(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ流体デバイスに液体を供給するために用いられるマイクロ流体デバイス用液体供給カートリッジであって、
ガス発生室と、ガス発生室と仕切壁を介して設けられた液体収納室とを有するカートリッジ本体と、
前記カートリッジ本体の前記ガス発生室に収納されており、外部刺激を受けることによりガスを発生するガス発生材料と、
前記液体収納室に収納された液体とを備え、
前記カートリッジ本体の前記仕切壁には、前記ガス発生室と前記液体収納室とを連通しており、ガスは通過させるが、液体を通過させないガス流路が形成されており、かつ前記カートリッジ本体には、前記液体収納室から液体を外部に供給するための液体供給口が設けられており、かつ該液体供給口をシールするように液体漏洩防止用のシール材が設けられていることを特徴とする、マイクロ流体デバイス用液体供給カートリッジ。
【請求項２】
前記カートリッジ本体の表面に凸部が設けられており、該凸部に前記液体供給口が開口しており、前記凸部がマイクロ流体デバイスの液体供給開口部に嵌合されるように構成されている、請求項１に記載のマイクロ流体デバイス用液体供給カートリッジ。
【請求項３】
前記カートリッジ本体の表面に凹部が形成されており、該凹部に前記液体供給口が開口しており、該凹部がマイクロ流体デバイスの液体供給用開口部を有する凸部に嵌合するように構成されている、請求項１に記載のマイクロ流体デバイス用液体供給カートリッジ。
【請求項４】
前記カートリッジ本体が、前記液体収納室及び前記仕切壁を有する第１のカートリッジ本体部材と、前記第１のカートリッジ本体部材に着脱自在に取り付けられるように構成されており、前記第１のカートリッジ本体部材に取り付けられた際に、第１のカートリッジ本体部材との間で前記ガス発生室を形成する第２のカートリッジ本体部材とを備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載のマイクロ流体デバイス用液体供給カートリッジ。
【請求項５】
前記ガス流路の横断面における最大寸法が２ｍｍ以下である、請求項１〜４のいずれか１項に記載のマイクロ流体デバイス用液体供給カートリッジ。
【請求項６】
前記液体を前記液体供給口に向かってスパイラル状に送液するためのガイドが、前記液体収納室に収納されている、請求項５に記載のマイクロ流体デバイス用液体供給カートリッジ。
【請求項７】
前記カートリッジ本体に、前記ガス発生材料にエネルギーを付与するためのエネルギー源が一体に固定されている、請求項１〜６のいずれかに１項に記載のマイクロ流体デバイス用液体供給カートリッジ。
【請求項８】
前記エネルギー源が、前記カートリッジ本体に着脱自在に取り付けられている、請求項７に記載のマイクロ流体デバイス用液体供給カートリッジ。
【請求項９】
前記カートリッジ本体内に、前記液体収納室と液体収納室に対応した液体供給口とが複数組設けられている、請求項１〜７のいずれか１項に記載のマイクロ流体デバイス用液体供給カートリッジ。
【請求項１０】
前記ガス発生材料が、光を照射されることによりガスを発生するガス発生材料である、請求項１〜８のいずれか１項に記載のマイクロ流体デバイス用液体供給カートリッジ。
【請求項１１】
前記カートリッジ本体の前記ガス発生室が臨む部分の少なくとも一部にガス発生材料に光を照射するための透光性の光学窓が設けられている、請求項１０に記載のマイクロ流体デバイス用液体供給カートリッジ。
【請求項１２】
前記光学窓から前記ガス発生室内に光を照射するための光源が前記カートリッジ本体に着脱自在に固定されている、請求項１１に記載のマイクロ流体デバイス用液体供給カートリッジ。
【請求項１３】
前記液体供給口の径が収納されている液体が重力によって流下しない程度の径とされている、請求項１〜１２のいずれか１項に記載のマイクロ流体デバイス用液体供給カートリッジ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ流体デバイスに用いられる液体供給カートリッジであって、より詳細には、マイクロ流体デバイスに組み合わされて用いられ、該マイクロ流体デバイスに必要な薬液などをマイクロ流体デバイスの外部からマイクロ流体デバイスのマイクロ流路等に供給することを可能とする液体供給カートリッジに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、マイクロスケール・トータル・アナリシス・システム（μＴＡＳ）またはマイクロチップなどと名付けられている、微細流路構造を有するデバイスが種々提案されている。ここでは、基板内に、５μｍ〜２ｍｍ程度の幅の流路が形成されており、該流路をマイクロ流体が搬送され、マイクロ流体の混合またはマイクロ流体中の成分の反応、もしくは分析等が行われる。
【０００３】
上記μＴＡＳやマイクロチップでは、取り扱う液体の量が非常に少ないため、デバイスの小型化を進めることができる。従って、この種のマイクロ流体デバイスは、携帯型のデバイスとすることができ、臨床現場や測定現場等に容易に持ち運ぶことができる。
【０００４】
上記マイクロ流体デバイスは、遺伝子解析、臨床診断、薬効物質スクリーニング、タンパク質結晶化、または化学物質分析などの様々な用途に用いられ得る。このようなマイクロ流体分析デバイスは、通常、大きさ１０ｍｍ×１０ｍｍ〜２００ｍｍ×２００ｍｍ、厚み０．５ｍｍ〜５ｍｍ程度の矩形板状の形状を有する。
