(57)【要約】  ポンプ駆動用の電力を確保することができない状況であっても、流体を注入することができる流体処理システムを得る。  注入容器は、少なくとも一部が弾性体で形成されて、収縮することで貯留された注入用流体を吐出する注入側貯留部と、注入用流体の流量を制御することで、注入容器の注入量を制御する注入量制御部と、を含み、回収容器は、処理後流体を保持する保持部と、保持部内に設けられ、少なくとも一部が弾性体で形成されて、収縮することで貯留された回収用流体を吐出し、保持部内に処理後流体を吸引する回収側貯留部と、回収用流体の流量を制御することで、回収容器の回収量を制御する回収量制御部と、を含み、回収容器の回収量は、注入容器の注入量よりも高くなるように設定され、外部流体は、回収容器の回収量と注入容器の注入量との差に応じて、流体処理システムに取り込まれる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
貯留された注入用流体を注入する注入容器と、
前記注入容器から注入された前記注入用流体と、流体処理システム外部から取り込まれた外部流体とに対して所定の処理を行う処理部と、
前記処理部で処理された処理後流体を回収する回収容器と、
を備えた流体処理システムにおいて、
前記注入容器は、
少なくとも一部が弾性体で形成されて、収縮することで貯留された前記注入用流体を吐出する注入側貯留部と、
前記注入用流体の流量を制御することで、前記注入容器の注入量を制御する注入量制御部と、
を含み、
前記回収容器は、
前記処理後流体を保持する保持部と、
前記保持部内に設けられ、少なくとも一部が弾性体で形成されて、収縮することで貯留された回収用流体を吐出し、前記保持部内に前記処理後流体を吸引する回収側貯留部と、
前記回収用流体の流量を制御することで、前記回収容器の回収量を制御する回収量制御部と、
を含み、
前記回収容器の回収量は、前記注入容器の注入量よりも高くなるように設定され、前記外部流体は、前記回収容器の回収量と前記注入容器の注入量との差に応じて、前記流体処理システムに取り込まれる
流体処理システム。
【請求項２】
請求項１に記載の流体処理システムにおいて、
前記処理部は、マイクロ流体デバイスを含む
流体処理システム。
【請求項３】
請求項２に記載の流体処理システムにおいて、
前記注入容器は、前記マイクロ流体デバイスと一体化されている
流体処理システム。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の流体処理システムにおいて、
前記注入容器は、前記注入側貯留部と前記注入量制御部との組を複数備えている
流体処理システム。
【請求項５】
請求項４に記載の流体処理システムにおいて、
前記注入容器は、アデノシン三リン酸を測定するための細胞溶解試薬、発光試薬および標準液のそれぞれが前記注入用流体として貯留された複数の前記注入側貯留部を含み、
前記処理部は、ルシフェリン−ルシフェラーゼ反応が可能な微細流路が形成されたマイクロ流体デバイスを含む
流体処理システム。
【請求項６】
流体に対して所定の処理を行う処理部を備えた流体処理システムに使用され、前記処理部に注入用流体を注入する注入容器であって、
少なくとも一部が弾性体で形成されて、収縮することで貯留された前記注入用流体を吐出する注入側貯留部と、
前記注入用流体の流量を制御することで、前記注入容器の注入量を制御する注入量制御部と、
の組を複数備えた注入容器。
【請求項７】
流体に対して所定の処理を行う処理部を備えた流体処理システムに使用され、前記処理部で処理された処理後流体を回収する回収容器であって、
前記処理後流体を保持する保持部と、
前記保持部内に設けられ、少なくとも一部が弾性体で形成されて、収縮することで貯留された回収用流体を吐出し、前記保持部内に前記処理後流体を吸引する回収側貯留部と、
前記回収用流体の流量を制御することで、前記回収容器の回収量を制御する回収量制御部と、
