内筒部の外壁面に沿って連続した１つの面である。アンカー部は、内筒部の外壁面を周方向に対して全て覆うように形成されている。
【００１９】
また、薄膜部４３０とアンカー部４４０とは繋がっており、連続して一体に形成されている。図４Ａの例では、薄膜部４３０とアンカー部４４０との間に接続部４３５が存在している。そして、薄膜部４３０、接続部４３５及びアンカー部４４０は、同じ材質で一体的に形成されている。
【００２０】
また、薄膜部４３０が覆うように配置された内筒部４２０の一端４２３は、外筒部４１０の一端４１３よりも筒状構造体の軸方向に奥側に配置されている。また、内筒部４２０の一端４２３は、後述する流体デバイスの流路に露出するダイアフラム部材の部分に対して、外筒部４１０の一端４１３よりも筒状構造体の軸方向に離れて配置されている。図４Ａに示すように、この配置によって生じた空間部分に、接続部４３５が形成されている。また、接続部４３５は、内筒部４２０の一端４１３の面に密着して固定されている。
【００２１】
内筒部４２０の他端は、ダイアフラム部材で覆われておらず大気開放されている。また、筒状構造体が後述する保持部材（外筒部及び内筒部の相対的な位置を固定する部材）を備える場合には、当該保持部材は、内筒部４２０の他端に配置される。また、本実施形態のバルブを別の基板に設けられた孔に嵌め込む場合には、内筒部４２０の他端は、当該孔の底面に接触する。
【００２２】
後述する実施例で示すように、本実施形態の構造を備えるバルブは、ダイアフラム部材が筒状構造体に強固に固定されているため、バルブを繰り返して動作させてもダイアフラム部材が剥離することがなく、非常に耐久性に優れている。
【００２３】
＜第二実施形態＞
図４Ａ及び図４Ｂに示すように、第一実施形態のバルブ４００において、薄膜部４３０は高さｈを有しており、アンカー部４４０は高さＨを有しており、上記のダイアフラム部材は、ポリマー組成物を硬化させることにより形成されたものであり、該ポリマー組成物は、表面張力がγであり、上記した筒状構造体に対する接触角がθであり、密度がρであり、筒状構造体の軸方向Ｚ（中心軸４５０の軸方向）に対して垂直な断面Ｃ１（Ｃ１−Ｃ１線断面）において、外筒部４１０の内壁４１５及び内筒部４２０の外壁４２６によって囲まれる領域の面積Ｓ１、断面Ｃ１における外筒部の内壁４１５及び内筒部の外壁４２６の長さの和Ｌ１、断面Ｃ１において、内筒部４２０の内壁４２８によって囲まれる領域の面積Ｓ２、断面Ｃ１における内筒部４２０の内壁４２８の長さＬ２、薄膜部４３０の高さ（筒状構造体の軸方向Ｚにおける高さ、薄膜部の膜厚）ｈ及びアンカー部４４０の高さ（筒状構造体の軸方向Ｚにおける高さ）Ｈが、下記式（１）を満たしていてもよい。なお、式（１）の技術的な意味については後述する。
（γｃｏｓθ×Ｌ１）／Ｓ１−ρｇ×Ｈ＝（γｃｏｓθ×Ｌ２）／Ｓ２−ρｇ×ｈ  …（１）
［式中、ｇは重力加速度を示す。］
【００２４】
なお、図４Ｂに示す外筒部４１０及び内筒部４２０の形状は例示的なものである。本実施形態においても、第一実施形態と同様に、外筒部４１０及び内筒部４２０の形状は特に限定されず、例えば、円筒であってもよく、三角筒、四角筒、六角筒等の多角筒であってもよい。また、外筒部４１０と内筒部４２０は同じ形状であってもよく、相似の形状であってもよく、互いに異なる筒状形状であってもよい。
【００２５】
また、式（１）はモデル式であるため、実験による実測値から外れる可能性がある。本明細書において、「式（１）を満たす」とは、式（１）に基づいて算出されるＨ−ｈの値（理論値）及びＨ−ｈの実測値が、下記式（Ａ１）を満たすことを意味する。例えば、式（Ａ１）において、αは、２０であることが好ましく、１０であることがより好ましく、５であることが更に好ましい。
【００２６】
【数１】
2019148340.tif 000003
【００２７】
ここで、式（Ａ１）を言い換えると次のようになる。まず、式（１）を変形すると式（Ａ２）が得られる。
【００２８】
【数２】
2019148340.tif 000004
【００２９】
そこで、式（Ａ２）を式（Ａ１）に代入すると式（Ａ３）が得られる。
【００３０】
【数３】
2019148340.tif 000005
【００３１】
例えば、第一実施形態のバルブ４００において、薄膜部４３０は高さｈを有しており、アンカー部４４０は高さＨを有しており、上記のダイアフラム部材は、ポリマー組成物を硬化させることにより形成されたものであり、ポリマー組成物は、表面張力がγであり、上記の筒状構造体に対する接触角がθであり、密度がρであり、筒状構造体の軸方向Ｚに対して垂直な断面Ｃ１（Ｃ１−Ｃ１線断面）において、外筒部４１０の内壁４１５及び内筒部４２０の外壁４２６によって囲まれる領域の面積Ｓ１、断面Ｃ１における外筒部の内壁４１５及び内筒部の外壁４２６の長さの和Ｌ１、断面Ｃ１において、内筒部４２０の内壁４２８によって囲まれる領域の面積Ｓ２、断面Ｃ１における内筒部４２０の内壁４２８の長さＬ２、薄膜部４３０の高さ（筒状構造体の軸方向Ｚにおける高さ、薄膜部の膜厚）ｈ及びアンカー部４４０の高さ（筒状構造体の軸方向Ｚにおける高さ）Ｈは、下記式（Ａ３）を満たしていてもよい。下記式（Ａ３）において、αは、２０であることを含み、１０であることを含み、５であることを含む。
【００３２】
【数４】
2019148340.tif 000006
［式中、ｇは重力加速度を示す。］
【００３３】
後述するように、本実施形態のバルブは容易に製造することができ、耐久性に優れている。
【００３４】
＜第三実施形態＞
第二実施形態のバルブにおいて、外筒部及び内筒部は、共に円筒形であってもよい。図５は、第三実施形態のバルブ５００のＸＺ面断面図（筒状構造体の軸線を含む断面図）である。バルブ５００において、内筒部５２０は、内径２ｒ、外径２Ｒの円筒形であり、外筒部５１０は、内径２（Ｒ＋ΔＲ）の円筒形であり、筒状構造体の軸方向Ｚに対して垂直な断面Ｃ１（Ｃ１−Ｃ１線断面）において、外筒部５１０の内壁５１５及び内筒部５２０の外壁５２６によって囲まれる領域の面積Ｓ１が、Ｓ１＝π｛（Ｒ＋ΔＲ）２−Ｒ２｝を満たし、前記断面Ｃ１における前記外筒部の内壁５１５及び前記内筒部の外壁５２６の長さの和Ｌ１が、Ｌ１＝２π｛（Ｒ＋ΔＲ）＋Ｒ｝を満たし、前記断面Ｃ１において、前記内筒部５２０の内壁５２８によって囲まれる領域の面積Ｓ２が、Ｓ２＝πｒ２を満たし、前記断面Ｃ１における前記内筒部５２０の内壁５２８の長さＬ２が、Ｌ２＝２πｒを満たし、薄膜部５３０の高さ（筒状構造体の軸方向Ｚにおける高さ、薄膜部の膜厚）ｈ及びアンカー部５４０の高さ（筒状構造体の軸方向Ｚにおける高さ）Ｈが、下記式（２）を満たしていてもよい。式（２）は、上記式（１）を、外筒部及び内筒部が円筒形である場合について変形したものである。
（γｃｏｓθ×２π｛（Ｒ＋ΔＲ）＋Ｒ｝）／π｛（Ｒ＋ΔＲ）２−Ｒ２｝−ρｇ×Ｈ＝（γｃｏｓθ×２πｒ）／πｒ２−ρｇ×ｈ  …（２）