【０００５】
ところで、マイクロ流体分析デバイスに分析等に必要な薬液等の液体を最初に注入しておけば、外部から新たに薬液を注入する必要はない。しかしながら、液体によっては、保存している間に乾燥したり、輸送中にマイクロ流体デバイス内に設けられているセンサ部等の他の要素を汚染したりするおそれがある。そのため、使用直前に薬液などの液体を注入することが望ましい場合がある。
【０００６】
下記の特許文献１には、使用に先立ち、外部から薬液を注入し得るマイクロチップが開示されている。このマイクロチップでは、薬液注入部分がエラストマーなどの弾性材料で封止されている。薬液の注入に際しては、中空針により弾性材料からなる部分を貫通し、外部から中空針を介して薬液が注入される。
【０００７】
他方、下記の特許文献２には、電気浸透流を利用した薬液溜まり付き電気浸透流ポンプが開示されている。ここでは、水のようなプロトン性溶媒あるいはイオン溶媒を搬送媒体として用いた電気浸透流ポンプが利用されている。上記搬送媒体を移動させ、それによって搬送媒体とガスを介して連結された薬液がマイクロ流体デバイス内に注入される。
【特許文献１】特開２００５−１１８７３６号公報
【特許文献２】特開２００６−２２８０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に記載の中空針を利用した薬液注入方法では、中空針が刺通された部分の周囲に薬液が漏れるおそれがあった。また、操作を停止したとしても、注入がすぐに停止しないため、薬液注入量を高精度に制御することが困難であった。さらに、中空針が刺通される薬液注入部分の容積をある程度大きくしなければ、中空針による薬液注入を円滑に行うことができない。そのため、デッドボリュームが大きくなりがちであった。
【０００９】
他方、特許文献２に記載の電気浸透流ポンプを用いた薬液注入構造では、薬液と搬送媒体とをガスを介して連結して、搬送媒体を移動させる必要があるため、構造が複雑になりがちであった。また、薬液に水などの搬送媒体が混じると、濃度が変化したり、ｐＨが変化したりした。ｐＨが変化した搬送媒体が薬液に混じると、特にｐＨがアルカリ側にシフトすると、薬液や被分析液に含まれる蛋白質が変性したり、劣化したりするおそれもあった。
【００１０】
本発明の目的は、上述した従来技術の欠点を解消し、比較的簡単な構造を有するにもかかわらず、注入に際しての液漏れが生じ難く、外部からマイクロ流体デバイスに薬液などの液体を容易にかつ高精度に注入することを可能とするマイクロ流体デバイス用液体供給カートリッジを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によれば、マイクロ流体デバイスに液体を供給するために用いられるマイクロ流体デバイス用液体供給カートリッジであって、ガス発生室と、ガス発生室と仕切壁を介して設けられた液体収納室とを有するカートリッジ本体と、前記カートリッジ本体の前記ガス発生室に収納されており、光照射によりガスを発生する光応答性光応答性ガス発生材料と、前記液体収納室に収納された液体とを備え、前記カートリッジ本体の前記仕切壁には、前記ガス発生室と前記液体収納室とを連通しており、ガスは通過させるが、液体を通過させないガス流路が形成されており、かつ前記カートリッジ本体には、前記液体収納室から液体を外部に供給するための液体供給口が設けられており、かつ該液体供給口をシールするように液体漏洩防止用のシール材が設けられていることを特徴とする、マイクロ流体デバイス用液体供給カートリッジが提供される。
【００１２】
本発明に係るマイクロ流体デバイス用液体供給カートリッジのある特定の局面では、前記カートリッジ本体の表面に凸部が設けられており、該凸部に前記液体供給口が開口しており、前記凸部がマイクロ流体デバイスの液体供給開口部に嵌合されるように構成されている。この場合には、カートリッジ本体に設けられた凸部をマイクロ流体デバイスの液体供給開口部に嵌合することにより、マイクロ流体デバイス用液体供給カートリッジをマイクロ流体デバイスに容易に連結することができる。
【００１３】
本発明の他の特定の局面では、前記カートリッジ本体の表面に凹部が形成されており、該凹部に前記液体供給口が開口しており、該凹部がマイクロ流体デバイスの液体供給用開口部を有する凸部に嵌合するように構成されている。このように、カートリッジ本体の外表面に凹部が形成され、マイクロ流体デバイスの液体供給部に該凹部と嵌合する凸部が設けられていてもよく、その場合においても、同様にマイクロ流体デバイス用液体供給カートリッジのカートリッジ本体の凹部を、マイクロ流体デバイスの上記凸部に嵌合するだけで、液体供給カートリッジをマイクロ流体デバイスに容易に連結することができる。
【００１４】
該凹部の前記液体供給口には、液体供給口を塞ぐ液体シール材が付加されていてもよい。マイクロ流体デバイスの上記凸部が勘合することによって液体シール材が破られ、液体供給が可能となる。液体シール材は、保管、輸送の際に液体が漏洩することを防ぐ。液体シール材は、液体をシールし、凸部の嵌合によりシールが破られるものであれば何でもよいが、例えば、金属箔、プラスチックフィルム、またはこれらの積層体が好適に用いられる。なかでも、アルミ箔、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、ポリアミド等にホットメルト接着剤を塗付したものが好適に用いられる。
