(57)【要約】      （修正有）【課題】マイクロ流路に液体を充填し、ウエルに一定量の液体を導入することができる液体充填装置を提供する。【解決手段】液体充填装置は、少なくとも１つのマイクロ流路２３と、マイクロ流路２３と連通した少なくとも１つのウエル２２と、を有するマイクロ流体デバイス２１の内部に液体を導入し、マイクロ流路２３に液体を充填する。液体充填装置は、少なくとも１つのノズル７６と、液体導入手段と、液体排出手段と、間隔規定部と、を有する。液体充填装置は、液体導入手段によってマイクロ流路２３に液体を充填した後、間隔規定部の少なくとも一部分とマイクロ流体デバイス２１の少なくとも一部分とを突き当てることによってウエル２２の底面とノズル７６の開口面の上端との間の間隔を規定した状態で、液体排出手段によってノズル７６を介してウエル２２の内部から液体を排出する。【選択図】図２
2016001134.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのマイクロ流路と、
前記マイクロ流路と連通した少なくとも１つのウエルと、
を有するマイクロ流体デバイスの内部に液体を導入し、前記マイクロ流路に前記液体を充填する液体充填装置であって、
前記液体充填装置は、
前記マイクロ流路および前記ウエルに前記液体を導入する液体導入手段と、
少なくとも１つのノズルと、
前記ノズルを介して前記ウエルから前記液体を排出する液体排出手段と、
間隔規定部と、を有し、
前記液体導入手段によって前記マイクロ流路に前記液体を充填した後、
前記間隔規定部の少なくとも一部分を前記マイクロ流体デバイスの少なくとも一部分に突き当てることによって前記ウエルの底面と前記ノズルの開口面の上端との間の間隔を規定した状態で、前記液体排出手段によって前記ノズルを介して前記ウエルの内部から前記液体を排出することを特徴とする液体充填装置。
【請求項２】
前記間隔が、前記マイクロ流路の内部に前記液体が充填されてから前記マイクロ流体デバイスが使用されるまでの間に前記ウエルの内部で蒸発する前記液体の体積に基づいて決定される間隔以上であることを特徴とする請求項１に記載の液体充填装置。
【請求項３】
前記間隔が、前記マイクロ流体デバイスが使用された後、前記ウエルに流入する液体の体積と、前記ウエルの容積との差分に基づいて決定される間隔以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の液体充填装置。
【請求項４】
前記液体充填装置は、
前記マイクロ流路および前記ウエルから気体を排出する気体排出手段をさらに有し、
少なくとも１つの前記ウエルの開口縁部と密着することで前記ウエルと、前記ウエルに連通した前記マイクロ流路と、を密閉し、
密閉した前記ウエルと、前記ウエルに連通したマイクロ流路と、から前記気体排出手段によって前記気体を排出した後に、前記マイクロ流路に前記液体を充填することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の液体充填装置。
【請求項５】
前記ノズルの開口面の上端の高さに前記液体の液面が位置するときに前記ウエルの内部に存在する前記液体の体積が、以下の式（１）から求められる体積ＶＳ以上であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の液体充填装置。
【数１】
2016001134.tif 000008
ここで、ＶＳは前記マイクロ流体デバイスが使用されるまでの間に前記ウエルの内部から蒸発する前記液体の体積、Ｓは前記ウエルの内部の前記液体の液面の面積、Ｃは前記液体の蒸発係数、ｔは前記マイクロ流路の内部に前記液体が充填されてから前記マイクロ流体デバイスが使用されるまでの時間、Ｐａは前記液体の温度と等しい温度の空気の前記液体の飽和蒸気圧、Ｐｂは前記ウエルの内部の空気の前記液体の蒸気圧である。
【請求項６】
前記液体充填装置は、
前記ウエルに気体を出し入れする気体導排出ポートをさらに有し、
少なくとも１つの前記ウエルの開口縁部と密着することで前記ウエルを密閉し、
密閉した前記ウエルから前記液体排出手段によって前記液体を排出する際に、前記気体導排出ポートを介して密閉した前記ウエルの内部に気体を導入することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の液体充填装置。
【請求項７】
前記気体導排出ポートは、前記ウエルの内部と大気とを連通させるポートであることを特徴とする請求項６に記載の液体充填装置。
【請求項８】
前記間隔規定部は、前記ウエルの開口縁部と突き当てられることにより、前記ウエルの底面と前記ノズルの開口面の上端との間の間隔を規定することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の液体充填装置。
【請求項９】
前記間隔規定部は、前記間隔規定部の少なくとも一部と前記ウエルの底面とが突き当てられることにより、前記ウエルの底面と前記ノズルの開口面の上端との間の間隔を規定することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の液体充填装置。
【請求項１０】
前記間隔規定部は前記ノズルであり、前記ノズルの下端と前記ウエルの底面とが突き当てられることにより、前記ウエルの底面と前記ノズルの開口面の上端との間の間隔を規定することを特徴とする請求項９に記載の液体充填装置。
【請求項１１】
前記ノズルの開口面が、前記ノズルの側面に設けられていることを特徴とする請求項１０に記載の液体充填装置。
【請求項１２】
前記ノズルの下端が、水平方向に対して傾斜の付いた切断面を有していることを特徴とする請求項１０または１１に記載の液体充填装置。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の液体充填装置と、
前記マイクロ流路の内部で流体の分析を行う分析部と、
を有することを特徴とする分析装置。
【請求項１４】
少なくとも１つのマイクロ流路と、
前記マイクロ流路と連通した少なくとも１つのウエルと、を有し、
少なくとも前記ウエルに液体が存在するマイクロ流体デバイスの前記ウエルから前記液体を排出する液体排出装置であって、
前記液体排出装置は、
少なくとも１つのノズルと、
前記ノズルを介して前記ウエルから前記液体を排出する液体排出手段と、
間隔規定部と、を有し、
前記間隔規定部の少なくとも一部分を前記マイクロ流体デバイスの少なくとも一部分に突き当てることによって前記ウエルの底面と前記ノズルの開口面の上端との間の間隔を規定した状態で、前記液体排出手段によって前記ノズルを介して前記ウエルの内部から前記液体を排出することを特徴とする液体排出装置。
【請求項１５】
少なくとも１つのウエルに連通するマイクロ流路を少なくとも１つ有するマイクロ流体デバイスの内部に液体を導入し、前記マイクロ流路に前記液体を充填する液体充填方法であって、
間隔規定部の少なくとも一部分を前記マイクロ流体デバイスの少なくとも一部分に突き当てることによって、ノズルの開口面の上端と前記ウエルの底面との間の間隔を規定するステップと、