を備えた回収容器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、注入された流体等を、例えばマイクロ流体デバイスを用いて反応させる流体処理システム、並びに流体処理システムに使用される注入容器および回収容器に関する。
【背景技術】
【０００２】
微細加工技術を用いて製作されたマイクロ流体デバイスを備えた流体処理システムが実用化され、ライフサイエンス、化学・生化学分析等の分野において大きな期待が寄せられている。マイクロ流体デバイスを備えた流体処理システムとして、電動シリンジポンプ等のポンプにより、流量を制御しながら流体をマイクロ流体デバイスに注入し、注入された流体を反応させることで、反応効率を向上させるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。【０００３】
また、微細加工技術を応用することで、化学・生化学分析等に必要な流体処理を小型かつ軽量なシステムに集積化することができるので、マイクロ流体デバイスを屋外での各種分析に適用することも期待されている。例えば、海洋の現場における金属イオン濃度や微生物バイオマスの指標物質の定量分析等に、マイクロ流体デバイスを備えた流体処理システムを適用することが提案されている（例えば、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−２１０２６５号公報
【非特許文献１】福場辰洋、花谷耕平、藤井輝夫、「マイクロ流体デバイス技術を応用した現場計測システム」、光アライアンス、日本工業出版、Ｖｏｌ．２６、Ｎｏ．５（２０１５）、ｐｐ．７−１１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１および非特許文献１に記載された流体処理システムでは、ポンプ駆動用の電力を外部から供給する必要がある。そのため、屋外等において長期にわたって連続的に流体処理システムを稼働しようとした場合、大容量のバッテリが必要になる。また、ポンプ駆動用の電力を確保することができない状況では、流体処理システムを使用することができない。【０００６】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、ポンプ駆動用の電力を確保することができない状況であっても、流体を注入することができる流体処理システムを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施形態に係る流体処理システムは、貯留された注入用流体を注入する注入容器と、注入容器から注入された注入用流体と、流体処理システム外部から取り込まれた外部流体とに対して所定の処理を行う処理部と、処理部で処理された処理後流体を回収する回収容器と、を備え、注入容器は、少なくとも一部が弾性体で形成されて、収縮することで貯留された注入用流体を吐出する注入側貯留部と、注入用流体の流量を制御することで、注入容器の注入量を制御する注入量制御部と、を含み、回収容器は、処理後流体を保持する保持部と、保持部内に設けられ、少なくとも一部が弾性体で形成されて、収縮することで貯留された回収用流体を吐出し、保持部内に処理後流体を吸引する回収側貯留部と、回収用流体の流量を制御することで、回収容器の回収量を制御する回収量制御部と、を含み、回収容器の回収量は、注入容器の注入量よりも高くなるように設定され、外部流体は、回収容器の回収量と注入容器の注入量との差に応じて、流体処理システムに取り込まれるものである。【０００８】
このとき、処理部は、マイクロ流体デバイスを含んでもよい。また、注入容器は、マイクロ流体デバイスと一体化されていてもよい。また、注入容器は、注入側貯留部と注入量制御部との組を複数備えていてもよい。また、注入容器は、アデノシン三リン酸を測定するための細胞溶解試薬、発光試薬および標準液のそれぞれが注入用流体として貯留された複数の注入側貯留部を含み、処理部は、ルシフェリン−ルシフェラーゼ反応が可能な微細流路が形成されたマイクロ流体デバイスを含んでもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の一実施形態に係る流体処理システムによれば、ポンプ駆動用の電力を確保することができない状況であっても、流体を注入することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】一実施形態に係る流体処理システムを示す構成図である。