【００１５】
本発明においては、好ましくは、前記カートリッジ本体が、前記液体収納室及び前記仕切壁を有する第１のカートリッジ本体部材と、前記第１のカートリッジ本体部材に着脱自在に取り付けられるように構成されており、前記第１のカートリッジ本体部材に取り付けられた際に、第１のカートリッジ本体部材との間で前記ガス発生室を形成する第２のカートリッジ本体部材とを備える。この場合には、第２のカートリッジ本体部材を第１のカートリッジ本体部材から取り外して、光応答性ガス発生材料を取り出し、新たな光応答性ガス発生材料に交換することができる。そして、交換後に、第１のカートリッジ本体部材を第２のカートリッジ本体部材に取り付ければよい。従って、光応答性ガス発生材料の交換が可能となる。
【００１６】
本発明に係るマイクロ流体デバイス用液体供給カートリッジのさらに他の特定の局面では、前記ガス流路の横断面における最大寸法が２ｍｍ以下である。すなわち、ガス流路がマイクロチャネル化されていてもよい。この場合には、ガス流路のマイクロチャネル化によって、ガスと液体の接触界面の曲率半径が小さいときにも、液体収納室内に液体が取り残されたままガスだけが液体供給口から排出されることを防止することができる。ガス流路一本の流体経路であってもよいし、途中で分岐し再び合流する流体経路であってもよい。ガス流路は、粗な多孔体を用いて実現されるような、何度も多重に分岐合流を繰り返す流体経路であってもよい。
【００１７】
本発明に係るマイクロ流体デバイス用液体供給カートリッジの他のさらに別の特定の局面では、前記液体を前記液体供給口に向かってスパイラル状に送液するためのガイドが、前記液体収納室に収納されている。この場合には、上記ガイドによって、液体がスパイラル状に液体収納室内を進行するため、液体供給口からガスと共に液体を効率的にマイクロ流体デバイスに供給することができる。
【００１８】
本発明に係るマイクロ流体デバイス用液体供給カートリッジのさらに他の特定の局面では、前記カートリッジ本体に、前記ガス発生材料にエネルギーを付与するためのエネルギー源が一体に固定されている。この場合には、エネルギー源がカートリッジ本体に一体化されているため、外部のエネルギー源を必要としない。
【００１９】
好ましくは、エネルギー源は、カートリッジ本体に着脱自在に取り付けられ、その場合には、エネルギー源を交換可能とすることができる。また、エネルギー源の取り外しを可能とし、マイクロ流体デバイス用液体供給カートリッジの全体の寸法を小さくし、持ち運びを容易とすることができる。
【００２０】
また、本発明に係るマイクロ流体デバイス用液体供給カートリッジでは、カートリッジ本体内に、上記液体収納室及び該液体収納室に対応した液体供給口とが複数組設けられていてもよく、その場合には、１つのカートリッジ本体から、複数の液体供給口を利用してマイクロ流体デバイスに液体を並列的に供給することができる。
【００２１】
本発明に係るマイクロ流体デバイス用液体供給カートリッジにおけるガス発生材料は、光、熱または電気エネルギーなどの様々なエネルギーを与えられることにより、ガスを発生する適宜の材料から形成され得る。本発明では、好ましくは、上記ガス発生材料は、光を照射されることによりガスを発生するガス発生材料である。この場合には、光の照射により、ガスを発生させることができるので、加熱などによる蛋白質などの変性や劣化が生じ難い。
【００２２】
また、光の照射のオン・オフによりガスを速やかに発生させ、かつガスの発生を速やかに停止させることも可能になる。
【００２３】
ガス発生材料は、光を照射されることによりガスを発生する光応答性ガス発生材料であってもよい。光応答性ガス発生材料としては、光分解反応により直接ガスを発生する材料のほか、光反応する第１の材料と、第１の材料が光反応することにより得られる生成物と反応してガスを発生する第２の材料とを含むものなどが挙げられる。光応答性ガス発生材料を用いる場合、加熱の必要がなく、熱による薬液中の蛋白質などの変性や劣化が生じ難い。
【００２４】
また、光の照射のオン・オフによりガスを速やかに発生させ、かつガスの発生を速やかに停止させることも可能になる。
【００２５】
本発明に係るマイクロ流体デバイス用液体供給カートリッジでは、より好ましくは、前記カートリッジ本体の前記ガス発生室が臨む部分の少なくとも一部にガス発生材料に光を照射するための透光性の光学窓が設けられている。この場合には、光学窓を介して光を照射することにより、ガス発生材料から速やかにガスを発生させることができる。
【００２６】
また、本発明に係る液体供給カートリッジでは、好ましくは、前記光学窓から前記ガス発生室内に光を照射するための光源が前記カートリッジ本体に着脱自在に固定されている。この場合には、上記光源をカートリッジ本体の着脱自在とすることができるので、光源の交換が容易である。
【発明の効果】
【００２７】
本発明に係るマイクロ流体デバイス用液体供給カートリッジによれば、光、熱または電気エネルギーの付与により、ガス発生室に収納されているガス発生材料からガスが発生し、ガスが仕切壁のガス流路を通り、液体収納室に至る。そして、液体収納室内の液体が、移動してきたガスの圧力により移動し、液体供給口から排出される。そのため、液体供給口をマイクロ流体デバイスの液体供給部分に連結しておくだけで、液体を速やかにマイクロ流体デバイスに供給することが可能とする。