前記マイクロ流路および前記ウエルに前記液体を導入し、前記マイクロ流路に前記液体を充填するステップと、
前記ノズルを介して前記ウエルの内部から前記液体を排出するステップと、
を有することを特徴とする液体充填方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ流路内に液体を充填する液体充填装置およびマイクロ流路内から液体を排出する液体排出装置、およびそれらを有する分析装置、液体充填方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
生化学分析や化学分析を行うための、さまざまな装置が開発されている。その中の一つに、マイクロ流体デバイスがある。マイクロ流体デバイスは、デバイス中にマイクロ流路等の微細構造を有するデバイスである。マイクロ流体デバイスを用いることで、分析に係る全ての工程を１つのマイクロ流体デバイス上で行うことができる。この分析技術は、マイクロ・トータル・アナリシス・システム（μ−ＴＡＳ）またはラボオンチップと呼ばれている。
【０００３】
マイクロ流体デバイスを使用して分析を行う際には、分析工程の前に、マイクロ流体デバイス内のマイクロ流路全体を液体で満たす工程を行うのが一般的である。この工程は初期化（プライミング）と呼ばれる。液体をマイクロ流路内に予め充填しておくことにより、試料や試薬等を含む目的の液体をマイクロ流路内にスムーズに導入し、送液することができる。
【０００４】
マイクロ流体デバイスは一般に、マイクロ流路の開口部であって液体を収容する部分であるウエルを、マイクロ流路の端部に有する。例えばマイクロ流路の下流側のウエルは、マイクロ流路内での反応によって生じる廃液等の液体を収容する機能を有する。このウエルを液体で満たした状態でマイクロ流体デバイスを使用すると、ウエルに流れ込んでくる液体をウエルに収容することができず、液体がマイクロ流体デバイスから溢れてしまう。
【０００５】
そのため、マイクロ流体デバイスを使用する前には、マイクロ流路内は液体で満たした状態にしつつ、マイクロ流路に連通するウエルからは液体を除去しておくことが望ましい。
【０００６】
特許文献１に記載されている技術では、液体を導入する配管に接続された開口部と、減圧用の配管に接続された開口部とを有するノズルを介してウエルの内部に液体を導入し、ノズルを介してウエルの内部から液体を排出する。ノズルをウエルに挿入してＯリングによってウエルを密閉し、ウエルの内部の圧力を減圧することで液体の導入または排出を行う。液体を導入する際は、ウエルの内部の圧力を下げ、圧力差を利用してウエルの内部に液体を導入する。液体を排出する際は、減圧用の配管を介してウエルの内部の液体を吸引して排出する。特許文献１の技術を用いることで、ウエルの内部の液体を導入した後、ウエルの内部から液体を除去することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特表２００６−５２４７９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
マイクロ流路内に液体を充填し、ウエルから液体を完全に除去した後、時間が経過してからマイクロ流体デバイスを使用すると、マイクロ流路内に気体が混入してマイクロ流路内で液体を安定的に送液できなくなる場合があった。
【０００９】
これは、マイクロ流体デバイスを初期化してから使用するまでの間に、マイクロ流路の開口部である、マイクロ流路に連通したウエルから液体が蒸発していくことが一因であると考えられる。マイクロ流路に連通したウエルに液体が存在しない場合は、マイクロ流路の内部の液体が蒸発していく。その結果、マイクロ流路内に気体が混入し、マイクロ流路内で液体を安定的に送液できなくなってしまう。
【００１０】
そこで本発明では、ウエルの内部に一定量の液体を残すことができる液体充填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】
【００１１】
そこで、本発明の液体充填装置は、少なくとも１つのマイクロ流路と、前記マイクロ流路と連通した少なくとも１つのウエルと、を有するマイクロ流体デバイスの内部に液体を導入し、前記マイクロ流路に前記液体を充填する液体充填装置であって、前記液体充填装置は、前記マイクロ流路および前記ウエルに前記液体を導入する液体導入手段と、少なくとも１つのノズルと、前記ノズルを介して前記ウエルから前記液体を排出する液体排出手段と、間隔規定部と、を有し、前記液体導入手段によって前記マイクロ流路に前記液体を充填した後、前記間隔規定部の少なくとも一部分を前記マイクロ流体デバイスの少なくとも一部分に突き当てることによって前記ウエルの底面と前記ノズルの開口面の上端との間の間隔を規定した状態で、前記液体排出手段によって前記ノズルを介して前記ウエルの内部から前記液体を排出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ウエルの内部に一定量の液体残すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る液体充填装置を用いて液体の充填を行うマイクロ流体デバイスの断面図である。
【図２】本発明に係る液体充填装置にマイクロ流体デバイスをセットしたときの断面図である。
【図３】本発明に係る液体充填装置の蓋部とマイクロ流体デバイスのウエルの構造を示す模式図である。
【図４】本発明に係る液体充填装置の間隔規定部の各実施形態を示す模式図である。
【図５】本発明に係る液体充填装置の蓋部に位置決め用の凸部を設けた形態を示す模式図である。
【図６】本発明に係る液体充填装置を分析装置の内部に組み込んだ実施形態を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面に基づいて説明する。
【００１５】
（第１の実施形態）
まず、本発明に係る液体充填装置を用いて液体の充填を行うマイクロ流体デバイスについて、図１を用いて説明する。
【００１６】
図１は、本発明に係る液体充填装置を用いて液体の充填を行うマイクロ流体デバイスの断面図である。
【００１７】
ここで、本明細書において、マイクロ流路に「液体を充填する」とは、マイクロ流路の内部に液体を導入し、マイクロ流路の内部を液体で満たすことを指す。液体を充填した後のマイクロ流路の内部は液体で隙間なく埋め尽くされ、マイクロ流路の内部には気泡が存在しないことが好ましい。
【００１８】
マイクロ流体デバイス２１（以下、「デバイス２１」と称する）は、少なくとも１つのマイクロ流路２３を有するデバイスである。デバイス２１は、少なくとも２枚の基板を接合することで形成することができる。このとき、一方の基板の表面に微細な溝を形成し、この溝をもう一方の基板によって覆うようにして２枚の基板を接合することで、マイクロ流路２３を形成することができる。
【００１９】
マイクロ流路２３は、内部に流体を流すことを前提とした、１ｍｍより小さい幅を有する流路である。マイクロ流路２３の内部に流す流体は、液体であっても気体であっても良い。マイクロ流路２３は、幅が１０００μｍ以下、深さが５００μｍ以下の流路であることが望ましい。マイクロ流路２３の内部の流体の流れは、乱流でなく層流であることが望ましい。