［式中、ｇは重力加速度を示す。］
【００３５】
また、式（２）はモデル式であるため、実験による実測値から外れる可能性がある。本明細書において、「式（２）を満たす」とは、式（２）に基づいて算出されるＨ−ｈの値（理論値）及びＨ−ｈの実測値が、下記式（Ａ１）を満たすことを意味する。式（Ａ１）において、αは、２０であることを含み、１０であることを含み、５であることを含む。
【００３６】
【数５】
2019148340.tif 000007
【００３７】
ここで、式（Ａ１）を言い換えると次のようになる。まず、式（２）を変形すると式（Ｃ７）が得られる。
【００３８】
【数６】
2019148340.tif 000008
【００３９】
そこで、式（Ｃ７）を式（Ａ１）に代入すると式（Ａ４）が得られる。
【００４０】
【数７】
2019148340.tif 000009
【００４１】
例えば、第三実施形態のバルブ５００において、内筒部５２０は、内径２ｒ、外径２Ｒの円筒形であり、外筒部５１０は、内径２（Ｒ＋ΔＲ）の円筒形であり、筒状構造体の軸方向Ｚに対して垂直な断面Ｃ１（Ｃ１−Ｃ１線断面）において、外筒部５１０の内壁５１５及び内筒部５２０の外壁５２６によって囲まれる領域の面積Ｓ１が、Ｓ１＝π｛（Ｒ＋ΔＲ）２−Ｒ２｝を満たし、断面Ｃ１における外筒部の内壁５１５及び内筒部の外壁５２６の長さの和Ｌ１が、Ｌ１＝２π｛（Ｒ＋ΔＲ）＋Ｒ｝を満たし、断面Ｃ１において、内筒部５２０の内壁５２８によって囲まれる領域の面積Ｓ２が、Ｓ２＝πｒ２を満たし、断面Ｃ１における内筒部５２０の内壁５２８の長さＬ２が、Ｌ２＝２πｒを満たし、薄膜部５３０の高さ（筒状構造体の軸方向Ｚにおける高さ、薄膜部の膜厚）ｈ及びアンカー部５４０の高さ（筒状構造体の軸方向Ｚにおける高さ）Ｈは、下記式（Ａ４）を満たしていてもよい。下記式（Ａ４）において、αは、２０であることを含み、１０であることを含み、５であることを含む。
【００４２】
【数８】
2019148340.tif 000010
［式中、ｇは重力加速度を示す。］
【００４３】
＜第四実施形態＞
上記した第三実施形態のバルブは、流路に配設されるものであり、上記のｒ及び上記のΔＲが下記式（ａ）を満たしていてもよい。
ΔＲ＜ｒ  …（ａ）
【００４４】
式（ａ）は、上記式（２）を変形することにより得られるものである。また、式（２）は、次のように式（Ｃ７）に変形できる。
【００４５】
【数９】
2019148340.tif 000011
【００４６】
ここで、本実施形態のバルブは、Ｈ−ｈ＞０であってもよい。例えば、アンカー部５４０の高さＨが薄膜部５３０の高さｈよりも大きくてもよい。上記式（Ｃ７）より、Ｈ−ｈ＞０となる条件は、ｃｏｓθ＞０、例えば、ダイアフラム部材の材料であるポリマー組成物の、筒状構造体に対する接触角θが、０＜θ＜９０度であること、及び下記式（Ｃ８）を満たすことであることがわかる。
【００４７】
【数１０】
2019148340.tif 000012
【００４８】
上記式（Ｃ８）を変形すると、下記式（ａ）が得られる。例えば、本実施形態のバルブは、上記ΔＲが上記ｒより小さい。なお、図５に示すように、ΔＲは、外筒部５１０の内壁５１５から内筒部５２０の外壁５２６までの距離を示し、ｒは内筒部５２８の内壁５２８で形成される円の半径である。
ΔＲ＜ｒ  …（ａ）
【００４９】
［流体デバイス］
本実施形態における流体デバイスは、上述したバルブを少なくとも１つ備えた流体デバイスである。なお、本実施形態における流体デバイスを構成する流路及びバルブは、マイクロメートルのスケールであっても、ミリメートルのスケールであってもよい。何れのスケールの流体デバイスについても、微細な流路を有するデバイスという意味において、「マイクロ流体デバイス」と呼ぶことができる。
【００５０】
流体デバイスは、例えば、上述したバルブを備え、第一面にダイアフラム部材が露出した第一基板と、流路が形成された第二面を有する第二基板と、該第一面と該第二面とを対向させて、該流路がダイアフラム部材の直上を横断するように該第一基板と該第二基板とを貼り合わせた流体デバイスである。
【００５１】
図６Ａは一実施形態に係る流体デバイス６００のＸＺ面断面図（筒状構造体の軸線を含む断面図）である。流体デバイス６００は、第一基板６６０と第二基板６７０とを備え、第一基板６６０は、外筒部６１０と内筒部６２０とを有する筒状構造体と、薄膜部６３０とアンカー部６４０と接続部６３５とを有するダイアフラム部材とを有するバルブを備え、第一基板６６０の第一面６６５には該ダイアフラム部材が露出している。また、第二基板６７０は、流路６８０が形成された第二面６７５を有している。流体デバイス６００は、第一面６６５と第二面６７５とを対向させて、流路６８０が、該ダイアフラム部材の真上を横断するように、第一基板６６０と第二基板６７０とを貼り合わせて形成されている。
【００５２】
本実施形態の流体デバイスは、上述したバルブを複数備え、複数の前記バルブのうち少なくとも１つは、他のバルブと比べて薄膜部の高さｈ（薄膜部の厚さ）が異なっていてもよい。
【００５３】
このような流体デバイスの一例として、例えば、図１３に示す流体デバイスが挙げられる。図１３において、５２ｅ、５２ｆ、５２ｇ、５３ｄ、５３ｆ、５５ａ、６０ａ、６１ａ、６２ａは、上述したバルブである。
【００５４】
これらの各バルブは、薄膜部の厚さが全て同一でなくてもよい。これらの各バルブは、薄膜部の厚さが全て異なっていてもよく、一部のバルブの薄膜部の厚さが異なっていてもよい。
【００５５】
バルブの薄膜部の厚さをバルブ毎に異なる厚さとすることにより、それぞれサイズが異なる流路に設置された複数のバルブを、同じ圧力で制御することが可能になる。あるいは、バルブの薄膜部の厚さをバルブ毎に異なる厚さとすることにより、各バルブを同じ圧力で制御した場合に、流路を流れる流体の流量をバルブ毎に変化させることも可能である。
【００５６】
図２０Ａ〜図２０Ｄは、薄膜部の厚さの異なるバルブを備える流体デバイスの動作を説明する図である。図２０Ａは、一実施形態に係るバルブＴ１を備える流体デバイスの図である。図２０Ａでは、流路に吸引力Ｓを印加することにより、流路内の流体を流速Ｆ１で移動させている。
【００５７】
ここで、図２０Ｂに示すように、バルブＴ１の内筒部の内部（内部空間）に圧力Ｐを印加すると、バルブＴ１の薄膜部が変形する。この時のバルブ動作高Ａ１は流路の高さと一致している。これにより、流路を完全に塞いで、流速Ｆ１で移動していた流体の移動を停止させることができる。
【００５８】
図２０Ｃは、バルブＴ１よりも薄膜部の厚さが厚く、その他の条件はバルブＴ１と同様である、バルブＴ２を備える流体デバイスの図である。図２０Ｃでは、流路に吸引力Ｓを印加することにより、流路内の流体を流速Ｆ１で移動させている。
【００５９】