【００２８】
従来の中空針を用いた液体注入方法では、周囲への液漏れが生じたり、デッドボリュームが大きくならざるを得なかったが、本発明によれば、周囲への液漏れは生じ難い。また、中空針を刺通させる操作等を必要としないため、デッドボリュームも小さくすることができる。さらに、電気浸透流ポンプを用いた複雑な構造を必要としないため、本発明の液体供給カートリッジでは構造の簡略化を図ることも可能となる。例えば、電気浸透流ポンプでは、ｐＨの影響を避けるために、薬液と搬送媒体とを気泡を介して直接接触しないように連結する必要があったが、本発明によれば、このような工夫は必要なくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。
【００３０】
図１（ａ）は、本発明の一実施形態に係るマイクロ流体デバイス用液体供給カートリッジがマイクロ流体デバイスに連結された状態を示す部分切欠正面断面図であり、（ｂ）は、該液体供給カートリッジをマイクロ流体デバイスに連結する工程を説明するための略図的斜視図であり、図２は、本実施形態の液体供給カートリッジを示す正面断面図である。
【００３１】
図１（ｂ）に示すように、本実施形態の液体供給カートリッジ１は、マイクロ流体デバイス２の液体供給開口部２ａから液体をマイクロ流体デバイス２に供給するのに用いられるものである。
【００３２】
上記マイクロ流体デバイス２については、特に限定されず、従来より周知のμＴＡＳまたはマイクロチップなどを用いることができる。前述したようにと、この種のマイクロ流体デバイスは、通常、大きさ１０ｍｍ×１０ｍｍ〜２００ｍｍ×２００ｍｍ、厚み０．５ｍｍ〜５ｍｍ程度の矩形板状の形状であり、人が携帯し得る寸法を有する。そして、マイクロ流体デバイス２内では、５μｍ〜２ｍｍ程度の幅の流路が形成されており、該流路をマイクロ流体が搬送される。そして、マイクロ流体の混合、反応、分析等が内部で行われる。
【００３３】
上記分析等に必要な薬液は、マイクロ流体デバイス２に当初から収納されていてもよい。しかしながら、薬液によっては、保存時に乾燥してしまったり、輸送時にマイクロ流体デバイス内の電極やセンサ部などを汚染するおそれがある。そのため、本実施形態の液体供給カートリッジ１を用いて、使用時に薬液などの液体を注入することが好ましい。
【００３４】
液体供給カートリッジ１は、上記のように、外部からマイクロ流体デバイス２に液体を供給するために用いられるものである。
【００３５】
図２に示すように、液体供給カートリッジ１は、ガス発生室３と、仕切壁４を介してガス発生室３と隔てられた液体収納室５とを有するカートリッジ本体６を備える。本実施形態では、カートリッジ本体６は、第１のカートリッジ本体部材７と、第２のカートリッジ本体部材８とを有する。第１，第２のカートリッジ本体部材７，８は、いずれも、略円筒状の形状を有する。第１のカートリッジ本体部材７内には、上記液体収納室５が形成されており、液体収納室５内に、液体９が収納されている。この液体９としては、後述するように、マイクロ流体デバイス２に供給する目的に応じて、薬液等の様々な液体が用いられる。
【００３６】
上記液体９を収納し、かつ後述するガスの圧力により液体９を排出し得る容積を有する限り、液体収納室５の寸法及び形状は特に限定されるものではない。
【００３７】
図２では、上記第１のカートリッジ本体部材７の下面７ａから下方に突出した凸部７ｂが形成されている。この凸部７ｂを上下方向に貫通するように、液体供給口７ｃが形成されている。なお、液体供給口７ｃの径は、図２に示すように、液体供給口７ｃの下端が下方を向いている状態においても、液体９が重力によっては下方に流下しない程度の径にされている。すなわち、図１（ｂ）に示すように、マイクロ流体デバイス２の上方から液体供給カートリッジ１を近接させるに際し、凸部７ｂが下方を向いている場合であっても、液体９がその状態では漏れないように、上記液体供給口７ｃの径が選択されている。このような液体供給口７ｃの径は、液体９の粘度等によっても異なるが、例えば、２０μｍ〜５００μｍ以下とすればよい。液体供給口７ｃの断面は、必ずしも丸である必要はなく、扁平形状であってもよい。液体供給口７ｃの断面が扁平形状である場合には、短径が２０μｍ〜５００μｍ以下であればよい。
【００３８】
上記液体収納室５の容積は、上記のように特に限定されないが、通常、マイクロ流体デバイス２に液体を供給するのに用いられる用途では、１μＬ〜１ｍＬ程度の容積とされる。
【００３９】
第１のカートリッジ本体部材７の上方には、前述した仕切壁４が配置されている。仕切壁４には、上下方向に延びる複数の貫通孔からなるガス流路４ａが形成されている。このガス流路４ａを形成している貫通孔の径は、液体９を通過させないが、後述するガスを通過させる大きさとされる。このような貫通孔の径については、特に限定されないが、２００ｎｍ〜５μｍ程度とすればよい。
【００４０】
なお、本実施形態では、ガス流路４ａは、仕切壁４の上面から下面に直線的に延びる貫通孔により形成されていたが、このような上面から下面に直線状に延びる貫通孔に限定されず、斜め方向に延びる貫通孔であってもよく、またガス流路は曲線状であってもよい。さらに、ガス流路は、仕切壁４を多孔質材料で形成し、該多孔質材料の多数の孔を連通させることにより形成されてもよい。この様な多孔質材料としては、粒子合着体や不織布、織布、繊維が並んだ合着体、発泡体を破泡させた材料が好適に用いられる。多孔質材料による仕切壁は、嵌め込み、押さえ込み、接着材による固定等の方法で、第１のカートリッジ本体部材７の一部とすることができる。