【００２０】
デバイス２１を形成する基板の材質としては、特に限定はされないが、例えばガラス、プラスチック、金属、無機化合物などを用いることができる。デバイス２１を形成する基板の材質としてガラスを用いる場合は、例えば石英ガラス、アルカリガラス、無アルカリガラスなどを用いることができる。デバイス２１を形成する基板の材質としてプラスチックを用いる場合は、例えばアクリル樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ナイロンなどを用いることができる。なお、一種類のプラスチックから成る基板を用いても良いし、複数種のプラスチックを含む基板を用いても良い。
【００２１】
デバイス２１を形成する基板の材質として金属を用いる場合は、例えばアルミ、ニッケル、鉄、銅などの金属や、ステンレス、真鍮などの合金を用いることができる。デバイス２１を形成する基板の材質として無機化合物を用いる場合は、例えばアルミナ、ジルコニア及びシリカ等の金属酸化物や窒化ホウ素などの、セラミックを用いることができる。
【００２２】
マイクロ流路２３を形成するための基板の加工方法は、特に限定されない。例えばエッチングプロセス、機械加工、金型成形などのプロセスを用いることができる。デバイス２１を形成する基板としてガラス、金属、無機化合物の基板を用いる場合は、エッチングプロセスを使用することで、マイクロ流路２３を高精度に形成することができる。デバイス２１を形成する基板としてプラスチックの基板を用いる場合は、金型を用いた射出成形プロセスを使用することで、マイクロ流路２３を高精度に形成することができる。
【００２３】
デバイス２１を形成するために使用する基板の厚さは、特に限定はされない。基板の厚さをマイクロ流路２３の内部を流れる流体の圧力によって変形しない厚さとすることで、マイクロ流路２３の内部の流体の流れをより精密にコントロールすることができる。例えば、デバイス２１を構成する基板としてプラスチックの基板を使用する場合であれば、基板の厚さは０．１ｍｍ以上とすることが望ましい。厚さが０．１ｍｍ未満である場合、マイクロ流路２３の内部を流れる流体の圧力によってマイクロ流路２３が変形し、流体の送液の制御に支障が出る可能性がある。基板の厚さの上限については、特に規定はされていないが、デバイス２１を用いた製品の形状や、歩留まり、製造コストなどから、最適な厚さを選択することができる。
【００２４】
デバイス２１は、マイクロ流路２３に連通するウエル２２を少なくとも１つ有する。デバイス２１が有するウエル２２及びマイクロ流路２３の数は特に限定されない。また、デバイス２１は、マイクロ流路２３の内部へ流体を導入するための注入口２７を少なくとも１つ有することが望ましい。
【００２５】
ウエル２２は、マイクロ流路２３に連通するとともに、デバイス２１の外側に開口している開口部である。ウエル２２は、ウエル２２の底面でマイクロ流路２３と連通していることが好ましい。ウエル２２は、デバイス２１のマイクロ流路２３の内部を通過した後の液体である廃液を収容する機能や、マイクロ流路２３の内部に導入する前の流体を収容する機能を有する。そのため、ウエル２２は、デバイス２１を使用し、マイクロ流路２３に流体を流し始める前には十分な空きスペースを有していることが望ましい。必要な空きスペースの最小値は、マイクロ流路２３の内部に流す試料や試薬等を含む目的の液体の量や、マイクロ流路２３の内部での反応によって生じる廃液の量によって決まる。ここで、本明細書において、デバイス２１を「使用する」とは、デバイス２１を不図示の分析装置にセットして、マイクロ流路２３の内部に試料や試薬等を含む目的の液体を流して分析を行うことを指す。
【００２６】
内部が液体で満たされていない状態のマイクロ流路２３に対して大気圧下で液体を導入しようとすると、マイクロ流路２３の入口が狭いため、マイクロ流路２３の内部に液体が入り難い。また、マイクロ流路２３の内部に液体を導入できたとしても、マイクロ流路２３の内部に空気が混入してしまい、マイクロ流路２３内に気泡が残ってしまう場合がある。
【００２７】
そのため、マイクロ流路２３の内部に液体を導入する際には、マイクロ流路２３の内部を予め液体で満たしておくことが一般的である。マイクロ流路２３の内部を予め液体で満たす工程は、初期化またはプライミングと呼ばれる。
【００２８】
初期化の際には、まず、マイクロ流路２３の内部を減圧してマイクロ流路２３の内部に存在していた空気を排出する。その後、減圧したマイクロ流路２３の内部に、ウエル２２から液体を導入する。このとき、液体は毛細管現象によってマイクロ流路２３の内部に充填される。この方法を用いることで、マイクロ流路２３の内部への気泡を混入させずに液体を充填することができる。なお、マイクロ流路２３の内部を減圧する方法は特に限定されないが、ポンプによって気体を排出する方法が一般的である。
【００２９】
このようにしてマイクロ流路２３の内部に予め液体を充填しておくことで、デバイス２１を使用する際に、試料や試薬等を含む目的の液体をスムーズにマイクロ流路２３の内部に導入することができる。デバイス２１の使用前にマイクロ流路２３の内部に予め充填する液体は、試料や試薬等を含む目的の液体と反応性の低い液体であることが望ましい。予め充填しておく液体の種類は特に限定されないが、例えば水や油等を使用することができる。
【００３０】
図２は、本発明に係る液体充填装置に流体デバイスをセットしたときの断面図である。
【００３１】
液体充填装置１は、下部容器２０と、下部容器２０に組み合わされる上部容器１０とを有する。液体充填装置１は、下部容器２０と上部容器１０とを組み合わせて形成される空間内にデバイス２１を収納することができる。
【００３２】
液体充填装置１は、デバイス２１に液体を供給する液体供給系４０と、デバイス２１の内部への液体の導入や、気体や液体の排出を行うポンプ３０とを有する。また、液体充填装置１は、液体を液体供給系４０からデバイス２１へと導く液体配管７１と、デバイス２１からポンプ３０によって気体を吸い出す気体配管７２とを有する。さらに、液体充填装置１は液体トラップ部５０を有する。
【００３３】
液体配管７１は、液体供給系４０と、デバイス２１の各ウエル２２と、ポンプ３０と、を接続している。気体配管７２は、デバイス２１の各ウエル２２と、ポンプ３０と、を接続している。液体配管７１および気体配管７２は、液体トラップ部５０を介してポンプ３０と接続されていても良い。液体トラップ部５０は、配管内の液体と気体を分離するチャンバであり、ポンプ３０の内部に液体が入り込むことを防ぐために設けられている。
【００３４】
液体配管７１および気体配管７２は、バルブ６１〜６５を有する。バルブ６１〜６５の種類は特に限定されない。バルブ６１〜６５は手動の開閉バルブであっても良いし、不図示のコンピュータで制御可能な電磁弁であっても良い。
【００３５】
ポンプ３０は、デバイス２１の内部の気体を排出する気体排出手段として用いるほか、デバイス２１の内部の余剰の液体を排出する液体排出手段として用いられる。排出された液体は液体配管７１を通り、液体トラップ部５０へと導かれる。
【００３６】