ここで、図２０Ｄに示すように、バルブＴ２の内筒部の内部（内部空間）に圧力Ｐを印加すると、バルブＴ２の薄膜部が変形する。ところが、バルブＴ２は、バルブＴ１よりも薄膜部の厚さが厚いため、バルブＴ２の薄膜部は、バルブ動作高Ａ２まで変形するものの、流路を完全には塞がない。そして、流路壁面とバルブＴ２の薄膜部とで形成される微小空間を流体が通過するため、流体と壁面の界面で生じる摩擦力と表面張力によって圧力損失が生じ、吸引力Ｓは吸引力Ｓ’に減衰する。この結果、流路内の流体は、吸引力Ｓ’によって生じた流速Ｆ２で移動することになる。
【００６０】
このように、バルブＴ２の膜厚部の厚さを制御してバルブ動作高Ａ２を調節することにより、流速Ｆ２を任意に設定することができる。また、吸引力Ｓと圧力Ｐをバルブごとに変更することなく、バルブＴ１は送液停止バルブとして、バルブＴ２は流速制御バルブとして、機能を分担させることができる。
【００６１】
＜ポンプ機能＞
本実施形態における流体デバイスは、複数のバルブを備え、該複数のバルブは流路に直列的に配設され、該複数のバルブの開閉により該流路中の流体に流れを起こすポンプとして機能するものであってもよい。
【００６２】
また、本実施形態における流体デバイスは、一例として、複数のバルブの開閉を互いに同期させて制御することにより、流路内の流体に波を起こして、その流体を所定方向（例、流体を流す一方向）に流すことができる。例えば、流路に直列的に配設された、好ましくは２個以上のバルブ、より好ましくは３個以上のバルブにおいて、各弁体（ダイアフラム部材）の変形のタイミングを所定間隔でずらして、各バルブの開閉を制御する、いわゆるペリスタルティック方式によって、流路中の流体を所定方向に送液することができる。バルブを３つ以上用いることにより、流体の送液方向を制御することが可能になる。流路に配設する個々のバルブの種類及び作動方式（ノーマリーオープン方式又はノーマリークローズ方式等）は、それぞれ同一であってもよいし、異なっていてもよい。
【００６３】
＜生体分子の検出＞
ところで、エクソソーム（エキソソーム）と呼ばれる脂質小胞が知られており、近年注目されている。エクソソームは、例えば、細胞から分泌される、直径３０〜１００ｎｍ程度の脂質小胞であり、分泌元の細胞由来の生体分子、例えばタンパク質、核酸、ｍｉＲＮＡなどを内包している。生体内に存在するがん細胞等の異常細胞は、その細胞膜の内部に特有のタンパク質や核酸、ｍｉＲＮＡなどを発現している。
【００６４】
そのため、エクソソームに内包される生体分子を分析することでエクソソームの分泌元の細胞の異常を検出することができる。エクソソームに内包される生体分子を取り出す（抽出する）手段として、一例にはエクソソームの脂質二重膜の破砕などが挙げられる。
【００６５】
更に、エクソソームは、生体内で循環している血液、尿、唾液などの体液中で検出されるため、エクソソームを分析することで、バイオプシー検査をしなくとも、生体内の異常を検出することができる。
【００６６】
エクソソームの分析に上述した流体デバイスを使用することができる。例えば、前記流体デバイスは、試料中のエクソソームが内包する生体分子を検出する流体デバイスであってもよい。このような流体デバイスとしては、例えば、上記実施形態のバルブと、疎水性鎖と親水性鎖を有する化合物で修飾された層を有するエクソソーム精製部と、生体分子検出部と、を備えた流体デバイスが挙げられる。
【００６７】
本実施形態における流体デバイスの一例として、図１１に示す流体デバイス５１が挙げられる。流体デバイス５１は、試料中のエクソソームが内包する生体分子を検出する流体デバイスであって、疎水性鎖と親水性鎖を有する化合物で修飾された層を有するエクソソーム精製部５２と、生体分子精製部５３と、生体分子検出部５４と、エクソソーム精製部５２と生体分子精製部５３を繋ぐ第一の流路５５と、生体分子精製部５３と生体分子検出部５４を繋ぐ第二の流路５６と、各流路の所望の箇所に配設された上記実施形態のバルブとを備えている。
【００６８】
本実施形態の流体デバイス５１は、血液から血球を除去した血漿を含むサンプルを得て、エクソソーム精製部５２に供給されるサンプル中のエクソソームが内包する生体分子を検出するデバイスである。
【００６９】
本実施形態において、第一の流路５５は、エクソソームの破砕液をエクソソーム精製部５２から生体分子精製部５３に送液する流路であり、第二の流路５６は、精製された生体分子を含む溶液を生体分子検出部５４に送液する流路である。
【００７０】
分析に用いるサンプルによる二次感染を防止する観点から、本実施形態の流体デバイス５１は、一例として図１２に示すように更に廃液槽５７、５８、５９を備えていてもよい。なお、図１２においては三つの廃液槽を示しているが一つ又は二つの廃液槽に集約しても構わない。
【００７１】
本実施形態の流体デバイス５１における各構成の一例について、図１３を参照して説明する。エクソソーム精製部５２は、供給されたサンプルに含まれるエクソソームの固定と、エクソソームの破砕を行う部分であり、インレットと、疎水性鎖と親水性鎖を有する化合物で修飾された層を有するエクソソーム固定部５２ｄを備える。図１３に示すように、エクソソーム精製部５２は、導入する試薬別にインレットを備えることが好ましい。例えば、エクソソーム精製部５２は、サンプル導入用インレット５２ｂと破砕液導入用インレット５２ｃを備えることが好ましく、更に洗浄液導入用インレット５２ａを備えることがより好ましい。
【００７２】
本実施形態の流体デバイス５１において、各部の液体の駆動は、外部吸引ポンプによってなされ、液体の流れは、本発明の第一態様のバルブの開閉によって制御されてもよい。
【００７３】
図１３に示すように、エクソソームの分析において、まず上述したエクソソーム精製部において、サンプル導入用インレット５２ｂに血漿を含むサンプルを注入し、流路５２ｉのバルブ５２ｆを開き、吸引によりサンプルをエクソソーム固定部５２ｄに導入する。
【００７４】
エクソソーム固定部５２ｄに導入されたサンプル中のエクソソームは、疎水性鎖と親水性鎖を有する化合物によって捕捉される。ここで、エクソソーム固定部５２ｄにおける疎水性鎖と親水性鎖を有する化合物とは、脂質二重膜に結合するための疎水性鎖と、この脂質鎖を溶解するための親水性鎖を有する化合物である。係る化合物を用いることにより、エクソソーム固定部５２ｄ上に脂質二重膜を有するエクソソームを固定することができる。
【００７５】
なお、本明細書において、「エクソソーム固定部５２ｄ上にエクソソームを固定する」とは、エクソソーム固定部にエクソソームを吸着させることを含む。これによって、サンプルからエクソソームを単離することが可能である。
【００７６】