【００４１】
もっとも、本実施形態では、第１のカートリッジ本体部材７が、同一材料より一体に形成されているため、上記貫通孔の形成によりガス流路４ａが形成されている。
【００４２】
仕切壁４の表面には、上方に突出するように、管状突出部７ｄが形成されている。管状突出部７ｄは、略円筒上の形状を有し、外周側面に、雄ねじが形成されている。そして、この管状突出部７ｄの内側の空間が、上記ガス発生室３の少なくとも一部を構成している。
【００４３】
他方、第２のカートリッジ本体部材８は、下方に開いた略円筒状の形状を有し、内周側面に、雌ねじ８ａが形成されている。また、第２のカートリッジ本体部材８では、雌ねじ８ａが形成されている部分よりも上方に、下方に開いた凹部８ｂが形成されている。この凹部８ｂは必ずしも設けられずともよく、第２のカートリッジ本体部材８の天板の下面は、雌ねじ８ａが形成されている部分の上端に位置していてもよい。
【００４４】
第２のカートリッジ本体部材８は、第１のカートリッジ本体部材７に対し、図２に示すように取り付けられ、一体化される。すなわち、雌ねじ８ａと、管状突出部７ｄの外周側面に設けられた雄ねじとがかみ合うようにして、第２のカートリッジ本体部材８を第１のカートリッジ本体部材７に固定し、一体化することができる。そして、必要に応じて、上記第１のカートリッジ本体部材７に対し、第２のカートリッジ本体部材８を上記雌ねじ８ａと雄ねじによる固定を開放するように回転させ、第１のカートリッジ本体部材７から第２のカートリッジ本体部材８を取り外すことができる。すなわち、本実施形態では、第２のカートリッジ本体部材８は、第１のカートリッジ本体部材７に対して着脱自在とされている。
【００４５】
本実施形態では、第１のカートリッジ本体部材７に対し雌ネジが設けられ、第２のカートリッジ本体部材８に雄ネジが設けられているが、第１のカートリッジ本体部材７に対し雄ネジが設けられ、第２のカートリッジ本体部材８に雌ネジが設けられていてもよい。
【００４６】
更に、雄ネジには、ネジ山を横断するように切欠が形成されていてもよい。雄ネジに切欠が形成されていると、切欠がネジ込み操作中の空気ベントとして働くので好都合である。
【００４７】
また、本実施形態では、液体供給カートリッジ１が第１のカートリッジ本体部材７と第２のカートリッジ本体部材８との２部材により構成されているが、液体供給カートリッジ１は、３つ以上の部材により構成されていてもよい。前述のように、本実施形態では、第２のカートリッジ本体部材８は、第１のカートリッジ本体部材７に対して着脱自在とされているが、第２のカートリッジ本体部材８は、第１のカートリッジ本体部材７に対して着脱自在でなくてもよい。すなわち、第１，第２のカートリッジ本体部材７，８は、接着等により接合され、固定されていてもよい。また、カートリッジ本体６は、第１，第２のカートリッジ本体部材７，８を有する構造に限定されるものではない。例えば、合成樹脂一体成形品からなるカートリッジ本体内に、上記仕切壁４で隔てられており、かつそれぞれ蓋で閉じられたガス発生室及び液体供給室を設けておき、蓋を取り外して外部から液体供給室及びガス発生室に光応答性ガス発生材料液体を注入し得る構造としてもよい。
【００４８】
図２に戻り、上記第１のカートリッジ本体部材７に対し、第２のカートリッジ本体部材８を取り付け一体化することにより、両者の間に、ガス発生室３が形成されている。すなわち、ガス発生室３は、上記第１のカートリッジ本体部材７の管状突出部７ｄで囲まれた空間と、上記第２のカートリッジ本体部材８の凹部８ｂで形成される空間とにより構成されている。
【００４９】
上記ガス発生室３内には、光応答性ガス発生材料１０が予め収納されている。この光応答性ガス発生材料１０は、仕切壁４の上面と隙間Ａを隔てて配置されている。すなわち、光応答性ガス発生材料１０は、下方に落下せず、その上端が第２のカートリッジ本体部材８の全面に固定されている。この隙間Ａを設けておくことにより、発生したガスを確実にガス流路４ａに導くことができる。従って、光応答性ガス発生材料１０と仕切壁４においてガス発生室３側にガス流路が開口している部分と、光応答性ガス発生材料１０との間に上記隙間Ａを設けることが望ましい。
【００５０】
上記隙間Ａを設けるために、光応答性ガス発生材料１０は、第２のカートリッジ本体部材８の天板の内面に固着されている。固着方法は特に限定されず、光応答性ガス発生材料１０自体の粘着性を利用してもよく、あるいは接着剤等を用いてもよい。
【００５１】
本実施形態では、光応答性ガス発生材料１０は、光の照射によりガスを発生する光応答性ガス発生材料である。そのため、第２のカートリッジ本体部材８の天板には、光応答性ガス発生材料に光を導くための光学窓８ｃが設けられている。光学窓８ｃは、第２のカートリッジ本体部材８の外表面の一部に形成されており、本実施形態では天板に形成されている。従って、外部からレーザーやＬＥＤなどからの光を照射し、光学窓８ｃを介して、内部の光応答性ガス発生材料１０に光を照射することが可能とされている。
【００５２】
