特開 2023-74796 試料混合装置

(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】P2023074796

(43)【公開日】2023-05-30

(54)【発明の名称】試料混合装置

(51)【国際特許分類】

   B01F 23/40 20220101AFI20230523BHJP

   B01F 25/40 20220101ALI20230523BHJP

   B01J 19/00 20060101ALI20230523BHJP

   B81B 1/00 20060101ALI20230523BHJP

【ＦＩ】

B01F3/08 Z

B01F5/00 D

B01J19/00 321

B81B1/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021187927

(22)【出願日】2021-11-18

(71)【出願人】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100109210

【弁理士】

【氏名又は名称】新居 広守

(74)【代理人】

【識別番号】100137235

【弁理士】

【氏名又は名称】寺谷 英作

(74)【代理人】

【識別番号】100131417

【弁理士】

【氏名又は名称】道坂 伸一

(72)【発明者】

【氏名】上原 聡司

【テーマコード（参考）】

3C081

4G035

4G075

【Ｆターム（参考）】

3C081AA18

3C081BA09

3C081BA23

3C081BA24

3C081CA31

3C081CA40

3C081DA21

3C081EA37

4G035AB37

4G035AC12

4G035AE13

4G075AA13

4G075AA39

4G075BB05

4G075BD03

4G075BD15

4G075DA02

4G075EA01

4G075EB21

4G075EB50

(57)【要約】

【課題】流れ方向において互いに分離した複数の溶液を混合しやすくすること。
【解決手段】試料混合装置１００は、流入部１１と、分岐部１２と、複数の分岐路１３と、合流部１４と、合流路１５と、を備える。流入部１１には、流れ方向において互いに分離した複数の溶液を含む試料２が流入する。分岐部１２では、流入部１１から流出した試料２が分岐する。複数の分岐路１３には、分岐部１２で分岐した試料２が流れる。合流部１４では、複数の分岐路１３から流出した試料２が合流する。合流路１５では、合流部１４で合流した試料２が流れる。複数の分岐路１３は、いずれも全体として流体抵抗が同じとなるように構成されている。複数の分岐路１３の各々は、始端から終端にかけて流体抵抗が変化するように構成されており、流体抵抗の変化が互いに異なる。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

流れ方向において互いに分離した複数の溶液を含む試料が流入する流入部と、
前記流入部から流出した前記試料が分岐する分岐部と、
前記分岐部で分岐した前記試料が流れる複数の分岐路と、
前記複数の分岐路から流出した前記試料が合流する合流部と、
前記合流部で合流した前記試料が流れる合流路と、を備え、
前記複数の分岐路は、いずれも全体として流体抵抗が同じとなるように構成されており、
前記複数の分岐路の各々は、始端から終端にかけて前記流体抵抗が変化するように構成されており、前記流体抵抗の変化が互いに異なる、
試料混合装置。

【請求項2】

前記複数の分岐路の各々は、管径が互いに異なる複数の管により構成されている、
請求項１に記載の試料混合装置。

【請求項3】

前記複数の分岐路は、それぞれ前記複数の溶液が分離して流れるように構成されている、
請求項１又は２に記載の試料混合装置。

【請求項4】

前記試料に対して加圧する、又は前記合流路の終端を陰圧とすることにより、前記試料を駆動する駆動部を更に備える、
請求項１～３のいずれか１項に記載の試料混合装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、試料において互いに分離した状態で存在する複数の溶液を混合するための試料混合装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、微量流体の混合及び攪拌を行う衝突型マイクロミキサーが開示されている。この衝突型マイクロミキサーは、第１の流入流路と、第２の流入流路と、流出流路と、を備える。第１の流入流路と第２の流入流路とは、互いに対向又は交差する方向に延在し、それらの衝突点又は交差点で合流する。流出流路は、第１の流入流路と第２の流入流路とが合流した点から第１の流入流路及び第２の流入流路の両方と交差する方向に延在している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００８－２４６２８３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載の技術では、互いに異なる２つの容器にそれぞれ収容された２種類の溶液を、一方の溶液を第１の流入流路に流入し、他方の溶液を第２の流入流路に流入することで混合することは可能である。しかしながら、特許文献１に記載の技術では、１つの容器に収容されている２種類の溶液であって、流れ方向において互いに分離している２種類の溶液を混合することが難しい、という課題がある。