気体配管７２は、気体配管７２を通じてウエル２２に気体を導入するためのリーク口７８を備える。リーク口７８は、ウエル２２から液体配管７１を通じて液体を排出する際に、排出された液体の体積を補完するために、気体配管７２を通じてウエル２２に気体を導入する。
【００３７】
液体供給系４０には、マイクロ流路２３の内部に予め充填する液体が用意されている。予め充填する液体としては、マイクロ流路２３の内部に充填する前に、液体から溶存気体を除去する操作である脱気を行った液体を用いることが好ましい。脱気の方法としては、加熱沸騰法、超音波法、真空減圧法、アルゴンバブリング、分離膜を用いた方法等がある。液体供給系４０は、脱気した液体が再び気体を吸収しないように液体供給系４０の内部を減圧状態に保つために、ポンプ等を有していても良い。
【００３８】
液体供給系４０の液体は、液体導入手段によってマイクロ流路２３の内部へ導入される。本実施形態では、ポンプ３０を用いてマイクロ流路２３の内部の気体を排出することによりマイクロ流路２３の内部の圧力を低下させる。これにより、マイクロ流路２３の内部の圧力が液体供給系４０の圧力よりも低くなるため、圧力差が発生し、液体を液体供給系４０からマイクロ流路２３の内部へ導入することができる。すなわち、本実施形態では液体導入手段は、ポンプ３０と液体供給系４０と液体配管７１と気体配管７２とから構成されている。
【００３９】
液体導入手段は、マイクロ流路２３の内部の圧力が液体供給系４０の圧力よりも相対的に低くなるように圧力差を発生させることで液体をマイクロ流路２３の内部に導入する。そのため、例えばポンプ３０によってマイクロ流路２３の内部の圧力を低下させるとともに、液体供給系４０にも別のポンプを接続し、液体供給系４０の圧力を大気圧よりも高くしてもよい。あるいは、液体供給系４０に接続した別のポンプによって液体供給系４０の内部を加圧し、液体供給系４０の内部の圧力を大気圧よりも高くすることによって圧力差を発生させてもよい。ただし、マイクロ流路２３の内部に気体を混入させないためにも、圧力差を発生は、少なくともマイクロ流路２３の内部の圧力を低下させることによって行うことが好ましい。
【００４０】
上部容器１０は、蓋部１１を少なくとも１つ有する。蓋部１１は、液体充填装置１の内部に収納されたデバイス２１の各ウエル２２の開口部の縁部であるウエル開口縁部２４にそれぞれ密着して、各ウエル２２を閉じる部分である。蓋部１１は、ウエル開口縁部上面２４と蓋部１１との間の気密性を確保するためのシール部１２を有する。このシール部１２によってウエル２２と蓋部１１とが封止される。これにより、ウエル２２が密閉される。シール部１２としては、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ニトリルゴム、スチロールゴム、シリコンゴム等の材質の、テープ、ガスケット、Ｏリング等を用いることができる。
【００４１】
蓋部１１とウエル２２の位置合わせの方法は、特に限定されない。例えば、デバイス２１の形状を基準にして、ウエル２２と液体充填装置１の蓋部１１との位置関係を決めても良い。また、デバイス２１に位置合わせ用の穴を、液体充填装置１に位置合わせ用のピンをそれぞれ設け、穴にピンを挿入することで位置合わせを行っても良い。また、図５に示すように、蓋部１１に位置合わせ用の凸部１３を設けて、ウエル２２の中に凸部１３を挿入することで位置合わせを行っても良い。
【００４２】
図３は液体充填装置の蓋部とマイクロ流体デバイスのウエルの模式図である。
【００４３】
図３（ａ）に示すように、蓋部１１は液体導排出ポート７４と気体導排出ポート７３とを、それぞれ少なくとも１つ有する。液体導排出ポート７４は液体をウエル２２に導入またはウエル２２から排出するための開口部であり、気体導排出ポート７３は気体をウエル２２に導入またはウエル２２から排出するための開口部である。
【００４４】
さらに蓋部１１は、液体をウエル２２に導入または排出するためのノズル７６を有する。ノズル７６は、液体導排出ポート７４に接続されている。ノズル７６は、蓋部１１から独立した別部材としても良いが、ノズル７６は蓋部１１と一体に成形されていることが好ましい。
【００４５】
液体導排出ポート７４は液体配管７１に接続され、気体導排出ポート７３は気体配管７２に接続されている。気体導排出ポート７３は気体の導入または排出に用いられ、液体導排出ポート７４およびノズル７６は液体の導入または排出に用いられる。ただし、マイクロ流路２３の内部の気体を排出する際には、気体導排出ポート７３だけでなく、液体導排出ポート７４およびノズル７６も気体の排出に用いても良い。
【００４６】
また、例えばマイクロ流路２３の内部に予め充填する液体へのコンタミネーションを防ぐ目的で、液体を導入する際に用いるポートを別途専用に設けても良い。例えば図３（ｂ）に示すように、液体の導入専用の液体導入ポート７７を設け、液体導排出ポート７４は液体の排出専用にしても良い。
【００４７】
気体導排出ポート７３および液体導入ポート７７についても、液体導排出ポート７４と同様にノズルを接続しても良い。ただし、この場合のノズルの長さは、液体導排出ポート７４に接続されているノズル７６の長さよりも短いことが好ましい。
【００４８】
ウエル２２からの液体の排出は、液体排出手段によって行われる。液体排出手段は、ウエル２２の内部の圧力と、液体配管７１または気体配管７２の内部の圧力との間に圧力差を生じさせることによって、液体の排出を行う。具体的には、ポンプ３０によって液体配管７１の内部を減圧するとともに、バルブ６４を開けてリーク口７８から気体配管７２の内部に気体を取り込む。これにより、液体配管７１とウエル２２との間に圧力差が生じる。この圧力差によって、ウエル２２の内部の液体がノズル７６から吸引されて、排出される。すなわち、本実施形態では液体排出手段は、ポンプ３０と液体配管７１と気体配管７２とノズル７６から構成されている。
【００４９】
液体排出手段は、ウエル２２の内部の圧力が液体配管７１の圧力よりも相対的に高くなるようにして圧力差を発生させることでウエル２２から液体を排出する。そのため、例えばポンプ３０によって液体配管７１の内部を減圧するとともに、気体配管７２に接続した不図示の加圧ポンプを用いて気体配管７２およびウエル開口部２２の内部に気体を流し込んで加圧することで圧力差を発生させても良い。
【００５０】
デバイス２１の内部に液体を充填した後、ウエル２２の内部から液体を全て排出した場合、デバイス２１を放置しておくと、マイクロ流路２３の内部に充填した液体がウエル底面２５から徐々に蒸発していく。そのため、デバイス２１を初期化した後、デバイス２１を使用するまでに時間が経過すると、マイクロ流路２３の内部に気体が混入してしまう。マイクロ流路２３の内部に気体が混入すると、マイクロ流路２３の内部で気体と液体との間に気液界面が形成され、毛管力が発生する。すると発生した毛管力によってマイクロ流路２３の内部の液体の流れが阻害されてしまい、マイクロ流路２３の内部の液体の送液制御に支障をきたすことになる。
【００５１】