エクソソーム固定部５２ｄとして用いられる基板としては、ガラス基板、シリコン基板、ポリマー基板、金属基板等が挙げられる。基板は、疎水性鎖と親水性鎖を有する化合物の親水性鎖と結合する物質を介して、前記化合物を基板表面に結合していてもよい。例えば、その物質としては、アミノ基、カルボキシル基、チオール基、水酸基、アルデヒド基を有する物質が例示でき、３−アミノプロピルトリエトキシシランが好ましい。
【００７７】
なお、血漿中には、エクソソーム以外にもマイクロベシクルやアポトーシス小体等の細胞外小胞が含まれており、これら細胞外小胞もエクソソーム固定部５２ｄに固定される可能性がある。エクソソーム固定部５２ｄからこれらの細胞外小胞を除去する観点から、エクソソーム固定部５２ｄ上のエクソソームを洗浄することが好ましい。
【００７８】
次いで、エクソソーム固定部５２ｄに固定されたエクソソームを破砕する。図１３に示すように、流路５２ｊ上のバルブ５２ｇを開き、破砕液導入用インレット５２ｃに破砕液を注入し、吸引により破砕液をエクソソーム固定部５２ｄへ導入する。破砕液としては、例えば細胞溶解に用いられる試薬が挙げられる。
【００７９】
破砕液がエクソソーム固定部５２ｄを通ることにより、エクソソーム固定部５２ｄ上に捕捉されたエクソソームが破砕され、エクソソームに内包される生体分子が放出される。エクソソームから放出された生体分子は、バルブ５５ａを介して第一の流路５５を通り生体分子精製部５３へ送られる。
【００８０】
図１３に示すように、生体分子精製部５３は、生体分子回収液導入用インレット５３ｂと、生体分子固定部５３ｃとを備えることが好ましく、更に生体分子洗浄液導入用インレット５３ａを備えることがより好ましい。
【００８１】
本実施形態において、生体分子固定部５３ｃが固定する生体分子はｍｉＲＮＡであることが好ましい。生体分子固定部５３ｃをエクソソーム破砕液が通過することにより、生体分子固定部５３ｃ上に生体分子が捕捉される。
【００８２】
次いで、生体分子固定部５３ｃに固定された生体分子を溶出させる。図１３に示すように、流路５３ｇのバルブ５３ｆを開け、生体分子回収液導入用インレット５３ｂに生体分子回収液を注入し、生体分子回収液を生体分子固定部５３ｃに導入する。
【００８３】
次いで、生体分子固定部５３ｃから生体分子を回収する。生体分子は第二の流路５６を通り、生体分子検出部５４へ送られる。
【００８４】
生体分子検出部５４は、一例として、生体分子に親和性を有する物質が固定されてなる基板を備えている。生体分子をｍｉＲＮＡとする場合には、標的ｍｉＲＮＡに相補的なプローブが固定されてなる基板５４ｃを備えていることが好ましい。標的ｍｉＲＮＡに相補的なプローブが固定された基板としては、例えばＤＮＡチップ等が挙げられる。
【００８５】
図１３に示すように、生体分子検出部５４は、更に洗浄液導入用インレット５４ｂを備えていることが好ましい。
【００８６】
生体分子が生体分子検出部５４へ送られた後、バルブ５４ｄを開け、検出プローブ導入用インレット５４ａに検出プローブ溶解液を注入する。
【００８７】
次いで、生体分子と検出プローブ溶解液を生体分子検出部内で循環させ、混合する。
【００８８】
次いで、捕捉プローブが固定された基板（図１３における基板５４ｃ）を洗浄し、該基板上の非特異的吸着物を取り除くことが好ましい。
【００８９】
次いで、基板５４ｃ上に捕捉された生体分子の存在量を測定する。例えば、生体分子を標識物質で標識し、当該標識物質の存在量を測定することにより、サンプル中の生体分子を定量することができる。標識物質としては、蛍光物質、酵素等が挙げられる。例えば、標識物質は蛍光物質であってもよい。当該蛍光物質に励起光を照射したときに生じる蛍光の強度を測定することにより、生体分子を定量することができる。生体分子は予め蛍光物質で標識されていてもよい。あるいは、生体分子が基板５４ｃ上に捕捉された後に、例えば蛍光標識された抗体等を用いて染色してもよい。蛍光物質の蛍光強度の測定は、一例として、図示略の蛍光顕微鏡、光源及びパソコン等の制御部により行うことができる。
【００９０】
本実施形態によれば、例えば、従来は１日以上要したエクソソームの分析をわずか一時間程度で迅速に行うことができる。
【００９１】
本デバイスのエクソソーム精製部で上述のようにエクソソームを固定した後、エクソソーム精製部においてエクソソームの表面に存在する生体分子を検出してもよい。基板に固定されたエクソソームの表面に存在する生体分子の検出方法は、エクソソームの表面に存在する生体分子と該生体分子と特異的に結合する第１の分子とを相互作用させて複合体を形成し、基板上の複合体（第１の分子−エクソソーム複合体）を検出することを含む。
【００９２】
第１の分子−エクソソーム複合体を検出する方法は、例えば蛍光標識した第１の分子−エクソソーム複合体の蛍光を検出する工程である。また、ＥＬＩＳＡによる検出方法を利用してもよい。
【００９３】
第１の分子とエクソソームの相互作用の一例として、例えば抗原−抗体反応といった結合反応が挙げられる。また、第１の分子としては、抗体に限られず、アプタマーも好適に用いられる。アプタマーの一例として、核酸アプタマーやペプチドアプタマーが挙げられる。
【００９４】
上記のようなエクソソームの表面に存在する生体分子の検出と、そのエクソソームに内包されるｍｉＲＮＡの検出とを本デバイス上で行うことによって、エクソソームを二段階で分析することができる。
【００９５】
本実施形態の流体デバイスによれば、バイオプシー検査をしなくとも、一例として、生体内で循環している血液中のエクソソームを分析することで、生体内の異常を検出することができる。
【００９６】
［流体制御方法］
本実施形態における流体制御方法は、上述した実施形態の流体デバイスにおける流体制御方法であって、上述した実施形態のバルブのアンカー部は筒状構造体に固定されたまま変形させず、薄膜部を流路の側又は流路と反対側に張り出すように変形させるものである。
【００９７】
本実施態様の流体制御方法は、例えば、流体に接する第一面を有し、貫通孔が形成された基板と、該貫通孔の第一面の開口部に嵌め込まれた、少なくとも中央部が薄膜状の、弾性変形可能な弁体と、該弁体を該流路の軸線の垂直方向（流体が流路を流れる方向に垂直な方向）に変形させる駆動部と、を含む流体制御構造によって実現されてもよい。
【００９８】
上記の流体制御方法は、外筒部と内筒部とを有する筒状構造体と、該内筒部の一端を覆うように配置された薄膜部と、該薄膜部の周縁を一周し、該外筒部の内壁及び該内筒部の外壁に沿って密着したアンカー部と、を有するダイアフラム部材と、を備えたバルブを流路に配設し、該アンカー部は筒状構造体に固定されたまま変形させず、該薄膜部を該流路の側又は該流路と反対側に張り出すように変形させるものである。
【００９９】
上記の流体制御方法は、上記のバルブを構成する外筒部と内筒部とのうち内筒部の内部に流体を外部装置から導入することにより、前記ダイアフラム部材の薄膜部を変形させるものであってもよい。流体としては、空気、窒素、水等が挙げられる。