【0005】

本開示は、流れ方向において互いに分離した複数の溶液を混合しやすくすることのできる試料混合装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一態様に係る試料混合装置は、流入部と、分岐部と、複数の分岐路と、合流部と、合流路と、を備える。前記流入部は、流れ方向において互いに分離した複数の溶液を含む試料が流入する。前記分岐部は、前記流入部から流出した前記試料が分岐する。前記複数の分岐路は、前記分岐部で分岐した前記試料が流れる。前記合流部は、前記複数の分岐路から流出した前記試料が合流する。前記合流路は、前記合流部で合流した前記試料が流れる。前記複数の分岐路は、いずれも全体として流体抵抗が同じとなるように構成されている。前記複数の分岐路の各々は、始端から終端にかけて前記流体抵抗が変化するように構成されており、前記流体抵抗の変化が互いに異なる。

【発明の効果】

【0007】

本開示の一態様に係る試料混合装置によれば、流れ方向において互いに分離した複数の溶液を混合しやすくすることができる、という利点がある。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、実施の形態に係る試料混合装置の概略構成を示す図である。

【図2】図２は、実施の形態に係る試料混合装置の動作についての説明図である。

【図3】図３は、実施の形態の変形例に係る試料混合装置の動作についての説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。

【0010】

なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的又は具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、請求の範囲を限定する主旨ではない。

【0011】

また、各図は、必ずしも厳密に図示したものではない。各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略又は簡略化する場合がある。

【0012】

また、以下において、平行及び垂直などの要素間の関係性を示す用語、及び、矩形状などの要素の形状を示す用語、並びに、数値範囲及び「同じ」という用語は、厳格な意味のみを表すのではなく、実質的に同等な範囲、例えば数％程度の差異をも含むことを意味する。

【0013】

（実施の形態）
まず、実施の形態に係る試料混合装置１００の構成について図１及び図２を参照しながら説明する。図１は、実施の形態に係る試料混合装置１００の概略構成を示す図である。図２は、実施の形態に係る試料混合装置１００の動作についての説明図である。実施の形態に係る試料混合装置１００は、マイクロメートルのスケールで構成されるマイクロミキサーであって、例えば適宜のマイクロマシニング技術により製造される。試料混合装置１００は、試料２（図２参照）に含まれる複数の溶液を混合するための装置である。

【0014】

試料２は、流れ方向（図１における上下方向）において互いに分離した複数の溶液を含んでいる。試料２は、流入部１１に接続された容器４に収容されている。図２に示す例では、試料２は、２種類の溶液（第１溶液２１及び第２溶液２２）を含んでいる。第１溶液２１及び第２溶液２２は、容器４の内部において、試料２の流れ方向において互いに分離している。第１溶液２１及び第２溶液２２は、界面において拡散することで僅かながら混合し得るが、マイクロリットル程度の微小容量であるため、表面張力の影響が大きくなること、及びレイノルズ数が小さく乱流遷移しにくいことに起因して、容器４の内部で放置された状態では混合することが難しい。特に、試料２に含まれる複数の溶液が比較的粘性が高い場合は、更に混合することが難しくなる。このような試料２は、例えば任意の溶液が満たされた容器４内に、当該溶液とは異なる種類の溶液を滴下することで、作成され得る。

【0015】

図１に示すように、試料混合装置１００は、流入部１１と、分岐部１２と、複数（ここでは、２つ）の分岐路１３と、合流部１４と、合流路１５と、流出部１６と、を備えている。なお、実施の形態では、流出部１６は試料混合装置１００の構成要素に含まれているが、試料混合装置１００の構成要素に含まれていなくてもよい。また、実施の形態では、各部を構成する管は、いずれも断面が円形状であるが、矩形状等の他の形状であってもよい。