そこで、本実施形態の液体充填装置１は、デバイス２１を初期化してから使用するまでの間でマイクロ流路２３の内部の液体が蒸発してしまうことを防ぐために、ウエル２２の内部に液体を一定量残すように構成されている。ウエル２２の内部に残す液体の量は、デバイス２１を初期化してから使用するまでの時間で、ウエル２２の内部から蒸発する液体の量以上の量にする必要がある。すなわち、ウエル２２の内部に残す液体の量の最小値は、デバイス２１を初期化してから使用するまでの時間で、ウエル２２の内部から蒸発する液体の量となる。
【００５２】
デバイス２１を初期化してから使用するまでの時間で、ウエル２２の内部から蒸発する液体の量を見積もる方法としては、マイクロ流体デバイス２３の構造や使用環境等の条件に合わせて任意の方法を選択することができる。例えば、定常的な蒸発を扱う場合は、フィックの第１法則を用いて蒸発量を見積もることができる。また、非定常的な蒸発を扱う場合は、フィックの第２法則を用いて蒸発量を見積もっても良い。また、条件が複雑であり蒸発量を見積もることが困難である場合は、ウエル２２から液体が減少する量を直接測定しても良い。
【００５３】
一例として、フィックの第１法則を用いて蒸発量を見積もる方法について説明する。ウエル２２の内部の液体は、四方を壁に囲まれているため、液体の周囲は無風状態にあるものとした。また、デバイス２１を使用する環境としては、実験室、評価室等の温度湿度が一定に管理された室内とした。さらに、マイクロ流路２３の内部に充填した液体は、水を主体とした液体とし、液体の温度は一定であるものとした。また、デバイス２１およびマイクロ流路２３の内部に充填した液体は、外部との熱のやり取りが無いものとした。
【００５４】
液体の表面に垂直にｘ軸をとると、ｘ軸に垂直な平面Ｓを時間ｔで通過する水蒸気の質量ｄｍは、フィックの第１法則から、以下の式（２）のようになる。
【００５５】
【数１】
2016001134.tif 000003
【００５６】
ここで、ｄＶは拡散面積Ｓを時間ｔで通過する水蒸気の質量ｄｍ、Ｄは水の拡散係数、ρは水蒸気の密度、ｘは拡散の距離である。ここでは、拡散面積Ｓは、ウエル２２の開口部の面積となる。
【００５７】
一方、空気中の水蒸気の分圧は、以下の式（３）で表される。
【００５８】
【数２】
2016001134.tif 000004
【００５９】
ここで、ｅは空気中の水蒸気の分圧、Ｒは気体定数、Ｔは温度である。
【００６０】
式（２）と式（３）より、式（４）が導かれる。
【００６１】
【数３】
2016001134.tif 000005
【００６２】
拡散面積Ｓを時間ｔで通過する水蒸気の質量であるｄｍを、拡散面積Ｓおよび時間ｔで除することで、単位時間、単位面積を通過する水蒸気の量、すなわち蒸発速度ｍを算出することができ、以下の式（５）のようになる。
【００６３】
【数４】
2016001134.tif 000006
【００６４】
ここで、水が空気中に拡散する場合の拡散係数は０．２５６×１０−５ｍ２／ｓ、気体定数は８．３１４Ｊ／（ｍｏｌ・Ｋ）である。拡散距離ｄｘを１ｍｍとして、式（５）にこれらの各パラメータを代入する。定数部分をＣとし、ｄｅを水の飽和蒸気圧とウエル２２の内部の空気中の水蒸気の分圧との間の差とする。さらに、水の密度を１ｇ／ｍ３とすると、水の蒸発量Ｖｓは以下の式（１）で近似できる。
【００６５】
【数５】
2016001134.tif 000007
【００６６】
ここで、ＶＳは水の蒸発量［ｍ３］、Ｓは水面の面積［ｍ２］、Ｃは水の蒸発係数（Ｃ＝０．０１８）、ｔは時間［ｈ］、Ｐａは水温と等しい温度における水の飽和蒸気圧［ｍｍＨｇ］、Ｐｂはウエルの内部の空気中の水蒸気の分圧［ｍｍＨｇ］である。
【００６７】
なお、ここではマイクロ流路２３の内部に流す液体は水を主体とする液体であるものとして式（１）を導出したが、他の種類の液体についても式（１）と同様の式によって蒸発量を見積もることが可能である。
【００６８】
以上のように、各種手法によって見積もった蒸発量以上の量の液体をウエル２２の内部に残すことによって、デバイス２１を初期化してから使用するまでの間にウエル２２の内部の液体が全て蒸発してしまうことを防ぐことができる。これにより、マイクロ流路２３の内部の液体が露出してウエル２２から蒸発し、マイクロ流路２３の内部に気体が混入することを防ぐことができる。
【００６９】
デバイス２１を使用すると、マイクロ流路２３の内部を液体が流れ、マイクロ流路２３の下流側でマイクロ流路２３と連通したウエル２２に液体が流入する。このとき、ウエル２２の内部に予め残っていた液体の体積とウエル２２に流入してきた液体の体積の合計がウエル２２の容積を超えた場合、液体をウエル２２の内部に溜めておくことができず、液体がウエル２２から溢れて出してしまう。したがって、ウエル２２に残す液体の量の最大値は、ウエル２２の容積から、デバイス２１を使用した際にマイクロ流路２３の内部を流れてウエル２２に流入する流体の体積を引いた量となる。
【００７０】
例えば、１回の分析または反応でマイクロ流路２３の内部に流す試料や試薬等を含む目的の液体の量と、分析または反応を行う回数とから、マイクロ流路２３の下流側に接続されたウエル２２に流入する液体の体積を求めることができる。ウエル２２に流入する液体は、マイクロ流路２３の内部での反応の種類にもよるが、例えば、マイクロ流路２３の内部での各種反応の反応生成物や、各種分析後の廃液等となる。
【００７１】
なお、ウエル２２の容積やマイクロ流路２３の内部に流す液体の量は、マイクロ流路２３の内部で行う各種反応の反応条件や、必要な反応生成物の量等に合わせて任意の値とすることができる。
【００７２】
ウエル２２の内部に残す液体の量は、上述した最小値、最大値によって規定される範囲の範囲内の値となるように、制御する必要がある。本実施形態では、ノズル７６の開口部であるノズル開口面７５の上端とウエル底面２５との間の間隔によって、ウエル２２の内部に残す液体の量を規定する。そこで本実施形態では、ノズル７６の開口面であるノズル開口面７５の上端とウエル底面２５との間の間隔を規定するために、間隔規定部を蓋部１１に設けている。
【００７３】
ここで、「ノズルの開口面の上端（ノズル開口面７５の上端）」とは、ノズル７６を水平面に対して垂直に配置したときに、ノズル７６の開口面のうち、最も高い位置にある端部を指す。例えば、図４（ｂ）や図４（ｃ）の場合のように、ノズル開口面７５が水平面と平行な面でない場合、ノズル開口面７５の最も高い位置にある端部８０が「ノズルの開口面の上端」となる。一方、図４（ａ）や図４（ｄ）のように、ノズル開口面７５が水平面と平行な面である場合は、ノズル開口面７５全体が「ノズルの開口面の上端」となる。
【００７４】
このように間隔規定部を蓋部１１に設けることによって、ノズル７６のノズル開口面７５の上端とウエル底面２５との間の間隔が規定され、一定の間隔が保持される。この状態でノズル７６を介してウエル２２の内部から液体を排出していくと、ウエル２２の内部にある液体の液面が低下していく。さらに液体の排出を続け、液面がノズル開口面７５の上端の位置を下回ると、ウエル２２の内部の液体ではなく気体が排出されるようになるため、液体の排出が停止する。このとき、ウエル２２の内部には、ノズル開口面７５の上端の高さに液面が位置するように液体が残ることになる。以上のように、間隔規定部によってノズル開口面７５の上端とウエル底面２５との間の間隔を規定することにより、ノズル７６を介してウエル２２の内部の液体の排出を行った後にウエル２２の内部に残る液体の量を規定することができる。