【図２】一実施形態に係る注入容器を示す模式図である。
【図３】一実施形態に係るマイクロ流体デバイスを示す構成図である。
【図４】一実施形態に係る回収容器を示す模式図である。
【図５】一実施形態に係る注入容器およびマイクロ流体デバイスを示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施形態に係る流体処理システムについて図面を用いて説明するが、各図において同一、または相当する部分については、同一符号を付して説明する。なお、以下の実施形態では、海水中に投入された流体処理システムを用いて海水中の微生物に由来するアデノシン三リン酸（ＡＴＰ：ａｄｅｎｏｓｉｎｅ  ｔｒｉｐｈｏｓｐｈａｔｅ）を測定する場合を例に挙げて説明する。
【００１２】
図１は、一実施形態に係る流体処理システムを示す構成図である。図１において、流体処理システム１００は、注入容器１０と、海水取り込み部２０と、処理部３０と、回収容器４０とを備えている。
【００１３】
注入容器１０は、貯留された注入用流体を注入する。海水取り込み部２０は、流体処理システム１００の外部から外部流体として海水を取り込む。処理部３０は、注入容器１０から注入された注入用流体と、海水取り込み部２０から取り込まれた海水とに対して所定の処理を行う。回収容器４０は、処理部３０で処理された処理後流体を回収する。
【００１４】
注入容器１０は、注入側貯留部１１ａ〜１１ｅと、注入量制御部１２ａ〜１２ｅとを含んでいる。すなわち、注入容器１０は、注入側貯留部１１と注入量制御部１２との組を複数（ここでは、５組）備えている。
【００１５】
図２は、一実施形態に係る注入容器を示す模式図である。図２において、注入容器１０は、注入側貯留部１１と、注入量制御部１２と、チューブ１３と、チューブ１４とを含んでいる。
【００１６】
注入側貯留部１１は、少なくとも一部がシリコーンゴム、イソプレンゴム等の弾性体で楕円形状断面を有するように形成されている。注入側貯留部１１は、内部に注入用流体Ｓ１を貯留するようになっており、弾性力で収縮するときに、圧力Ｐ１が注入用流体Ｓ１に付与され、貯留された注入用流体Ｓ１をチューブ１３に吐出する。注入側貯留部１１に貯留される注入用流体Ｓ１は、例えばＡＴＰを測定するための細胞溶解試薬、発光試薬および標準液である。
【００１７】
また、注入側貯留部１１は、注入用流体Ｓ１と接触する内面に、注入用流体Ｓ１により注入側貯留部１１が侵されないためのコーティングが施されているとともに、ガスバリア性を有している。
【００１８】
チューブ１３は、注入側貯留部１１と注入量制御部１２とを流体的に連通させており、図２に矢印Ｆ１で示すように、注入側貯留部１１から吐出された注入用流体Ｓ１を注入量制御部１２に送るようになっている。チューブ１３は、シリコーンゴム、イソプレンゴム等の弾性体や、熱可塑性樹脂で形成されている。
【００１９】
注入量制御部１２は、ガラス、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ：ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ  ｃｈｌｏｒｉｄｅ）、セラミックス等の中空糸（オリフィス）で形成されている。注入量制御部１２は、一端がチューブ１３に接続されているとともに、他端がチューブ１４を介して外部器具に接続されるようになっている。
【００２０】
注入量制御部１２は、中空糸の穴径（例えば、数十マイクロメートル〜百マイクロメートル程度）と長さ（例えば、１．５センチ程度）とで管抵抗を設定することで、チューブ１３から送られてきた注入用流体Ｓ１の流量を制御可能に設けられている。すなわち、注入量制御部１２は、注入側貯留部１１から吐出された注入用流体Ｓ１の流量を制御することで、注入容器１０の注入量を制御している。これにより、注入容器１０は、例えば数週間〜数か月の期間にわたって、一定量の注入用流体Ｓ１を注入することができる。なお、電動ポンプを用いた場合には脈動が生じるが、弾性体で形成された注入側貯留部１１を用いることにより、無脈動で注入用流体Ｓ１を注入することができる。
