特開 2023-148339 カートリッジおよび液体取扱システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023148339

(43)【公開日】2023-10-13

(54)【発明の名称】カートリッジおよび液体取扱システム

(51)【国際特許分類】

   G01N 35/08 20060101AFI20231005BHJP

   G01N 37/00 20060101ALI20231005BHJP

   B01J 19/00 20060101ALN20231005BHJP

【ＦＩ】

G01N35/08 A

G01N37/00 101

B01J19/00 321

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022056294

(22)【出願日】2022-03-30

(71)【出願人】

【識別番号】000208765

【氏名又は名称】株式会社エンプラス

(74)【代理人】

【識別番号】110002952

【氏名又は名称】弁理士法人鷲田国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】砂永 伸也

【テーマコード（参考）】

2G058

4G075

【Ｆターム（参考）】

2G058CE01

2G058EC03

4G075AA13

4G075AA39

4G075BB10

4G075DA02

4G075EA02

4G075EB50

4G075FA01

4G075FA08

4G075FC17

(57)【要約】

【課題】取り外し可能に構成されたカートリッジを提供すること。
【解決手段】本発明のカートリッジは、流路チップに液体を供給するためのカートリッジであって、液体収容部と、前記液体収容部に収容された液体を通すための弾性を有する連通管と、を有する本体と、前記連通管を閉塞状態と開放状態とに切り替えるために前記連通管への押圧状態を切り替え可能に構成された押圧部材と、を有する。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

流路チップに液体を供給するためのカートリッジであって、
液体収容部と、前記液体収容部に収容された液体を通すための弾性を有する連通管と、を有する本体と、
前記連通管を閉塞状態と開放状態とに切り替えるために前記連通管への押圧状態を切り替え可能に構成された押圧部材と、
を有する、カートリッジ。

【請求項2】

前記押圧部材は、前記連通管を閉塞状態とするときに前記連通管を挟み込む第１押圧部と、前記連通管を開放状態とするときに前記連通管を挟み込む第２押圧部と、を有し、
前記第１押圧部の間隔は、前記第２押圧部の間隔より小さい、
請求項１に記載のカートリッジ。

【請求項3】

前記押圧部材は、前記本体および前記押圧部材を相対的に移動させることで、前記連通管が前記第１押圧部内に位置する状態と、前記連通管が前記第２押圧部内に位置する状態とを切り替えられるように構成されている、請求項２に記載のカートリッジ。

【請求項4】

前記液体収容部および前記連通管は、弾性材料の一体成形品である、請求項１～３のいずれか一項に記載のカートリッジ。

【請求項5】

前記押圧部材は、前記カートリッジの前記連通管が接続される流路チップ、前記流路チップを収容するためのチップホルダー、または前記流路チップもしくは前記チップホルダーを支持するための液体取扱装置の第２係合部に係合するための第１係合部をさらに有する、請求項１～４のいずれか一項に記載のカートリッジ。

【請求項6】

前記第１係合部は、前記押圧部材が前記連通管を閉塞状態にしたときに前記第２係合部に係合せず、前記押圧部材が前記連通管を開放状態にしたときに前記第２係合部に係合する、請求項５に記載のカートリッジ。

【請求項7】

請求項１～６のいずれか一項に記載のカートリッジと、
前記カートリッジの連通管と接続される流路チップと、
前記流路チップを収容するチップホルダーと、
を有する、流体取扱システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、カートリッジおよび液体取扱システムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、細胞や、タンパク質、核酸などの分析を行うために、マイクロウェルプレートや流路チップなどが使用されている。マイクロウェルプレートおよび流路チップは、分析に必要な試薬および試料の量が少なくてよいという利点を有しており、臨床検査や食物検査、環境検査などの様々な用途での使用が期待されている。

【0003】

たとば、特許文献１には、サンプルを収容するサンプル容器と、上記サンプル容器を収容するサンプル容器収容部と、上記サンプル容器収容部に収容されたサンプル容器に接続されるサンプル流路と、を有する反応容器が開示されている。上記サンプル容器は、その表面に複数の係止溝を有し、上記サンプル容器収容部は、複数の係止ツメを有している。上記係止ツメを上記係止溝に係合させることにより、サンプル容器は所定の位置でサンプル容器収容部に保持される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】国際公開第２００９／０７２３３２号