上記光学窓８ｃを形成するためには、光学窓８ｃが設けられている部分を、照射される光に対して透光性とすればよい。
【００５３】
上記第１，第２のカートリッジ本体部材７，８を構成する材料については、合成樹脂、金属、ガラス、セラミックなどの適宜の成形性を有する材料を用いることができる。もっとも、本実施形態では、第２のカートリッジ本体部材８に光学窓８ｃを設ける必要がある。そのため、光学窓８ｃが設けられるべき部分がはじめから透光性となるように材料を選択することが望ましい。例えば、第２のカートリッジ本体部材８の全体を、透明なプラスチックや、透明なガラス等により形成してもよく、あるいは光学窓８ｃが設けられる部分のみを透明な合成樹脂またはガラスにより形成してもよい。その場合には、第２のカートリッジ本体部材８を複数の材料を組み合わせて形成すればよい。
【００５４】
従って、第２のカートリッジ本体部材８は、複数種の材料を形成してもよい。
【００５５】
光応答性ガス発生材料１０としては、光の照射によりガスを発生させる適宜の材料を用いることができ、このような材料については特に限定されるものではない。上記光応答性ガス発生材料１０としては、例えば、アゾ化合物またはアジド化合物の様に単体分子で光励起により分解してガスを発生する化合物、光酸発生剤と酸刺激応答性ガス発生剤の混合物、光塩基発生剤と塩基刺激応答性ガス発生剤の混合物、これらの混合物、光ラジカル発生剤とラジカル連鎖分解ガス発生剤の混合物、さらにこれらの組み合わせ混合物などを挙げることができる。光発生材料は、適宜の光増感剤、バインダー、反応抑制剤、吸湿材を含んでいてもよい。
【００５６】
上記アゾ化合物としては、アゾアミド系化合物、アゾニトリル系化合物、アゾアミジン系化合物及びサイクリクリックアゾニトリル化合物からなる群から選ばれた少なくとも１種が好ましい。これらのアゾ化合物を用いた場合には、光の照射によりアゾ化合物が効率的に分解し、ガスの発生効率がより一層高められる。
【００５７】
上記光酸発生剤の具体例として、例えば、キノンジアジド化合物、オニウム塩、スルホン酸エステル類、有機ハロゲン化合物等を挙げることができる。
【００５８】
上記酸刺激応答性ガス発生剤としては、酸の作用によりガスを発生するものであれば特に限定されないが、アルカリ金属の炭酸塩及び／又は重炭酸塩が好適に用いられる。
【００５９】
また、ガス発生室３に照射する光源についても、使用する光応答性ガス発生材料１０に応じて適宜選択され、上述したように、ＬＥＤや半導体レーザー、マイクロハロゲンランプ、マイクロ低圧水銀灯などを適宜用いることができる。特に、近紫外域のＬＥＤは、発熱が殆どなく、消費電力が２０ｍＷ以下でも光応答性材料のガス発生に充分な照度が得られるため、好適に用いられる。
【００６０】
また、上記液体９についても、マイクロ流体デバイス２に供給すべき用途に応じて、薬液、希釈液等の適宜の液体を用いることができる。
【００６１】
次に、本実施形態の液体供給カートリッジ１の使用方法を説明する。
【００６２】
使用に際しては、図１（ｂ）に示すように、液体供給カートリッジ１の下方の凸部７ｂをマイクロ流体デバイス２の液体供給開口部２ａに挿入し、液体供給カートリッジ１をマイクロ流体デバイス２に固定する。従って、上記凸部７ｂの外径は、マイクロ流体デバイス２の液体供給開口部２ａの内径とほぼ同様とされている。このようにして、図１（ａ）に示すように、液体供給カートリッジ１は、マイクロ流体デバイス２に一体化される。この状態において、上記光学窓８ｃの外部から光を照射し、ガス発生室３内の光応答性ガス発生材料１０の分解等によりガスを発生させる。発生したガスは、上記ガス流路４ａを通過し、液体収納室５に至る。この液体収納室５内において、ガスの圧力の増加に伴って、収納されている液体９が液体供給口７ｃから排出され、マイクロ流体デバイス２内のマイクロ流路２ｂに供給される。
【００６３】
この場合、外部から光を照射するだけでよいため、すなわち中空針を用いた場合のような作業者の手動操作により液体供給を行う必要がないため、速やかに確実に液体を供給することができる。しかも、液体の供給は、上記光の照射を停止し、ガスの発生を停止させることにより終了することができる。終了後には、上記液体供給カートリッジ１を、マイクロ流体デバイス２から取り外せばよい。
【００６４】
中空針を用いた液体供給作業では、中空針を弾性材料刺通し、その状態で液体を供給し、液体供給後に中空針を引き抜く必要があるため、刺通時、液体供給中及び中空針を引き抜くに際し、周囲に液体が漏洩しやすかった。これに対して、本実施形態の液体供給カートリッジ１を用いた場合、周囲への液体の漏洩が生じ難い。
【００６５】
加えて、上記液体供給カートリッジ１は、液体を供給する駆動力が、光応答性ガス発生材料１０から生じたガスであり、複雑な構造を必要としない。従って、液体供給カートリッジ１は、上記のように非常に単純な構造を有する。従って、液体供給カートリッジの構造の簡略化及びコストの低減を図ることができる。
【００６６】
図３は、本発明の第２の実施形態に係る液体供給カートリッジを示す正面断面図である。第１の実施形態では、第２の実施形態の液体供給カートリッジ２１は、光源２２が一体化されていることを除いては、第１の実施形態の液体供給カートリッジ１と同様である。従って、同一部分については、同一の参照番号を付することにより、その説明を省略する。
【００６７】