【００７５】
ノズル開口面７５の上端の高さに液面が位置するときにウエル２２の内部に存在する液体の体積を、デバイス２１を初期化してから使用するまでの間にウエル２２の内部で蒸発する液体の体積以上にする。すなわち、ノズル開口面７５の上端とウエル底面２５との間の間隔を、デバイス２１を初期化してから使用するまでの間にウエル２２の内部で蒸発する液体の体積に相当する間隔以上にする。これにより、マイクロ流路２３の内部から液体が蒸発することを防ぐことができる。
【００７６】
また、ノズル開口面７５の上端の高さに液面が位置するときにウエル２２の内部に存在する液体の体積を、デバイス２１を使用することによってウエル２２に流入する液体の体積とウエル２２の容積との差分以下にする。すなわち、ノズル開口面７５の上端とウエル底面２５との間の間隔を、デバイス２１が使用された後にウエル２２に流入する液体の体積と、ウエル２２の容積と、の差分に相当する間隔以下にする。これにより、デバイス２１を使用している間にウエル２２から液体が溢れることを防ぐことができる。
【００７７】
間隔規定部は、間隔規定部の少なくとも一部分をデバイス２１の少なくとも一部分に突き当てることによって、ノズル７６のノズル開口面７５の上端とウエル底面２５との間の間隔を規定する部分である。なお、間隔規定部をデバイス２１に突き当てる際には、間隔規定部とデバイス２１の間に、例えば間隔規定部とデバイス２１とを密着させるための部材や衝撃を和らげるための部材等を挟んでも良い。間隔規定部の構成例を以下に示す。
【００７８】
第１の例として、図４（ａ）に示すように、蓋部１１を間隔規定部とする構成がある。この場合、蓋部１１はウエル開口縁部２４にシール部１２を介して突き当てられる。これにより、蓋部１１とウエル底面２５との間の距離が、ウエル開口縁部２４からウエル底面２５までの距離と一致する。そのため、蓋部１１の下面からノズル開口面７５の上端までの距離が、ウエル開口縁部２４からウエル底面２５までの距離からウエル２２の内部に残す液体の体積に応じたウエル２２の深さを差し引いた長さになるように調整しておく。このような調整をすることで、ウエル２２の内部に残す液体の量を規定することができる。
【００７９】
第２の例として、図４（ｂ）および図４（ｃ）に示すように、ノズル７６を間隔規定部とする構成がある。この場合、ノズル７６の下端がウエル底面２５に突き当てられる。これにより、蓋部１１とウエル底面２５との間の距離が、蓋部１１の下面からノズル７６の上端までの距離と一致する。なお、この場合、蓋部１１とウエル開口縁部２４とが必ずしも接している必要はない。すなわち、シール部１２と蓋部１１、シール部１２とウエル開口縁部２４のそれぞれが密着し、ウエル２２の内部の気密が保持され、ウエル２２が密閉されてさえいれば良い。
【００８０】
このとき、例えば図４（ｂ）に示すように、ノズル開口面７５をノズル７６の側面に設けたノズル７６を用いることで、ノズル開口面７５の上端とウエル底面２５との間の間隔を保つことが可能となる。すなわち、ウエル底面２５に突き当てられているノズル７６の下端からノズル開口面７５の最上部までの距離と、ウエル２２の内部に残す液体の体積に応じたウエル２２の深さとが一致するようにしてノズル開口面７５の設置位置を調整する。このような調整をすることで、ウエル２２の内部に残す液体の量を規定することができる。
【００８１】
あるいは、図４（ｃ）に示すように、水平方向に対して傾斜の付いた切断面を持つような形状の下端を有するノズル７６を用いることでも、ノズル開口面７５の上端とウエル底面２５との間の間隔を保つことが可能となる。
【００８２】
第３の例として、図４（ｄ）に示すように、蓋部１１に設けられた間隔規定部材２６を間隔規定部とする構成がある。この場合、間隔規定部材２６の下端がウエル底面２５に突き当てられる。これにより、蓋部１１とウエル底面２５との間の距離が、間隔規定部材２６の長さと一致する。なお、この場合も、蓋部１１とウエル開口縁部２４とが必ずしも接している必要はない。すなわち、シール部１２と蓋部１１、シール部１２とウエル開口縁部２４のそれぞれが密着し、ウエル２２の内部の気密が保持され、ウエル２２が密閉されてさえいれば良い。
【００８３】
間隔規定部材２６の長さからウエル２２の内部に残す液体の体積に応じたウエル２２の深さを差し引いた長さと、蓋部１１の下面からノズル開口面７５の上端までの距離とが等しくなるように調整しておく。このような調整をすることで、ウエル２２の内部に残す液体の量を規定することができる。
【００８４】
以上のように間隔規定部を上部容器１０に設け、間隔規定部の少なくとも一部分を、デバイス２１の少なくとも一部分に突き当てることによって、ウエル底面２５とノズル開口面７５の上端との間の間隔を規定することができる。これにより、ウエル２２の内部の液体をノズル７６から排出した際にウエル２２の内部に液体を、規定した間隔の分だけ残すことができる。本実施形態ではこのように、ウエル底面２５とノズル開口面７５の上端との間の間隔の規定を、突き当てによって機械的に行なう簡便な構成としている。これにより、簡便な構成で、ウエル２２の内部に一定量の液体を残すことができる。
【００８５】
なお、第２の例や第３の例のように、間隔規定部としてノズル７６または間隔規定部材２６を用い、間隔規定部をウエル底面２５に突き当てる場合は、間隔規定部の一部がウエル２２の内部の液体中に沈むことになる。そのため、間隔規定部のうち液体中に沈む部分の体積を考慮した上でウエル２２の内部に残る液体の体積に応じたウエル２２の深さを決定することが好ましい。
【００８６】
次に、液体充填装置１の動作手順について説明する。
【００８７】
まず、デバイス２１を、液体充填装置１の下部容器２０の中に収容し、上部容器１０を下部容器２０にセットする。その際、上部容器１０の各蓋部１１と、デバイス２１の各ウエル２２との位置が合うように位置合わせを行う。位置合わせが完了したら、ウエル２２と蓋部１１とが密着するように、上部容器１０をデバイス２１に押しつけて固定する。このとき、蓋部１１とウエル開口縁部２４がシール部１２で確実に密着するようにして固定する。
【００８８】
デバイス２１のマイクロ流路２３の内部の容積よりも十分に多い液体を用意し、液体充填装置１の液体供給系４０に充填する。液体供給系４０に充填する液体は、別途真空ポンプ等で液体中の溶存気体を除去する操作である、脱気を行っておくことが好ましい。液体供給系４０のタンク内は、タンク内に充填した液体に再度気体が溶存することを避けるために、大気圧よりも減圧された状態に保持することが望ましい。
【００８９】
次に、デバイス２１の内部に存在する気体の排出を行う。バルブ６１と６４を閉じ、バルブ６２、６３、６５を開き、ポンプ３０を駆動させる。これにより、液体導排出ポート７４と気体導排出ポート７３を通じて、マイクロ流路２３の内部の気体を排出する。液体配管７１の内部を空気が通過することによって液体配管７１の内部が汚染されることを防ぐために、バルブ６２を閉じて、気体配管７２のみからマイクロ流路２３の内部の気体を排出しても良い。マイクロ流路２３の内部の気体を十分に排出するために、ポンプ３０によって吸引を行ったまま、十分な時間保持する。これにより、マイクロ流路２３の内壁に吸着しているガス等を排出することができる。