【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、特許文献１に記載の反応容器（カートリッジ）では、サンプル容器収容部からサンプル容器を取り外すことは想定していない。

【0006】

本発明の目的は、取り外し可能に構成されたカートリッジを提供することである。また、本発明の目的は、当該カートリッジを有する液体取扱システムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明のカートリッジは、流路チップに液体を供給するためのカートリッジであって、液体収容部と、前記液体収容部に収容された液体を通すための弾性を有する連通管と、を有する本体と、前記連通管を閉塞状態と開放状態とに切り替えるために前記連通管への押圧状態を切り替え可能に構成された押圧部材と、を有する。

【0008】

本発明の液体取扱システムは、上記のカートリッジと、前記カートリッジの連通管と接続される流路チップと、前記流路チップを収容するチップホルダーと、を有する。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、取り外し可能に構成されたカートリッジを提供することができる。また、本発明によれば、当該カートリッジを有する液体取扱システムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１Ａは、本発明の実施の形態に係る液体取扱システムの平面図であり、図１Ｂは、図１ＡのＢ－Ｂ線に沿う断面模式図である。

【図2】図２Ａは、本体の斜視図であり、図２Ｂは、正面図であり、図２Ｃは、平面図であり、図２Ｄは、底面図であり、図２Ｅは、側面図である。

【図3】図３Ａは、押圧部材の斜視図であり、図３Ｂは、正面図であり、図３Ｃは、平面図であり、図３Ｄは、底面図であり、図３Ｅは、側面図である。

【図4】図４Ａは、流路チップおよびロータリー部材の断面図であり、図４Ｂは、流路チップの底面図である。

【図5】図５Ａ、Ｂは、流体取扱システムの動作を示す図である。

【図6】図６Ａは、閉塞状態を示す断面図であり、図６Ｂは、開放状態を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の一実施の形態に係る液体取扱システム１００について説明する。

【0012】

（流体取扱システムの構成）
図１Ａは、液体取扱システム１００の平面図である。図１Ｂは、図１ＡのＢ－Ｂ線の液体取扱システム１００の断面図である。

【0013】

図１Ａ、Ｂに示されるように、液体取扱システム１００は、流路チップ２００と、流路チップ２００を収容するためのチップホルダー１４０と、流路チップ２００に導入する液体を収容したカートリッジ１１０と、チップホルダー１４０を支持するとともに、チップホルダー１４０に収容された流路チップ２００内の液体の流れを制御するための液体取扱装置１５０とを有する。カートリッジ１１０は、流路チップ２００に導入する液体を収容した本体１２０と、押圧部材１３０とを有する。液体取扱装置１５０は、チップホルダー１４０に収容された流路チップ２００のメンブレンバルブのダイヤフラムを押圧するための第１ロータリー部材１５１と、メンブレンポンプのダイヤフラムを押圧するための第２ロータリー部材１５２とを有する。

【0014】

なお、図１Ｂでは、液体取扱システム１００の構成をわかりやすくするために、一部の構成要素を省略しており、かつ流路チップ２００とロータリー部材（第１ロータリー部材１５１および第２ロータリー部材１５２）とを離して図示している。

【0015】

本体１２０に収容された液体は、チップホルダー１４０に保持された流路チップ２００に導入される。この液体の導入は、本体１２０と流路チップ２００との間に配置された押圧部材１３０の押圧によって制御される。流路チップ２００に導入された液体の移動は、ロータリー部材の回転によって制御される。ロータリー部材の回転によって、流路チップ２００内で制御された液体に対して種々の操作がなされる。

【0016】

（チップホルダーの構成）
チップホルダー１４０は、後述する流路チップ２００を収容し、液体取扱装置１５０の所定の位置に配置される。

【0017】

チップホルダー１４０は、その天面に、本体１２０の連通管１２２を挿入するための貫通孔を有する。

【0018】

また、チップホルダー１４０は、流路チップ２００を保持したときに、流路チップ２００の底面に第１ロータリー部材１５１および第２ロータリー部材１５２が接触できるように構成されている。