【０１００】
上記の薄膜部を流路の側又は流路と反対側に張り出すように変形させるとは、例えば、薄膜部を、流路の軸線に対して垂直方向（バルブを構成する筒状構造体の軸方向）に変形させることを含む。
【０１０１】
このような変形は、例えば、薄膜部を変形させるための駆動部によって行うことができる。その駆動部としては、例えば、ダイアフラム部材の薄膜部を変形させる動力となる空気等の流体を、バルブを構成する前記内筒部の内部に注入又は排出するポンプが挙げられる。
【０１０２】
上記の流体制御方法は、上記の駆動部が薄膜部を流路の側又は流路と反対側に張り出すように膨らんで変形させることにより、流路中を流体が流れる開状態（流体が流通可能な状態）から、流路中の流体の流れをせき止めた状態とする閉状態（流体が流通不能な状態）へと変形させるものであってもよい。
【０１０３】
図６Ａ及び図６Ｂは、流体制御方法の一実施形態を説明する図である。図６Ａは一実施形態に係る流体デバイス６００のＸＺ面断面図（筒状構造体の軸線を含む断面図）である。流体デバイス６００は、第一基板６６０と第二基板６７０とを備え、第一基板６６０は、外筒部６１０と内筒部６２０とを有する筒状構造体と、薄膜部６３０とアンカー部６４０と接続部６３５とを有するダイアフラム部材とを備えるバルブを備え、第一基板６６０の第一面６６５には前記ダイアフラム部材が露出している。また、第二基板６７０は、流路６８０が形成された第二面６７５を有している。流体デバイス６００は、前記第一面６６５と前記第二面６７５とを対向させて、前記流路６８０が、前記ダイアフラム部材の真上を横断するように、前記第一基板６６０と前記第二基板６７０とを貼り合わせて形成されている。
【０１０４】
図６Ａは、流路６８０の内部を流体が流通可能（通過可能）な状態を示している。図６Ｂは、薄膜部６３０を前記流路６８０に向かって張り出すように変形させることにより、流路６８０の内部の流体の流れがせき止められ、流体が流通不能（通過不能）な状態を示している。
【０１０５】
薄膜部６３０の変形は、バルブを構成する外筒部６１０と内筒部６２０とのうち内筒部６２０の内部に空気等の流体を注入（加圧）又は排出（減圧）し、内部の圧力を制御することにより行う。
【０１０６】
また、薄膜部６３０が流路６８０側に張り出すように膨らんで変形しても、ダイアフラム部材はアンカー部６４０によって、筒状構造体に強固に固定されており、ダイアフラム部材が筒状構造体から剥離することはない。
【０１０７】
以上、流体制御方法として、バルブを構成するダイアフラム部材の薄膜部が、孔の外側に膨らんで流路を塞ぐ場合（ノーマリーオープン方式）を一例として説明した。しかし、上記作動方式はこの場合に限定されず、バルブを構成するダイアフラム部材が、孔の内部（流路の反対側）に凹む（引っ込む）ことによって、それまで塞いでいた流路を開通する作動方式（ノーマリークローズ方式）を採用することもできる。この後者の作動方式について以下に説明する。
【０１０８】
図７Ａは一実施形態に係る流体デバイス７００のＸＺ面断面図（筒状構造体の軸線を含む断面図）である。流体デバイス７００は、第一基板７６０と第二基板７７０とを備え、第一基板７６０は、外筒部７１０と内筒部７２０とを有する筒状構造体と、薄膜部７３０とアンカー部７４０と接続部７３５とを有するダイアフラム部材とを備えるバルブを備え、第一基板７６０の第一面７６５には前記ダイアフラム部材が露出している。また、第二基板７７０は、流路７８０が形成された第二面７７５を有している。流体デバイス７００は、前記第一面７６５と前記第二面７７５とを対向させて、前記流路７８０が、前記ダイアフラム部材の真上を横断するように、前記第一基板７６０と前記第二基板７７０とを貼り合わせて形成されている。
【０１０９】
流路７８０には、分断部７８０ｂにおいて突起７７０ｈが設けられている。この突起７７０ｈが、対向するダイアフラム部材の薄膜部７３０と密着しているため、流路７８０は分断部７８０ｂにおいて塞がれた状態にある。この状態は、流路７８０の内部の流体の流れがせき止められ、流体が流通不能な状態（閉状態）を示している。
【０１１０】
この状態において、バルブを構成する内筒部７２０の内部の空気等の流体を排出（減圧）すると、図７Ｂに示すように、ダイアフラム部材の薄膜部７３０が内筒部７２０の内部に引き込まれることにより、分断部７８０ｂが開通される。すなわち、この状態は、流路７８０の内部を流体が流通可能な状態（開状態）を示している。
【０１１１】
また、薄膜部７３０が内筒部７２０の内部に引き込まれるように変形しても、ダイアフラム部材はアンカー部７４０によって、筒状構造体に強固に固定されており、ダイアフラム部材が筒状構造体から剥離することはない。
【０１１２】
［バルブの製造方法］
本実施形態におけるバルブの製造方法は、外筒部と、内筒部と、前記外筒部及び前記内筒部の相対的な位置を固定する保持部材とを備える筒状構造体の内部に、表面張力がγであり、前記筒状構造体に対する接触角がθであり、密度がρであるポリマー組成物を注入する工程（工程Ａ）と、前記ポリマー組成物が流動し、前記内筒部の一端を覆うように配置された、高さｈを有する薄膜部と、前記薄膜部の周縁を一周し、前記外筒部の内壁及び前記内筒部の外壁に密着し、高さＨを有するアンカー部とを形成し、前記筒状構造体の軸方向に対して垂直な断面Ｃ１において、前記外筒部の内壁及び前記内筒部の外壁によって囲まれる領域の面積Ｓ１、前記断面Ｃ１における前記外筒部の内壁及び前記内筒部の外壁の長さの和Ｌ１、前記断面Ｃ１において前記内筒部の内壁によって囲まれる領域の面積Ｓ２、前記断面Ｃ１における前記内筒部の内壁の長さＬ２、前記ｈ及び前記Ｈが、下記式（１）を満たした段階で前記ポリマー組成物の流動が停止する工程（工程Ｂ）と、流動が停止した前記ポリマー組成物を硬化させる工程（工程Ｃ）と、を含む。
（γｃｏｓθ×Ｌ１）／Ｓ１−ρｇ×Ｈ＝（γｃｏｓθ×Ｌ２）／Ｓ２−ρｇ×ｈ  …（１）
［式中、ｇは重力加速度を示す。］
【０１１３】
また、式（１）はモデル式であるため、実験による実測値から外れる場合がある。本明細書において、「式（１）を満たす」とは、式（１）に基づいて算出されるＨ−ｈの値（理論値）及びＨ−ｈの実測値が下記式（Ａ１）を満たすことを意味する。式（Ａ１）において、αは、２０であることを含み、１０であることを含み、５であることを含む。
【０１１４】
【数１１】
2019148340.tif 000013
【０１１５】
これをいいかえると、前記工程Ｂにおいて、前記ｈ及び前記Ｈは、下記式（Ａ３）を満たしていてもよく、下記式（Ａ３）において、αは、２０であることを含み、１０であることを含み、５であることを含む。
【０１１６】
【数１２】
2019148340.tif 000014
［式中、ｇは重力加速度を示す。］
【０１１７】