【００９０】
続いて、液体をデバイス２１の内部に導入する。バルブ６２、６３、６４、６５を閉じ、バルブ６１を開き、液体配管７１に液体を導入する。このとき、液体を押し流すために、液体供給系４０の内部の圧力をマイクロ流路２３の内部の圧力よりも高く設定しても良い。液体導排出ポート７４およびノズル７６を通じてウエル２２の内部に液体が満たされ、マイクロ流路２３に液体が充填される。本実施形態では、注入口２７があるウエル２２から液体を導入しているが、液体を導入するウエル２２は特に限定されない。例えばバルブ６５を開き、複数のウエル２２から同時に液体を導入しても良い。
【００９１】
ウエル２２の内部に液体を導入した後、マイクロ流路２３の内部全体が液体で満たされるまで保持する必要がある。規定する時間はデバイス２１が有するマイクロ流路２３の流路形状や流路サイズ、流路の総体積によって異なる。マイクロ流路２３の内部全体が液体で満たされるまでの時間を予め計測しておき、その時間保持することでデバイス２１への液体の充填を完了するようにしても良い。
【００９２】
マイクロ流路２３の内部が液体で満たされた後に、バルブ６１、６３を閉じ、バルブ６２、６４、６５を開ける。ポンプ３０を駆動させ、ウエル２２の内部に残った液体をノズル７６から吸引して排出する。このとき、リーク口７８から大気を導入することで、ウエル２２の内部から排出した液体の分の体積をウエル２２の内部に補充する。十分な時間保持し、ウエル２２の内部から液体を排出した後、上部容器１０をデバイス２１から取り外してデバイス２１を取り出す。
【００９３】
これにより、デバイス２１の初期化が完了する。
【００９４】
ここでは、液体充填装置１による気体の排出、液体の充填、液体の排出の際には、一定時間保持することで次のステップへと移行しているが、次のステップへの移行の判断の方法は特に限定はされない。例えば、液体充填装置１の操作者が目視でマイクロ流路２３への液体の充填状態を確認しても良いし、圧力計等の評価装置を用いて次ステップの移行判断を行っても良い。
【００９５】
（その他の実施形態）
本発明に係る液体充填装置は、医療検査や診断等に用いられる医療用の検査素子としてのマイクロ流体デバイスの初期化のために使用することができる。しかし、本発明は、前述の医療用の検査素子としてのマイクロ流体デバイスの初期化のための液体充填装置に限定されるものではない。本発明は、医療用以外の検査や分析、化学合成等に用いる様々な種類のマイクロ流体デバイスの初期化のための液体充填に広く適用することができる。
【００９６】
また、上記の実施形態では本発明に係る液体充填装置を、液体の充填と液体の排出を１つの装置で行う実施形態について説明した。しかし本発明はこれに限定されるものではなく、例えば液体の充填を行う部分と、液体の排出を行う部分と、をそれぞれ別の装置とし、それらの装置を組み合わせた液体充填システムとしても良い。したがって上記の場合における、液体の排出を行う液体排出装置も本発明に含まれる。
【００９７】
また、上記の実施形態では液体充填装置を、マイクロ流体デバイスを使用する分析装置等の装置とは別個の独立した装置として説明した。しかし、本発明に係る液体充填装置は図６のように、本発明の液体充填装置の構成要素を分析装置１００の内部に組み込んだ構成としても良い。
【００９８】
図６は、本発明に係る液体充填装置を検査装置の内部に組み込んだ実施形態を示すブロック図である。液体充填装置を組み込んだ分析装置１００は、液体充填装置１０１と、分析部１０２と、搬送手段１０３と、コンピュータ１０４とを有する。
【００９９】
液体充填装置１０１は、デバイス２１の初期化を行う装置であり、初期化の後に、マイクロ流路２３に連通したウエル２２の内部に一定量の液体を残すように構成されている。液体充填装置１０１の構成は、第１の実施形態に係る液体充填装置１と同様である。
【０１００】
分析部１０２は、デバイス２１のマイクロ流路２３の内部で初期化の際にマイクロ流路２３の内部に充填した液体、または初期化に用いた液体とは異なる第２の液体等の流体を流して分析する部分である。分析部１０２は、光学的手法をはじめとする種々の分析手法によって分析を行い、反応の検出や検査等を行う。
【０１０１】
搬送手段１０３は、コンピュータ１０４からの指示を命令に基づいて、マイクロ流体デバイスを液体充填装置１０１と分析部１０２との間で搬送する手段である。搬送手段１０３としては、例えばロボットアームのようにマイクロ流体デバイス１００を掴んで移動させる手段や、可動式のステージの上にマイクロ流体デバイス１００を載置してステージを移動させる手段等を用いることができる。
【０１０２】
分析装置１００を使用する際には、まずマイクロ流体デバイスを分析装置１００にセットした後、液体充填部１０１を用いてマイクロ流体デバイスの初期化を行う。次に、初期化を行ったマイクロ流体デバイスを分析装置１００から取り出さずに、搬送手段１０３によって分析部１０２に搬送し、分析部１０２を用いた分析を続けて行う。
【０１０３】
本実施形態は、搬送手段１０３によってデバイス２１を搬送することで、液体充填装置１０１による初期化と分析部１０２による分析を連続して行う構成とした。しかし、デバイス２１を搬送するのではなく、液体充填装置１０１および分析部１０２を不図示の移動手段によって移動させる構成としても良い。あるいは、例えばデバイス２１の上面側に液体充填装置１０１を配置し、デバイス２１の下面側に分析部１０２を配置して、搬送や移動を行わずに初期化と分析を連続して行う構成としても良い。
【０１０４】
以上のように分析装置１００の内部に液体充填装置を液体充填部１０１として組み込むことで、例えばマイクロ流路内の液体の送液手段等を分析装置と液体充填装置とで共通化でき、それぞれを独立した装置とした場合よりも小型化が可能である。
【０１０５】
（実施例）
以下、具体的な実施例を用いて本発明を詳しく説明する。以下の実施例は、説明のために開示されるものであり、本発明を実施例に限定するために開示されるものではない。
【０１０６】
まず、本実施例の液体充填装置によって液体の充填を行うマイクロ流体デバイスについて説明する。本実施例では、図１に示すような構造のデバイス２１を用いた。
【０１０７】
デバイス２１は、射出成形によって成形した２枚のＰＭＭＡの基材を張り合わせることによって作製した。デバイス２１の上面には、開口部であるウエル２２を３つ設けた。ウエル２２は、直径４．０ｍｍ、深さ６ｍｍの円柱型とした。また、デバイス２１には、３つのウエル２２を繋ぐようにマイクロ流路２３を設けた。マイクロ流路２３は、流路幅が１００μｍ、流路深さが５０μｍの流路とした。ウエル２２とマイクロ流路２３は、ＰＭＭＡを用いて射出成形で溝を施した基材と、それに対向する穴を施した基材とを作製し、それらをアクリル系の接着剤で貼り合せることで作成した。
【０１０８】