【0019】

（カートリッジの構成）
前述のとおり、カートリッジ１１０は、本体１２０と押圧部材１３０とを有する。

【0020】

図２Ａは、本体１２０の斜視図である。図２Ｂは、本体１２０の正面図である。図２Ｃは、本体１２０の平面図である。図２Ｄは、本体１２０の底面図である。図２Ｅは、本体１２０の側面図である。

【0021】

本体１２０は、液体収容部１２１と、連通管１２２とを有する。カートリッジ１１０は、液体取扱システム１００において、流路チップ２００の上に配置され、流路チップ２００に液体を供給する。

【0022】

液体収容部１２１は液体を収容可能に構成されていれば特に制限されない。本実施の形態において、液体収容部１２１は略直方体形状であり、複数ある。

【0023】

連通管１２２は液体収容部１２１に開口し、液体収容部１２１内の液体の通り道となる。連通管１２２はカートリッジの底部から下に延びる管である。連通管１２２は弾性を有する。連通管１２２が弾性を有することで、後述の押圧部材１３０によって押圧されたときに撓んで、連通管１２２が閉塞される。本実施の形態においては、本体１２０が弾性を有する材料で一体成形されていることで、連通管１２２も弾性を有する。連通管１２２の数は、液体収容部１２１の数に応じて複数ある。なお、液体収容部１２１の配置は、流路チップ２００の導入口となるウェル２３０の配置に合わせて適宜設定されればよい。

【0024】

図３Ａは、押圧部材１３０の斜視図である。図３Ｂは、押圧部材１３０の正面図である。図３Ｃは、押圧部材１３０の平面図である。図３Ｄは、押圧部材１３０の底面図である。図３Ｅは、押圧部材１３０の側面図である。

【0025】

押圧部材１３０は、第１押圧部１３１と、第２押圧部１３２と、つまみ１３３と、第１係合部１３４と、第３係合部１３６とを有する。

【0026】

本実施の形態において、押圧部材１３０の第１押圧部１３１および第２押圧部１３２は、連通管１２２を挟み込むことが可能なように構成されている。第１押圧部１３１の間隔は、図３Ｃに示されるように、第２押圧部１３２の間隔より小さい。これにより、連通管１２２が第１押圧部１３１に挟み込まれているときは、連通管が閉塞状態となる。一方、連通管１２２が第２押圧部１３２に挟み込まれているときは、連通管は開放状態となる。具体的には、閉塞状態のときは、弾性を有する連通管１２２が第１押圧部１３１によって押しつぶされて変形することで連通管１２２が閉塞状態となる。また、本実施の形態において、開放状態のときも閉塞状態のときも、連通管１２２を、流路チップ２００の導入口（ウェル２３０）上に位置させることが可能である。すなわち、流路チップ２００に対する本体１２０の位置を変えずに、開放状態と閉塞状態とを切り替え可能とすることができる。

【0027】

上記の様に、本実施の形態において、押圧部材１３０は連通管１２２を閉塞状態と開放状態とに切り替えるために連通管への押圧状体を切り替え可能に構成されている。本実施の形態においては、第１押圧部１３１と第２押圧部１３２とが並んで配置され、１つの貫通孔（スリット）の内壁を構成していることで切り替え可能になっている。より具体的には、本実施の形態のおいては、１つの第２押圧部と１つの第１押圧部との対が５つあり、これらの対が一列に配置される。結果として、これらが細長い１つの貫通孔（スリット）を構成している。なお、上記では、第１押圧部１３１および第２押圧部１３２が貫通孔（スリット）として形成される例を説明したが、第１押圧部１３１および第２押圧部１３２は、切り欠き（スリットの長手方向の一端が外部に開放されている構造）として形成されていてもよい。

【0028】

押圧部材１３０は、連通管１２２を第１押圧部１３１で押圧したときに閉塞できる程度の剛性を有する材料で構成されることが好ましく、連通管１２２を構成する材料よりも硬い材料であることが好ましい。

【0029】

つまみ１３３は、閉塞状態と開放状態とを切り替えるように本体１２０に対して押圧部材１３０を移動させるときに用いられる。本実施の形態において、つまみ１３３は、図３Ｃに示されるように、第１押圧部１３１および第２押圧部１３２が並んでいる方向に垂直な方向に延びる凸部である。