本実施態様のバルブの製造方法は、基板の第一面に開口する貫通孔の第一端部を蓋材で塞ぐ工程と、前記貫通孔の第二端部からダイアフラム部材の原料を注入する工程と、前記原料を固化させることにより、少なくとも中央部が薄膜状であり、前記貫通孔の第一端部に嵌め込まれたダイアフラム部材を形成する工程と、前記蓋材を取り外す工程と、を有するバルブの製造方法であってもよい。
【０１１８】
図８は、工程Ａに供する筒状構造体８００の一例を示す斜視図である。筒状構造体８００は、外筒部８１０と、内筒部８２０と、前記外筒部８１０及び前記内筒部８２０の相対的な位置を固定する保持部材８９０とを備える。
【０１１９】
図８に例示するように、外筒部８１０の内壁８１５は、基板８６０に開けられた孔の内壁であってもよい。例えば、外筒部８１０の外壁は基板８６０と一体化していてもよい。
【０１２０】
また、保持部材８９０の形状及び個数は特に限定されず、外筒部８１０及び内筒部８２０の相対的な位置を固定することができればどのような形状及び個数であってもよい。図８の例においては、保持部材８９０は、外筒部８１０及び内筒部８２０を繋ぐ４本の柱状の構造体から構成されている。
【０１２１】
筒状構造体８００において、外筒部８１０の内壁８１５及び内筒部８２０の外壁８２６との間に存在する空間は、大気開放されている。また、内筒部８２０の高さは、外筒部８１０の高さよりも低くなっており、内筒部８２０は、外筒部８１０の底面まで到達していない。また、内筒部８２０と、外筒部８１０との上面の高さは揃っている。
【０１２２】
なお、筒状構造体８００においては、内筒部８１０及び外筒部８２０はいずれも円筒形であるが、上述したように外筒部及び内筒部の形状は特に限定されず、例えば、円筒であってもよく、三角筒、四角筒、六角筒等の多角筒であってもよい。また、外筒部と内筒部は同じ形状であっても異なる形状であってもよい。
【０１２３】
（工程Ａ）
図９は、バルブの製造方法を説明する図である。工程Ａにおいて、外筒部９１０と、内筒部９２０と、前記外筒部９１０及び前記内筒部９２０の相対的な位置を固定する保持部材（図示せず）とを備える筒状構造体９００の内部に、表面張力がγであり、前記筒状構造体に対する接触角がθであり、密度がρであるポリマー組成物ｍを注入する。ポリマー組成物ｍはダイアフラム部材の材料である。ポリマー組成物ｍは、外筒部９１０と内筒部９２０とのうち内筒部９２０の内部に注入される。
【０１２４】
筒状構造体９００を構成する材料は特に制限されず、例えば、樹脂（プラスチック）、ガラス、セラミックス、金属、半導体等の材料が適用できる。一例として、本実施例で製造したバルブをマイクロ流体デバイスに配設する場合、デバイスを流れる流体を外部から視認することが可能なように、樹脂、ガラス等の透明材料を基板材料として使用してもよい。
【０１２５】
筒状構造体９００の構成材料が、一例としてアクリル樹脂であり、筒状構造体９００が基板９６０と一体化している場合、基板９６０の厚みは、例えば０．１〜５．０ｃｍ程度とすることができ、加工が容易である観点から、例えば０．５〜２．０ｃｍ程度とすることができる。
【０１２６】
筒状構造体９００の外筒部９１０の内径（外筒部の内壁９１５の内径）は、バルブを配設する流路の幅や高さ（深さ）によって適宜設定すればよく、一例として、１．０〜１０ｍｍ程度とすることができる。
【０１２７】
内筒部９２０、保持部材９９０等の構成を基板９６０に形成する方法は特に限定されず、一例として、市販の３Ｄ入出力装置を使用して、基板の表面を切削加工する方法が挙げられる。
【０１２８】
ポリマー組成物ｍは、内筒部９２０の内部の圧力変化に応じて筒状構造体９００の軸線方向に変形可能な材料であればよく、一例として、エラストマーが挙げられる。前記エラストマーは公知の高分子化合物からなるものが適用可能である。エラストマー材料の一例として、ＰＤＭＳが挙げられる。
【０１２９】
ポリマー組成物ｍを注入する前に、筒状構造体９００の底面を塞ぐことが好ましい。例えば、蓋材Ｆを第一面９１０ａに密着させることにより、筒状構造体９００の底面を塞いでもよい。
【０１３０】
蓋材Ｆは、筒状構造体９００の底面を塞ぐことが可能で、後工程で取り除くことが可能な部材であれば特に制限されない。蓋材Ｆの一例として、樹脂製の離型フィルムが適用可能である。例えば、筒状構造体９００が複数形成された基板９６０の第一面９１０ａの全面に離型フィルムを貼付することにより、複数の筒状構造体９００の底面を一時的に塞ぐことができる。
【０１３１】
ダイアフラム部材の薄膜部の厚みは、適当な圧力で筒状構造体の軸線方向に変形させることが可能な厚みであれば特に制限されず、ダイアフラム部材の構成材料の種類や性質に応じて設定すればよい。一例として、ダイアフラム部材の構成材料がＰＤＭＳである場合、薄膜部の厚みは、例えば１〜１０００μｍ程度とすることができる。メニスカスの形成等により薄膜部の厚みが均一でない場合、薄膜部の中心部の厚みが上記程度であればよい。この範囲の厚みであると、比較的少ない圧力変化で充分に変形させることができる。
【０１３２】
また、本実施形態におけるバルブの製造方法は、ポリマー組成物ｍの注入量を調整することによって、ダイアフラム部材の薄膜部の厚みを調整することができる。この注入方法は特に制限されず、一例として、図９に示すように、ディスペンサーＤのノズルを筒状構造体９００の上方に位置させ、硬化前の液状のポリマー組成物ｍを注入する方法が挙げられる。
【０１３３】
（工程Ｂ）
工程Ｂにおいて、ポリマー組成物ｍが流動し、前記内筒部の一端９２３を覆うように配置された、高さｈを有する薄膜部９３０と、前記薄膜部９３０の周縁を一周し、前記外筒部９１０の内壁９１５及び前記内筒部９２０の外壁９２６に密着し、高さＨを有するアンカー部９４０とを形成し、前記筒状構造体の軸方向に対して垂直な断面Ｃ１において、前記外筒部９１０の内壁９１５及び前記内筒部９２０の外壁９２６によって囲まれる領域の面積Ｓ１、前記断面Ｃ１における前記外筒部９１０の内壁９１５及び前記内筒部９２０の外壁９２６の長さの和Ｌ１、前記断面Ｃ１において、前記内筒部９２０の内壁９２８によって囲まれる領域の面積Ｓ２、前記断面Ｃ１における前記内筒部９２０の内壁９２８の長さＬ２、前記ｈ及び前記Ｈが、下記式（１）を満たした段階で前記ポリマー組成物ｍの流動が停止する。
（γｃｏｓθ×Ｌ１）／Ｓ１−ρｇ×Ｈ＝（γｃｏｓθ×Ｌ２）／Ｓ２−ρｇ×ｈ  …（１）
［式中、ｇは重力加速度を示す。］
【０１３４】
ここで、式（１）について説明する。筒状構造体９００にポリマー組成物ｍを注入すると、ポリマー組成物ｍが流動し、やがて平衡状態に到達した段階でポリマー組成物ｍの流動が止まる。
【０１３５】