【００２１】
チューブ１４は、注入量制御部１２と外部器具とを流体的に連通させており、注入量制御部１２から吐出された注入用流体Ｓ１を外部器具に送るようになっている。チューブ１４は、シリコーンゴム、イソプレンゴム等の弾性体や、熱可塑性樹脂で形成されている。
【００２２】
図１に戻って、一実施形態において、注入側貯留部１１ａは、注入用流体として、ＡＴＰを測定するための細胞溶解試薬を貯留している。また、注入側貯留部１１ｂ〜１１ｄのそれぞれは、注入用流体として、ＡＴＰを測定するための標準液１〜３を貯留している。また、注入側貯留部１１ｅは、注入用流体として、ＡＴＰを測定するための発光試薬を貯留している。
【００２３】
海水取り込み部２０は、処理部３０と流体的に連通された例えばチューブ等であり、海水を吸引するためのポンプ等は備えていない。
【００２４】
処理部３０は、注入容器１０、海水取り込み部２０および回収容器４０と流体的に連通され、注入容器１０から注入用流体が注入され、海水取り込み部２０から海水が取り込まれて、処理後流体を回収容器４０に吐出する。
【００２５】
処理部３０は、ルシフェリン−ルシフェラーゼ（Ｌ−Ｌ：Ｌｕｃｉｆｅｒｉｎ−Ｌｕｃｉｆｅｒａｓｅ）反応が可能な微細流路が形成されたマイクロ流体デバイス３１と、Ｌ−Ｌ反応を促進させる反応促進部３２と、Ｌ−Ｌ反応で発生した光を検出する光検出器３３とを含んでいる。マイクロ流体デバイス３１は、シリコン、シリコーンゴム、ガラス等の基板上に、半導体微細加工技術によってマイクロスケールの流路等が形成されたものである。
【００２６】
図３は、一実施形態に係るマイクロ流体デバイスを示す構成図である。図３において、マイクロ流体デバイス３１は、第１供給口３１ａと、第２供給口３１ｂと、細胞溶解部３１ｃと、第３供給口３１ｄと、Ｌ−Ｌ反応部３１ｅと、排出口３１ｆとを含んでいる。
【００２７】
第１供給口３１ａには、注入側貯留部１１ａ〜１１ｄのそれぞれに貯留された細胞溶解試薬および標準液１〜３が供給される。第２供給口３１ｂには、海水取り込み部２０から取り込まれた海水が供給される。細胞溶解部３１ｃでは、海水中の微生物の細胞が、細胞溶解試薬により溶解される。第３供給口３１ｄには、注入側貯留部１１ｅに貯留された発光試薬が供給される。Ｌ−Ｌ反応部３１ｅでは、Ｌ−Ｌ反応が起こり、海水中のＡＴＰ濃度に応じた発光が生じる。排出口３１ｆからは、処理後流体が排出される。
【００２８】
反応促進部３２は、図示しないヒータと温度センサとを含み、Ｌ−Ｌ反応部３１ｅを例えば摂氏２５度程度に保ってＬ−Ｌ反応を促進させる。光検出器３３は、例えば光電子倍増管（ＰＭＴ：ｐｈｏｔｏｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ  ｔｕｂｅ）であり、Ｌ−Ｌ反応で発生した光を電気信号に変換して出力する。ここで、反応促進部３２および光検出器３３の駆動には、バッテリが用いられるが、消費電力がポンプ駆動用の電力よりもずっと小さいので、流体処理システム１００の連続稼働に必要な電力を大幅に削減することができ、小型のバッテリで十分な電力を供給することができる。
【００２９】
図４は、一実施形態に係る回収容器を示す模式図である。図４において、回収容器４０は、保持部４１と、回収側貯留部４２と、回収量制御部４３と、チューブ４４と、チューブ４５とを含んでいる。保持部４１は、プラスチック等の非弾性体で形成され、処理後流体を保持する。
【００３０】
回収側貯留部４２は、少なくとも一部がシリコーンゴム、イソプレンゴム等の弾性体で楕円形状断面を有するように形成されている。回収側貯留部４２は、内部に回収用流体Ｓ２を貯留するようになっており、弾性力で収縮するときに、圧力Ｐ２が回収用流体Ｓ２に付与され、貯留された回収用流体Ｓ２をチューブ４４に吐出する。これにより、回収側貯留部４２は、保持部４１内に処理後流体を吸引する。回収側貯留部４２に貯留される回収用流体Ｓ２は、空気や水等、環境に影響を与えないものであればよい。