第２の実施形態の液体供給カートリッジ２１では、カートリッジ本体６の第２のカートリッジ本体部材８Ａの上方に、光源２２が固定されている。すなわち、第２のカートリッジ本体部材８Ａは、ガス発生室３よりも上方にすなわち、光学窓８ｃの上方に延ばされている。そして、この光学窓８ｃの上方に、上面に開いた凹部８ｄが設けられており、該凹部８ｄに、光源２２としてＬＥＤが収納され、固定されている。このように、本発明の液体供給カートリッジは、光応答性ガス発生材料１０に光を照射するための光源２２が予め固定され一体化された構造であってもよい。この場合には、液体供給カートリッジの他に別途光源を用意する必要はない。従って、部品点数の低減を図ることができる。
【００６８】
なお、光源２２としては、ＬＥＤに限らず、有機ＥＬ発光素子、プラズマ発光素子などの他の発光素子を用いてもよい。
【００６９】
また、第１の実施形態の液体供給カートリッジ１では、カートリッジ本体６内に、１つのガス発生室３、１つの液体収納室５及び１つの液体供給口７ｃが形成されていたが、図４（ａ），（ｂ）に示す第３の実施形態のように、１つのカートリッジ本体内に、液体収納室及び液体供給口が複数組設けられていてもよい。
【００７０】
図４（ａ）は、第３の実施形態の液体供給カートリッジ３１の外観を示す斜視図であり、（ｂ）は、図４（ａ）中のＢ−Ｂ線に沿う部分に相当する断面構造と、光源との関係を示す図である。
【００７１】
図４（ｂ）に示すように、液体供給カートリッジ３１は、カートリッジ本体３２を有する。本実施形態では、カートリッジ本体３２内に、ガス発生室３３と、液体収納室３５とが仕切壁３４を介して隔てられている。そして、カートリッジ本体３２の下面から下方に突出するように、凸部３２ａが形成されている。この凸部３２ａに、液体供給口７ｃが形成されている。そして、図４（ａ）に示すように、カートリッジ本体３２において、下面から下方に向かって、複数の凸部３２ａが突出されている。この複数の凸部３２ａのそれぞれに、上記液体供給口７ｃが設けられており、かつ図４（ａ）では破線で位置のみを示すが、上記各液体供給口７ｃに対応して、それぞれ、図４（ｂ）に示す液体収納室３５が設けられている。もっとも、図４（ａ）に破線で示すように、ガス発生室３３は、共通化されている。従って、本実施形態の液体供給カートリッジ１では、複数の液体収納室３５に収納された液体９を、複数の凸部３２ａに設けられた各液体供給口７ｃから同時にかつ並列的に外部に供給することが可能とされている。このように、本発明の液体供給カートリッジでは、カートリッジ本体内に、複数の液体収納室を、複数の液体収納室のそれぞれに対応した複数の液体供給口が設けられていてもよい。すなわち、１つの液体収納室と、液体収納室に対応した液体供給口とからなるセットが複数セット設けられていてもよい。
【００７２】
また、本実施形態では、上記複数の液体収納室に対し、ガス発生室３３は共通化されていた。すなわち、１つのガス発生室３３のみが設けられているが、各液体収納室３５に対応して、個別にガス発生室を設けてもよい。
【００７３】
もっとも、本実施形態のように、複数の液体収納室３５に対し、１つのガス発生室３３を設けた場合、１つの光源２２のみで光を照射し、ガスを発生させることができる。そのため、構造の簡略化を図ることができる。
【００７４】
もっとも、複数のガス発生室を設け、各ガス発生室に個別に光を照射し、各液体収納室から個別に液体を供給してもよい。
【００７５】
第３の実施形態の液体供給カートリッジ３１では、第１の実施形態とは異なり、ガス発生室３３と、液体収納室３５とが水平方向において仕切壁３４を隔てて配置されている。従って、仕切壁３４は上下方向に延ばされている。そして、仕切壁３４の下方部分に、ガス流路４ａが形成されている。このガス流路４ａは、液体９を通過させないが、光応答性ガス発生材料１０に光を照射した際に発生するガスを通過させる。ここでは、光応答性ガス発生材料１０に光を照射して発生したガスが、ガス流路４ａを通り、液体収納室３５内に至る。そして、このガス発生室のガス圧に押され、液体９が、上記液体供給口７ｃ側に移動する。
【００７６】
もっとも、本実施形態では、液体収納室３５内に、突起部３６が設けられている。突起部３６は、液体収納室３５内において、上記ガス流路４ａの仕切壁３４の液体収納室３５側の面に開口している部分と、上記液体供給口７ｃの液体収納室３５に開口している部分とを結ぶ方向において、流体経路がマイクロチャネル化されるように設けられている。ここで、マイクロチャネル化とは、ガスが液体を流路内に残したまま吹き抜けることがないほどに細くされた流路にすることを指している。マイクロ流路は、流動方向に直交する断面の径が好ましくは２０μｍから２ｍｍであり、流動抵抗のが大きすぎないように、更に好ましくは、５００μｍから２ｍｍである。
【００７７】
本実施形態では、上記光応答性ガス発生材料１０に光を照射し、ガスを発生させると、ガスが液体収納室３５内に流れ込み、該ガスの圧力により液体９が突起部３６によりマイクロチャネル化されたに流体経路に沿って、液体供給口７ｃ側に移動する。それによって、液体が液体供給口７ｃからマイクロ流体デバイス２に供給される。
【００７８】
なお、ガス流路４ａは、第１の実施形態の場合と同様に、複数本設けられてもよい。さらに、ガス流路４ｃの形態は第１の実施形態と同様に適宜変形することができる。
【００７９】