【0030】

第１係合部１３４は、カートリッジ１１０以外の部材に配置された第２係合部１３５に係合してカートリッジ１１０を固定させるためのものである。本実施の形態において、第１係合部１３４は、押圧部材１３０の底部から突出している構造物である。また、本実施の形態において、第１係合部１３４はツメを有し、平坦な構造である第２係合部１３５に係合する。第１係合部１３４が係合する場所、すなわち、第２係合部１３５の場所は、第１係合部１３４が係合できる限り特に制限されない。第２係合部１３５は、例えば、流路チップ２００、チップホルダー１４０、または液体取扱装置１５０に配置されていればよい。本実施の形態においては、図１Ｂに示されるように、第２係合部１３５は、流路チップ２００を覆うチップホルダー１４０の上蓋の底面に配置されており、連通管１２２が開放状態のときは、第１係合部１３４がこれに係合している。

【0031】

また、本実施の形態において、第１係合部１３４は、図３Ｃに示されるように、第１押圧部１３１および第２押圧部１３２が並んでいる方向に垂直な方向の押圧部材１３０の両端に１つずつ配置されており、１対である。

【0032】

なお、上記では、第１係合部１３４がツメを有し、第２係合部１３５が平坦である場合を説明したが、この関係は逆でもよい。すなわち、第１係合部１３４が平坦であり、第２係合部１３５がツメを有していてもよい。この場合も、第２係合部１３５は、例えば、流路チップ２００、チップホルダー１４０、または液体取扱装置１５０に配置されていればよい。

【0033】

また、第１係合部１３４および第２係合部１３５の形状は、上記のツメと平坦な構造とに限定されず係合できればよい。係合できる形状は、公知の係合構造から適宜選択されればよい。

【0034】

第３係合部１３６は、本体１２０に配置された第４係合部１３７に係合し、押圧部材１３０から本体１２０が外れることを防ぐためのものである。本実施の形態において、第３係合部１３６は、押圧部材１３０の天面から突出している構造物である。また、本実施の形態において、第３係合部１３６はツメを有し、平坦な第４係合部１３７に係合する。

【0035】

（流路チップの構成）
図４Ａは、流路チップ２００およびロータリー部材の構成を示す断面図である。図４Ｂは、流路チップ２００の底面図である。図４Ａは、図４ＢにおけるＡ－Ａ線の断面図である。

【0036】

第１ロータリー部材１５１は図示しない外部の駆動機構により第１中心軸ＣＡ１を中心に回転させられる。第２ロータリー部材１５２は、図示しない外部の駆動機構により第２中心軸ＣＡ２を中心に回転させられる。流路チップ２００は、基板２１０およびフィルム２２０を有し、フィルム２２０が第１ロータリー部材１５１および第２ロータリー部材１５２に接触するように設置される。なお、図２Ａでは、構成をわかりやすくするために、各構成要素を離して図示している。

【0037】

前述のとおり、流路チップ２００は、基板２１０およびフィルム２２０を有する（図４Ａ参照）。基板２１０には、流路２３３となるための溝２３４、円弧状のロータリーメンブレンポンプ２４０となるための円弧状の溝２４１、ロータリーメンブレンバルブ２５０が配置される円弧状の溝２５１、および導入口または取出口（ウェル２３０）となる貫通孔２３１が形成されている。

【0038】

フィルム２２０は、基板２１０に形成された溝２３４、２４１、２５１および貫通孔２３１の開口部を塞ぐように基板２１０の一方の面に接合されている。フィルム２２０により塞がれた基板２１０の溝２３４は、試薬や液体試料、洗浄液、気体、紛体などの流体を流すための流路２３３となる。また、フィルム２２０により塞がれた円弧状の溝２４１は、流体を移動させるためのロータリーメンブレンポンプ２４０となる。また、フィルム２２０により塞がれた円弧状の溝２５１には、ロータリーメンブレンバルブ２５０が配置される放射状にのびる溝が接続される。なお、円弧状の溝２４１を塞いだフィルム２２０は、ロータリーメンブレンポンプ２４０のダイヤフラムとして機能する。また、フィルム２２０により塞がれた貫通孔２３１はウェル２３０となる。なお、ウェル２３０は、流体を導入するための導入口、または流体を取り出すための取り出し口として使用される。導入口となるウェル２３０に上述の本体１２０の連通管１２２が連通して液体が導入される。