【００３１】
また、回収側貯留部４２は、処理後流体と接触する外面に、処理後流体により回収側貯留部４２が侵されないためのコーティングが施されているとともに、ガスバリア性を有している。
【００３２】
チューブ４４は、回収側貯留部４２と回収量制御部４３とを流体的に連通させており、図４に矢印Ｆ２で示すように、回収側貯留部４２から吐出された回収用流体Ｓ２を回収量制御部４３に送るようになっている。チューブ４４は、シリコーンゴム、イソプレンゴム等の弾性体や、熱可塑性樹脂で形成されている。
【００３３】
回収量制御部４３は、ガラス、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、セラミックス等の中空糸（オリフィス）で形成されている。回収量制御部４３は、一端がチューブ４４に接続されているとともに、他端がチューブ４５に接続されている。
【００３４】
回収量制御部４３は、中空糸の穴径（例えば、数十マイクロメートル〜百マイクロメートル程度）と長さ（例えば、１．５センチ程度）とで管抵抗を設定することで、チューブ４４から送られてきた回収用流体Ｓ２の流量を制御可能に設けられている。すなわち、回収量制御部４３は、回収側貯留部４２から吐出された回収用流体Ｓ２の流量を制御することで、回収容器４０の回収量を制御している。これにより、回収容器４０は、例えば数週間〜数か月の期間にわたって、一定量の処理後流体を回収することができる。なお、電動ポンプを用いた場合には脈動が生じるが、弾性体で形成された回収側貯留部４２を用いることにより、無脈動で処理後流体を回収することができる。
【００３５】
チューブ４５は、回収量制御部４３と流体処理システム１００の外部とを流体的に連通させており、回収量制御部４３から吐出された回収用流体Ｓ２を流体処理システム１００の外部に排出するようになっている。チューブ４５は、シリコーンゴム、イソプレンゴム等の弾性体や、熱可塑性樹脂で形成されている。
【００３６】
ここで、回収容器４０の回収量は、注入容器１０の注入量よりも高くなるように設定されている。具体的には、例えば回収容器４０の回収量が３００マイクロリットル／分であるのに対して、注入容器１０の注入量が２００マイクロリットル／分に設定されている。なお、注入容器１０の注入量の内訳は、例えば注入側貯留部１１ａ〜１１ｄの注入量が１００マイクロリットル／分で、注入側貯留部１１ｅの注入量が１００マイクロリットル／分である。
【００３７】
これにより、回収容器４０の回収量と注入容器１０の注入量との差に応じて、海水取り込み部２０から、１００マイクロリットル／分の流量で海水が流体処理システム１００に取り込まれる。
【００３８】
続いて、一実施形態に係る流体処理システムの動作について説明する。まず、流体処理システム１００が海水中に投入されると、回収容器４０の回収量と注入容器１０の注入量との差に応じて、海水取り込み部２０から、一定の流量で海水が流体処理システム１００に取り込まれる。
【００３９】
続いて、マイクロ流体デバイス３１において、注入側貯留部１１ａ〜１１ｄのそれぞれに貯留された細胞溶解試薬および標準液１〜３と海水取り込み部２０から取り込まれた海水とが混合され、細胞溶解部３１ｃで、海水中の微生物の細胞が、細胞溶解試薬により溶解される。
【００４０】
次に、海水中の微生物の細胞が溶解された流体と、注入側貯留部１１ｅに貯留された発光試薬とが混合され、Ｌ−Ｌ反応部３１ｅで、Ｌ−Ｌ反応が起こり、海水中のＡＴＰ濃度に応じた発光が生じる。Ｌ−Ｌ反応で発生した光は、光検出器３３で検出され、光検出器３３により電気信号に変換されて出力される。Ｌ−Ｌ反応後の流体は、回収容器４０に回収される。
【００４１】