次に、本実施例の液体充填装置について説明する。本実施例では、図２に示すような構造の液体充填装置１を用いた。
【０１０９】
本実施例の液体充填装置１は、上部容器１０と、下部容器２０と、デバイス２１の上面の各ウエル２２の上部と接触する蓋部１１とを有する。蓋部１１には、デバイス２１のウエル開口縁部２４と密着し、ウエル２２を気密封止するシール部１２として、ニトリルゴムのＯリングを設けた。また、蓋部１１には、液体導排出ポート７４と、気体導排出ポート７３とを設けた。さらに、液体の導排出ポートには、ノズル７６を接続した。蓋部１１の下面からノズル開口面７５の上端までの距離は、後述する方法で決定した距離となるように調整した。
【０１１０】
液体の導排出ポートには液体配管７１を接続し、気体の導排出ポートには気体配管７２を接続した。液体配管７１には、液体を導排出するウエルを選択するバルブ６５と、液体供給系４０との間の流路を開閉するためのバルブ６１と、気体配管７２およびポンプ３０との間の流路を開閉するためのバルブ６２とを設けた。液体供給系４０には、液体の脱気のためや液体供給時に差圧を作り出すために使用するポンプを設けた。気体配管７２には、リークバルブ（バルブ６４）と、ポンプ側のバルブ６３を接続した。リークバルブは、リーク口７８に接続した。ポンプ側のバルブ６３は、液体トラップ部５０を介してポンプ３０に接続した。液体配管７１と気体配管７２とを、液体トラップ部５０を介してポンプ３０に接続することで、配管内の液体を液体トラップ部５０でトラップし、ポンプ３０が気体のみを吸引できるようにした。
【０１１１】
次に、蓋部１１の下面からノズル開口面７５の上端までの距離について説明する。蓋部１１の下面からノズル開口面７５の上端までの距離は、次のように決定した。
【０１１２】
まず、デバイス２１の初期化を行った後、デバイス２１を使用するまでにウエル２２からの液体の蒸発量を、式（１）を用いて見積もった。式（１）を用いる際の条件としては、室温２５℃、湿度６０％、無風の研究室内で、マイクロ流路２３とウエル２２の内部に水温２５℃の水を充填したものとした。また、デバイス２１を使用するまでの時間は２０分間とした。
【０１１３】
その結果、水の蒸発量は約０．７１μＬとなった。ウエル２２は直径４．０ｍｍの円柱形状であるため、この水の蒸発量に対応するウエル２２の高さは約０．０６ｍｍである。この高さが、ノズル７６のノズル開口面７５の上端とウエル底面２５との間の距離の最小値となる。
【０１１４】
一方、ウエルの容積は約７５μＬである。また、デバイス２１を使用する際に、マイクロ流路２３の内部を流す試料を含む目的の液体の体積は約６８μＬとした。そのため、ウエル２２の容積と、使用する試薬の体積との差分は約７μＬとなった。この差分の体積に対応するウエル２２の高さは約０．５５ｍｍである。この高さが、ノズル７６のノズル開口面７５の上端とウエル底面２５との間の距離の最大値となる。
【０１１５】
以上の結果から、ノズル７６のノズル開口面７５とウエル底面２５と間の距離は、約０．０６ｍｍ〜約０．５５ｍｍの間の値になるように調整すれば良いことがわかった。このことから、本実施例では、ノズル７６のノズル開口面７５とウエル底面２５と間の距離が０．３ｍｍとなるように調整した。すなわち、ウエル２２の深さは６ｍｍであるため、蓋部１１の下面からノズル開口面７５の上端までの距離を５．７ｍｍとした。
【０１１６】
以上のような構成の液体充填装置１を用いて、デバイス２１の初期化を行った。
【０１１７】
まず、液体充填装置１にデバイス２１をセットした。下部容器２０にデバイス２１を付き当て、下部容器２０内におけるデバイス２１の位置を決めた。上部容器１１にはデバイス２１の各ウエル２２と対応した位置に３つの蓋部１１が予め設置されている。下部容器２０にデバイス２１を付き当てて下部容器２０内におけるデバイス２１の位置を決めることで、上部容器１０と下部容器２０とを組み合わせた際に、各ウエル２２と各蓋部１１との位置がそれぞれ合うことになる。上部容器１０と下部容器２０とを組み合わせ、上部容器１０をとデバイス２１に押しつけることで、ウエル開口縁部２４にＯリングを密着させてウエル２２を気密封止した。
【０１１８】
次に、気体を排出するために、バルブ６３を開き、バルブ６１、６２、６４、６５を閉じた。ポンプ３０を駆動させ、マイクロ流路２３の内部の気体をポンプ３０によって吸引した。マイクロ流路２３の内部の気体の吸引が完了した後、バルブ６３を閉じ、ポンプ３０を停止させた。
【０１１９】
続いてバルブ６１を開き、液体供給系４０からマイクロ流路２３の内部に液体を導入した。なお、液体供給系４０には脱気した蒸留水を予め入れておき、液体供給系４０の内部は大気圧よりも低い圧力となるように減圧しておいた。脱気した蒸留水がマイクロ流路２３の内部が充填された後、バルブ６１を閉じた。
【０１２０】
次に、バルブ６２、６４、６５を開き、ポンプ３０を再び駆動させて、ウエル２２の内部に残った蒸留水を吸引して液体トラップ５０に排水した。このとき、リーク口７８からウエル２２の内部に空気が導入され、ウエル２２の内部から排出された蒸留水分の体積が空気によって補てんされる。
【０１２１】
ウエル２２の内部からの蒸留水の排出が完了した後、ウエル２２の内部に残った蒸留水を確認したところ、ウエル２２の内部に高さ０．２８ｍｍ分の蒸留水が残っていることが確認できた。初期化したデバイス２１を室内に２０分間放置した後、ウエル２２の内部に残っている蒸留水を再び確認したところ、ウエル２２の内部に蒸留水が残っていることが確認できた。さらにその後、このデバイス２１を使用したところ、マイクロ流路２３の内部に導入された液体をスムーズに送液することができ、十分に機能していることが確認できた。
【０１２２】
以上のように、本実施例の液体充填装置１を用いることで、マイクロ流路２３の内部に蒸留水を充填した後、ウエル２２の内部から蒸留水を排出し、任意の量の蒸留水を残すことができる。ウエル２２の内部に残る液体の量は、ノズル開口面７５の上端とウエル底面２５との間の距離で決まる。本実施例では、間隔規定部である蓋部１１のシール部１２をウエル開口縁部２４に突き当てることで、ノズル開口面７５の上端とウエル底面２５との間の距離を所定の距離に保つ構成とした。このようにノズル開口面７５の上端とウエル底面２５との間の距離を、機械的に規定する構成とすることで、簡便な構成でウエル２２の内部に一定量の液体を導入することができる液体充填装置１を実現することができた。
【符号の説明】
【０１２３】
１  液体充填装置
１０  上部容器
１１  蓋部
１２  シール部
２０  下部容器
２１  マイクロ流体デバイス
２２  ウエル
２３  マイクロ流路
２４  ウエル開口縁部
２５  ウエル底面
３０  ポンプ
４０  液体供給系
５０  液体トラップ部
６１〜６５  バルブ
７１  液体配管
７２  気体配管
７３  第２のポート
７４  液体導排出ポート
７５  ノズル開口面
７６  ノズル
７８  リーク口
【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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