【0039】

（動作）
図５Ａ、Ｂは、液体取扱システム１００の動作を示す。図５Ａは、連通管１２２が閉塞状態のときを示し、図５Ｂは、開放状態のときを示す。なお、図５Ａ、Ｂにおいて、流路チップ２００は省略している。また、図６Ａは、図５ＡのＡ－Ａ線の断面図であり、図６Ｂは、図５ＢのＢ－Ｂ線の断面図である。

【0040】

具体的には、図５Ａの左図および図６Ａは、連通管１２２が第１押圧部１３１によって挟み込まれて閉塞している状態を示す。また、図５Ａの右図は、このときの本体１２０およびチップホルダー１４０に対する押圧部材１３０の位置を示している。

【0041】

同様に、図５Ｂの左図および図６Ｂは、連通管１２２が第２押圧部１３２内において開放されている状態を示す。また、図５Ｂの右図は、このときの本体１２０およびチップホルダー１４０に対する押圧部材１３０の位置を示している。図５Ａの押圧状態と、図５Ｂの押圧状態とは切り替え可能である。

【0042】

図５Ａに示されているように、連通管１２２が閉塞状態のときは、第１係合部１３４は第２係合部１３５に係合していない。したがって、閉塞状態のときは、カートリッジ１１０をチップホルダー１４０および流路チップ２００から着脱することができる。また、閉塞状態のときは、液体収容部１２１内の液体が連通管１２２から漏れ出さないので、カートリッジ１１０を取り扱いやすく、カートリッジ１１０を装着したり、取り外したりしやすい。

【0043】

図５Ａに示されているようにカートリッジ１１０をチップホルダー１４０に収容された流路チップ２００に装着した状態で、図５Ｂに示されているように本体１２０およびチップホルダー１４０に対して押圧部材１３０を相対的に移動させる。より具体的には、押圧部材１３０を、流路チップ２００に固定された本体１２０に対して第１押圧部１３１および第２押圧部１３２が並ぶ方向（図５Ｂにおいて右方向）にスライドさせる。これにより、第１係合部１３４は第２係合部１３５に係合し、カートリッジ１１０がチップホルダー１４０および流路チップ２００に対して固定される。また、連通管１２２が第２押圧部１３２内に移動し、開放される。結果として、液体収容部１２１内の液体が連通管１２２を介して流路チップ２００に導入可能な状態となる。

【0044】

なお、本体１２０に対して押圧部材１３０を相対的に移動させる方法はこれに限定されない。他の例としては、押圧部材１３０が固定されており、本体１２０を移動させてもよい。また、押圧部材１３０および本体１２０の両方を移動させてもよい。

【0045】

（効果）
本発明の実施の形態に係るカートリッジ１１０によれば、流路チップ２００に液体を供給するための連通管１２２を閉塞状態と開放状態とに切り替え可能である。また、閉塞状態と開放状態とに切り替えるのに伴って、カートリッジ１１０をチップホルダー１４０（流路チップ２００）に対して固定されていない状態（着脱可能な状態）と、固定されている状態とに切り替え可能である。

【産業上の利用可能性】

【0046】

本発明に係るカートリッジおよび液体取扱システムは、臨床検査や食物検査、環境検査などの様々な用途に有用である。

【符号の説明】

【0047】

１００ 液体取扱システム
１１０ カートリッジ
１２０ 本体
１２１ 液体収容部
１２２ 連通管
１３０ 押圧部材
１３１ 第１押圧部
１３２ 第２押圧部
１３３ つまみ
１３４ 第１係合部
１３５ 第２係合部
１３６ 第３係合部
１３７ 第４係合部
１４０ チップホルダー
１５０ 液体取扱装置
１５１ 第１ロータリー部材
１５２ 第２ロータリー部材
２００ 流路チップ
２１０ 基板
２２０ フィルム
２３０ ウェル
２３１ 貫通孔
２３３ 流路
２３４、２４１、２５１ 溝
２４０ ロータリーメンブレンポンプ
２５０ ロータリーメンブレンバルブ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】