以上のように、一実施形態に係る流体処理システムによれば、注入容器は、少なくとも一部が弾性体で形成されて、収縮することで貯留された注入用流体を吐出する注入側貯留部と、注入用流体の流量を制御することで、注入容器の注入量を制御する注入量制御部と、を含み、回収容器は、処理後流体を保持する保持部と、保持部内に設けられ、少なくとも一部が弾性体で形成されて、収縮することで貯留された回収用流体を吐出し、保持部内に処理後流体を吸引する回収側貯留部と、回収用流体の流量を制御することで、回収容器の回収量を制御する回収量制御部と、を含み、回収容器の回収量は、注入容器の注入量よりも高くなるように設定され、外部流体は、回収容器の回収量と注入容器の注入量との差に応じて、流体処理システムに取り込まれる。そのため、ポンプ駆動用の電力を確保することができない状況であっても、流体を注入することができ、流体処理システムを使用することができる。また、超低消費電力かつコンタミネーションのない流体処理システムを実現することができる。
【００４２】
なお、上述した一実施形態に係る流体処理システムにおいて、注入容器１０をマイクロ流体デバイス３１と一体化させてもよい。図５は、一実施形態に係る注入容器およびマイクロ流体デバイスを示す模式図である。図５において、シリコーンゴム基板で形成されたマイクロ流体デバイス３１上に、注入側貯留部１１ａ、１１ｂと、注入量制御部１２ａ、１２ｂとが一体的に形成されている。これにより、注入容器１０とマイクロ流体デバイス３１とを接続する際の汚染等を防止することができる。
【００４３】
また、図１に示した注入側貯留部１１ａ〜１１ｅに、ＡＴＰを測定するための細胞溶解試薬、発光試薬および標準液を、あらかじめ注入用流体として貯留した状態で、マイクロ流体デバイス３１と一体化させることにより、ＡＴＰ測定キットを構成してもよい。
【００４４】
また、上述した一実施形態では、流体処理システムを用いて微生物由来のアデノシン三リン酸を測定する場合を例に挙げて説明した。しかしながら、これに限定されず、注入容器から注入された注入用流体と、流体処理システム外部から取り込まれた外部流体とに対して所定の処理を行う処理部を備えた流体処理システムであれば、海中環境、地球外環境、深部地下、生体内等における各種分析、印刷分野、医療分野、飼育用餌の供給等のペット分野等に、本発明の一実施形態に係る流体処理システムを適用することができる。
【００４５】
また、上述した一実施形態では、注入容器１０と回収容器４０とを備えた流体処理システム１００を例に挙げて説明した。しかしながら、これに限定されず、注入側貯留部１１と注入量制御部１２との組を複数備えた注入容器１０を単体で用いて、処理部３０に注入用流体を注入してもよい。また、保持部４１と、回収側貯留部４２と、回収量制御部４３とを備えた回収容器４０を単体で用いて、処理部３０で処理された処理後流体を回収してもよい。
【００４６】
また、上述した一実施形態では、注入側貯留部１１が、楕円形状断面を有すると説明したが、これに限定されず、注入側貯留部は、少なくとも一部が弾性体であれば、蛇腹形状等、他の形状を有していてもよい。
【符号の説明】
【００４７】
１０…注入容器
１１、１１ａ〜１１ｅ…注入側貯留部
１２、１２ａ〜１２ｅ…注入量制御部
１３…チューブ
１４…チューブ
２０…海水取り込み部
３０…処理部
３１…マイクロ流体デバイス
３１ａ…第１供給口
３１ｂ…第２供給口
３１ｃ…細胞溶解部
３１ｄ…第３供給口
３１ｅ…反応部
３１ｆ…排出口
３２…反応促進部
３３…光検出器
４０…回収容器
４１…保持部
４２…回収側貯留部
４３…回収量制御部
４４…チューブ
４５…チューブ
１００…流体処理システム
【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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【国際調査報告】
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2019156112.tif 000009
2019156112.tif 000010
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