式（１）の左辺は、アンカー部にかかる単位面積当たりの表面張力とポリマー組成物ｍにかかる単位面積あたりの重力の和を表したものである。また、式（１）の右辺は、薄膜部における単位面積当たりの表面張力とポリマー組成物ｍにかかる単位面積あたりの重力の和を表したものである。ポリマー組成物ｍの流動が停止した状態では、アンカー部と薄膜部におけるポリマー組成物ｍにかかる力がつりあい、左辺＝右辺となる。
【０１３６】
なお、式（１）のＬ１は、ポリマー組成物ｍが、アンカー部において筒状構造体９００の壁面と接する接触線の長さを意味する。また、Ｌ２は、ポリマー組成物ｍが薄膜部において筒状構造体９００の壁面と接する接触線の長さを意味する。
【０１３７】
（工程Ｃ）
工程Ｃにおいて、流動が停止した前記ポリマー組成物ｍを硬化させる。硬化は、筒状構造体の内部で行う。ポリマー組成物ｍを硬化させる方法は特に制限されず、使用するポリマー組成物ｍの特性に応じて、例えば加熱、紫外線照射等の常法が適用できる。また、一例として、ポリマー組成物ｍが、主剤と架橋剤（硬化剤）とを混合させた二液混合型の樹脂組成物であれば、注入後に一定時間経過すると、自然に硬化させることができる。
【０１３８】
ポリマー組成物ｍの硬化後に、蓋材Ｆを除去することにより、目的のバルブが形成された基板９６０を得ることができる。一例として、蓋材Ｆが基板９６０の第一面９１０ａに貼付された公知の離型フィルムである場合には、蓋材Ｆを簡単に剥離して取り外すことができる。
【０１３９】
本実施態様にかかるバルブの製造方法により、複数のバルブを同時に製造することもできる。
【０１４０】
ここで、筒状構造体の外筒部及び内筒部が共に円筒形である場合において、上述した工程Ｂで、ポリマー組成物ｍの流動が平衡状態に到達して止まった状態について説明する。
【０１４１】
図１０は、外筒部及び内筒部が共に円筒形である筒状構造体の軸線を含む断面を示す断面図である。図１０に示すように、内筒部の内部において、平衡状態では、ポリマー組成物ｍが上昇しようとする力ｆγと、ポリマー組成物ｍにかかる重力ｆｇとがつりあっている（すなわち、ｆγ＝ｆｇ）。ここで、ｆγ及びｆｇは、それぞれ下記式（Ｃ１）及び（Ｃ２）で示すことができる。
【０１４２】
式（Ｃ１）において、γはポリマー組成物ｍの表面張力を示し、θはポリマー組成物ｍの、筒状構造体に対する接触角を示し、ｒは内筒部の内壁で形成される円の半径を示す。
【０１４３】
式（Ｃ２）において、ρはポリマー組成物ｍの密度を示し、ｇは重力加速度を示し、ｒは式（Ｃ１）と同様であり、ｈはダイアフラム部材の薄膜部におけるポリマー組成物ｍの高さを示す。
【０１４４】
【数１３】
2019148340.tif 000015
【０１４５】
また、外筒部の内壁及び前記内筒部の外壁に囲まれた領域において、平衡状態では、ポリマー組成物ｍが上昇しようとする力Ｆγと、ポリマー組成物ｍにかかる重力Ｆｇとがつりあっている（すなわち、Ｆγ＝Ｆｇ）。ここで、Ｆγ及びＦｇは、それぞれ下記式（Ｃ３）及び（Ｃ４）で示すことができる。
【０１４６】
式（Ｃ３）において、γ、θは式（Ｃ１）と同様であり、Ｒは内筒部の外壁で形成される円の半径を示す。
【０１４７】
ΔＲは外筒部の内壁から内筒部の外壁までの長さ（外筒部の内壁で形成される円の半径から上記Ｒを引いた長さ）を示す。
【０１４８】
式（Ｃ４）において、ρ、ｇは式（Ｃ２）と同様であり、Ｒ、ΔＲは式（Ｃ３）と同様であり、Ｈはダイアフラム部材のアンカー部におけるポリマー組成物ｍの高さを示す。
【０１４９】
【数１４】
2019148340.tif 000016
【０１５０】
平衡状態では、下記式（Ｃ５）が成り立つ。そこで、式（Ｃ５）に上記式（Ｃ１）〜（Ｃ４）を代入して計算すると下記式（Ｃ６）が得られる。更に、下記式（Ｃ６）を変形すると下記式（Ｃ７）が得られる。
【０１５１】
【数１５】
2019148340.tif 000017
【０１５２】
本実施形態のバルブでは、Ｈ−ｈ＞０であってもよい。上記式（Ｃ７）より、Ｈ−ｈ＞０となる条件は、ｃｏｓθ＞０、すなわち、ポリマー組成物ｍの筒状構造体に対する接触角θが、０＜θ＜９０度であること、及び下記式（Ｃ８）を満たすことであることがわかる。
【０１５３】
【数１６】
2019148340.tif 000018
【０１５４】
上記式（Ｃ８）を変形すると、下記式（ａ）が得られる。したがって、本発明の一実施形態に係るバルブは下記式（ａ）を満たす。
ΔＲ＜ｒ  …（ａ）
【０１５５】
また、上記式（１）、式（Ｃ７）等に基づいて、目的に応じたγ、θ、ρ等の物性を有するポリマー組成物ｍを選択すること、筒状構造体の形状及びサイズを設計すること、筒状構造体に注入するポリマー組成物ｍの量を調整すること等により、製造するバルブのＨ−ｈや薄膜部の膜厚を設計通りに製造することができる。
【実施例】
【０１５６】
以下、実験例により本発明を説明するが、本発明は以下の実験例に限定されるものではない。
【０１５７】
＜実験例１＞
図５に示すバルブを作製し、バルブの材料であるＰＤＭＳの高さ（図５におけるＨ及びｈ）を実測した。なお、第三実施形態のバルブは、外筒部及び内筒部が共に円筒形である。
【０１５８】
１００×８０×５ｍｍのサイズのポリ（メチルメタクリレート−コ−スチレン）製の基板（日本アクリエース社製）を、ミリングマシン（商品名「ＭＤＸ−５４０」、ローランドＤＧ社製）を用いて加工して、筒状構造体を形成した。内筒部の高さは外筒部の高さ（５ｍｍ）よりも０．５ｍｍ短くした。図５におけるｒが１ｍｍであり、Ｒ＋ΔＲが２．５ｍｍであり、Ｒ−ｒが０．８ｍｍであり、ΔＲは０．７ｍｍである筒状構造体と、図５におけるｒが１．４ｍｍであり、Ｒ＋ΔＲが２．５ｍｍであり、Ｒ−ｒが０．４ｍｍであり、ΔＲは０．７ｍｍである筒状構造体の、２種類の筒状構造体を作製した。
【０１５９】
続いて、上記筒状構造体を形成した基板に、蓋材としてフィルム（商品名「ＳＰＶ−Ｐ−６０３０」、日東電工社製）を貼り付けた。続いて、精密ディスペンサー（商品名「Ｎａｎｏ  Ｍａｓｔｅｒ  ＳＭＰ−ＩＩＩ」、武蔵エンジニアリング社製）及びロボット（商品名「ＳＨＯＴＭＡＳＴＥＲ  ２００ＤＳ」、武蔵エンジニアリング社製）を用いて、ポリマー組成物を筒状構造体の内部に３５〜５０μＬ注入した。ポリマー組成物としては、ＰＤＭＳ（主剤）と硬化剤（架橋剤）の１５：１（ｖ／ｖ）混合物（Ｓｙｌｇａｒｄ１８４、ダウコーニング社製）を用いた。
【０１６０】
続いて、ポリマー組成物の流動が平衡状態に達するのに十分な時間である１０分間放置後、オーブン内で８０℃に加熱し、ポリマー組成物を硬化させた。その後、蓋材として使用したフィルムを剥がし、バルブを完成させた。
【０１６１】
図１４は、ｒ＝１ｍｍ及びｒ＝１．４ｍｍの各バルブに、３５〜５０μＬのポリマー組成物を注入して製造したバルブのＨ−ｈの長さの実測値（Ｎ＝３）を示すグラフである。ｒ＝１ｍｍのバルブにおけるＨ−ｈの長さは、注入したポリマー組成物の量にかかわらず、１．８７±０．０２６１ｍｍでほぼ一定となった。また、ｒ＝１．４ｍｍのバルブにおけるＨ−ｈの長さは、注入したポリマー組成物の量にかかわらず、２．４９±０．０９６２ｍｍでほぼ一定となった。