図５は、第１の実施形態の液体供給カートリッジ１の変形例を説明するための正面断面図である。本変形例の液体供給カートリッジ４１では、液体収納室５内にガイド４２が設けられている。ガイド４２が設けられていることを除いては、本変形例の液体供給カートリッジ４１は、第１の実施形態の液体供給カートリッジ１と同様である。そのため、同一部分については、同一の参照番号を付することにより、その説明を省略する。
【００８０】
ガイド４２は、液体収納室５内において、流体経路をマイクロチャネル化し、液体が液体供給口７ｃ側に向かって速やかに移動することを可能とするために設けられている。スパイラル流路を形成するガイド４２は、スパイラル状の流路を形成するための羽部４２ｂが中心軸４２ａの回りに取り付けられている。スパイラル流路を形成するガイドの羽部４２ｂは、１条でも２条でも３条でもかまわない。
【００８１】
ガイド４２は、液体収納室５の内壁に接合されていてもよいが、必ずしも接合されている必要はない。ガイドの羽部４２ｂと液体収納室５の内壁の間には、２００μｍ以下の隙間が存在してもなんら問題ない。
【００８２】
このように、ガイド４２を設けることにより、液体９を、より速やかにかつ確実に液体供給口７ｃに向かって移動させることができる。
【００８３】
図６は、第１の実施形態の液体供給カートリッジ１のさらに他の変形例を説明するための正面断面図である。
【００８４】
本変形例の液体供給カートリッジ５１では、第１のカートリッジ本体部材７は、２つの部材７ｆ，７ｇからなる。また、第１のカートリッジ本体部材７の下面に凸部７ｂが設けられていない。すなわち、第１のカートリッジ本体部材７の下面に、開口７ｅが設けられている。開口７ｅに対し、本変形例では、マイクロ流体デバイス２に、開口７ｅに嵌合する凸部２ｃが設けられている。この凸部２ｃにおいて、液体供給用開口２ｄが開口している。このように、マイクロ流体デバイス２に、液体供給用開口２ｄが形成されている凸部２ｃが設けられている場合には、凸部２ｃに嵌合するように液体供給口７ｃが設けられていてもよい。
【００８５】
また、開口７ｅには、アルミ箔からなる液体漏洩防止用のシール材７ｈがホットメルトシールされている。該シール材７ｈは、液体供給カートリッジをマイクロ流体デバイスにセットする際に、マイクロ流体デバイスの凸部２ｃが開口７ｅに物理的に挿入されることにより破られる。
【００８６】
なお、上述してきた実施形態及び変形例では、光応答性ガス発生材料１０として、光の照射によりガスを発生する材料を示したが、本発明においては、光以外に、電気や熱などの他の物理刺激を併用してガスを発生する光応答性ガス発生材料を用いてもよい。
【００８７】
なお、本発明のマイクロ流体デバイス用液体供給カートリッジが適用されるマイクロ流体デバイスについては、前述したように、臨床診断、生化学分析、結晶化、スクリーニングなどの様々な用途のマイクロ流体デバイスを広く含むものであり、特に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係るマイクロ流体デバイスより液体供給カートリッジをマイクロ流体デバイスに取り付けた状態を示す部分切欠正面断面図及び取り付ける工程を説明するための斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るマイクロ流体デバイス用液体供給カートリッジの正面断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係るマイクロ流体デバイス用液体供給カートリッジの正面断面図である。
【図４】（ａ）は、本発明の第４の実施形態に係るマイクロ流体デバイス用液体供給カートリッジの外観を示す斜視図であり、（ｂ）は第４の実施形態のマイクロ流体デバイス用液体供給カートリッジに光を照射する工程を説明するための断面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態の液体供給カートリッジの変形例を説明するための正面断面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る液体供給カートリッジのさらに他の変形例の液体供給カートリッジ用マイクロ流体デバイスに取り付ける構造を説明するための部分切欠正面断面図である。
【符号の説明】
【００８９】
１…マイクロ流体デバイス用液体供給カートリッジ
２…マイクロ流体デバイス
２ａ…液体供給用開口部
３…ガス発生室
４…仕切壁
４ａ…ガス流路
４ｃ…ガス流路
５…液体収納室
６…カートリッジ本体
７…第１のカートリッジ本体部材
７ａ…下面
７ｂ…凸部
７ｃ…液体供給口
７ｄ…管状突出部
７ｅ…開口
７ｆ，７ｇ…部材
７ｈ…シール材
８…第２のカートリッジ本体部材
８ａ…雌ねじ
８Ａ…第２のカートリッジ本体部材
８ｂ…凹部
８ｃ…光学窓
８ｄ…凹部
９…液体
１０…光応答性ガス発生材料
２１…液体供給カートリッジ
２２…光源
３１…液体供給カートリッジ
３２…カートリッジ本体
３２ａ…凸部
３３…ガス発生室
３４…仕切壁
３５…液体収納室
３６…突出部
４１…液体供給カートリッジ
４２…ガイド
４２ａ…中心軸
４２ｂ…羽部
５１…液体供給カートリッジ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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