【０１６２】
なお、ＰＤＭＳの表面張力γは２１．６ｄｙｎ／ｃｍであり、ＰＤＭＳの筒状構造体に対する接触角θは２０度であり、ＰＤＭＳの密度ρは１．１１ｇ／ｃｍ３であるため、式（Ｃ７）より、ｒ＝１ｍｍのバルブにおけるＨ−ｈの長さの理論値は１．６０ｍｍであり、ｒ＝１．４ｍｍのバルブにおけるＨ−ｈの長さの理論値は２．６６ｍｍである。。上記のＨ−ｈの実測値は、これらの理論値に近い値であった。
【０１６３】
＜実験例２＞
（機械的強度の評価）
実験例１と同様のバルブ（ｒ＝１ｍｍ）を作製し、バルブの機械的強度を検討した。ダイアフラム部材の材質としてはＰＤＭＳを使用した。図１５に示す装置を組み立て、バルブの内筒部の内部に窒素ガスを注入して加圧し、印加圧力とバルブの薄膜部の変形量を測定した。
【０１６４】
図１６は、印加圧力とバルブの薄膜部の変形量の関係を示すグラフ及びバルブの写真である。この結果から、本実験例のバルブで高さ５００μｍの流路を塞ぐためには、０．１ＭＰａ以上の印加圧力が必要であることが明らかとなった。
【０１６５】
＜実験例３＞
（開閉試験）
図１７Ａに示すように、１００×８０×５ｍｍのサイズの基板に、断面が０．５×２ｍｍの長方形であり、導入口１７８０ｃと排出口１７８０ｄの直径が３ｍｍである流路１７８０ａと、当該流路に配設された実験例１と同様のバルブ（ｒ＝１ｍｍ）と、当該バルブの内筒部の内部に窒素を供給する流路１７８０ｂを備える流体デバイス１７００を作製した。
【０１６６】
蛍光物質であるスルホローダミンＢ（関東化学）の０．０５ｗ／ｗ％水溶液で流路１７８０ａを満たし、バルブの動作を観察した。流路１７８０ａにおけるバルブの薄膜部１７３０に接する領域からの蛍光を測定した。スルホローダミンＢの蛍光は、絞り（商品名「ＩＤ１５／Ｍ」、ソーラボ社）及びレンズ（商品名「ＬＡ１８０５」、ソーラボ社）を通じてアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ、商品名「Ｃ５４６０」、浜松ホトニクス社）に導入した。ＡＰＤからのアナログ信号は入力モジュール（商品名「ＮＩＵＳＢ−６００８」、ナショナルインスツルメンツ社）を用いてデジタル信号に変換した。
【０１６７】
図１７Ｂは、流路１７８０ｂを通じてバルブの内筒部の内部に供給した窒素ガスによる印加圧力と、測定された蛍光強度との関係を示すグラフ及び流体デバイスのバルブ付近の写真である。図１７Ｂに示すように、バルブへの印加圧力が増加するにつれて蛍光強度が減少した。薄膜部の変形による蛍光強度の減少は印加圧力０．１ＭＰａから観察され、バルブの完全な閉鎖は約０．２ＭＰａの印加圧力で達成された。本実験例では、０．４ＭＰａの印加圧力の条件下においてもバルブの薄膜部の損傷は認められなかった。
【０１６８】
＜実験例４＞
（応答速度評価）
実験例３の流体デバイスを用いて、バルブ制御用電圧、バルブの開閉（薄膜部の変形量）、バルブへの印加圧力の時間的な関係を測定した。図１８は、本実験例の結果を示すグラフである。その結果、バルブ制御用電圧を印加してから６０ミリ秒でバルブを開閉できることが明らかとなった。
【０１６９】
＜実験例５＞
（ペリスタルティックポンプの作製）
図１９Ａに示すように、流路上に実験例１と同様のバルブ（ｒ＝１ｍｍ）を３個直列に配置した流体デバイス（ペリスタルティックポンプ）を作製した。各バルブを１／２周期ごとに開閉させ、また、隣り合うバルブの動作に１／４周期ずつのずれを生じさせ、流路内の液体を送液した。駆動周波数を変化させて、送液流量を測定した。
【０１７０】
図１９Ｂは、上記のペリスタルティックポンプの駆動周波数と液体の送液流量との関係を示すグラフである。グラフに示すように、駆動周波数と液体の送液流量とは、単調増加の関係にあり、ペリスタルティックポンプが正常に動作することが示された。
【産業上の利用可能性】
【０１７１】
本発明によれば、耐久性に優れたバルブ、当該バルブを備えた流体デバイス、当該バルブを用いた流体制御方法及び耐久性に優れたバルブの製造方法を提供することができる。
【符号の説明】
【０１７２】
１１０，６６０，７６０…第一基板、６６５，７６５…第一基板の第一面、１１１…樹脂シート、１１２，６７０，７７０…第二基板、６７５，７７５…第二基板の第二面、１１３…貫通孔、２１，５２ｉ，５２ｊ，１１４，６８０，７８０…流路、２０…積層基板、２１ａ…小径部、５１…流体デバイス、５２…エクソソーム精製部、５２ａ…洗浄液導入用インレット、５２ｂ…サンプル導入用インレット、５２ｃ…破砕液導入用インレット、５２ｄ…エクソソーム固定部、５３…生体分子精製部、５３ａ…生体分子洗浄液導入用インレット、５３ｂ…生体分子回収液導入用インレット、５３ｃ…生体分子固定部、５４…生体分子検出部、５４ａ…検出プローブ導入用インレット、５４ｂ…洗浄液導入用インレット、５４ｃ，８６０，９６０…基板、５５…第一の流路、５６…第二の流路、５７，５８，５９…廃液槽、５２ｅ，５２ｆ，５２ｇ，５３ｄ，５３ｆ，５４ｄ，５５ａ，６０ａ，６１ａ，６２ａ，４００，５００，６００，７００…バルブ、４１０，５１０，６１０，７１０，８１０，９１０…外筒部、４１３…外筒部の一端、４１５，５１５，８１５，９１５…外筒部の内壁、４２０，５２０，６２０，７２０，８２０，９２０…内筒部、４２３，９２３…内筒部の一端、４２６，５２６，９２６…内筒部の外壁、４２８，５２８…内筒部の内壁、４３０，５３０，６３０，７３０，９３０…薄膜部、４３５，５３５，６３５，７３５…接続部、４４０，５４０，６４０，７４０，９４０…アンカー部、４５０…中心軸、７８０ｂ…分断部、７７０ｈ…突起、８００，９００…筒状構造体、８９０，９９０…保持部材、９１０ａ…基板の第一面、Ｄ…ディスペンサー、Ｆ…蓋材、ｆγ，Ｆγ…力、ｆｇ，Ｆｇ…重力、Ｈ，ｈ…高さ、ｍ…ポリマー組成物、Ｒ，ｒ…半径。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２０Ｃ】
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【図２０Ｄ】
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【手続補正書】
【提出日】令和1年6月14日(2019.6.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外筒部と内筒部とを有する筒状構造体と、
前記内筒部の一端を覆うように配置された薄膜部と、前記薄膜部の周縁を一周し、前記外筒部の内壁及び前記内筒部の外壁に沿って密着したアンカー部と、を有するダイアフラム部材と、を備え、
流路に配設され、前記薄膜部を変形させることにより、前記流路を流れる流体の流れを制御する、バルブ。