【0016】

流入部１１は、直線状の管で構成されており、試料２が流入する部位である。実施の形態では、送液ポンプからなる駆動部３により試料２に対して加圧することで、試料２を駆動する。これにより、流入部１１に接続された容器４から試料２が流入部１１へと流入する。なお、駆動部３は、後述する合流路１５の終端に接続された流出部１６を陰圧とすることにより、試料２を駆動する構成であってもよい。

【0017】

分岐部１２は、逆Ｙ字状の管で構成されており、流入部１１から流出した試料２が分岐する部位である。実施の形態では、分岐部１２は、流入部１１から流出した試料２を２つの分岐路１３に分岐させる。また、実施の形態では、流入部１１を構成する管の管径と、分岐部１２を構成する管の管径とは、同じである。なお、分岐部１２は、流入部１１から流出した試料２が分岐する形状であればよく、例えば逆Ｙ字状の他に、逆Ｔ字状の管で構成されていてもよい。

【0018】

複数の分岐路１３は、分岐部１２で分岐した試料２が流れる部位である。実施の形態では、複数の分岐路１３は、２つの分岐路１３で構成されている。一方の分岐路１３は、管径Ｓ１ａ、長さＬ１ａの第１管１３１ａと、管径Ｓ１ｂ（＜Ｓ１ａ）、長さＬ１ｂ（＞Ｌ１ａ）の第２管１３１ｂとを直列に接続して構成されている。他方の分岐路１３は、管径Ｓ２ａ（≒Ｓ１ｂ）、長さＬ２ａ（≒Ｌ１ｂ）の第３管１３２ａと、管径Ｓ２ｂ（≒Ｓ１ａ）、長さＬ２ｂ（≒Ｌ１ａ）の第４管１３２ｂとを直列に接続して構成されている。つまり、実施の形態では、複数の分岐路１３は、管径が互いに異なる複数の管により構成されている。

【0019】

ここで、複数の分岐路１３は、いずれも全体として流体抵抗が同じとなるように構成されている。つまり、分岐部１２から複数の分岐路１３へと試料２が同時に流入し始めたとすると、試料２は、殆ど同時に複数の分岐路１３から合流部１４へと流入し始めることになる。

【0020】

また、複数の分岐路１３の各々は、始端から終端にかけて流体抵抗が変化するように構成されており、かつ、流体抵抗の変化が互いに異なるように構成されている。実施の形態では、２つの分岐路１３のうち一方の分岐路１３は、始端から終端にかけて、管径が大きい第１管１３１ａ、管径が小さい第２管１３１ｂの順に試料２が流れるように構成されている。つまり、一方の分岐路１３は、流体抵抗が小さい区間を試料２が流れ、その後、流体抵抗が大きい区間を試料２が流れるように構成されている。これに対して、他方の分岐路１３は、始端から終端にかけて、管径が小さい第３管１３２ａ、管径が大きい第４管１３２ｂの順に試料２が流れるように構成されている。つまり、他方の分岐路１３は、流体抵抗が大きい区間を試料２が流れ、その後、流体抵抗が小さい区間を試料２が流れるように構成されている。このように、一方の分岐路１３と他方の分岐路１３とでは、流体抵抗の変化が互いに異なっている。

【0021】

以下、２つの分岐路１３の具体的な寸法の一例について説明する。ここでは、試料２に含まれる第１溶液２１を一方の分岐路１３に、第２溶液２２を他方の分岐路１３に殆ど完全に分離させることを前提として説明する。この前提を満たすためには、一方の分岐路１３の第１管１３１ａの体積と第１溶液２１の体積とが略等しく、かつ、他方の分岐路１３の第４管１３２ｂの体積と第２溶液２２の体積とが略等しくなればよい。

【0022】

つまり、第１溶液２１の体積を「Ｖ１」、第２溶液２２の体積を「Ｖ２」として、以下の式を満たせばよい。

【0023】

【数1】

【0024】

例えば、第１溶液２１の体積Ｖ１＝５００μＬ、第２溶液２２の体積Ｖ２＝５００μＬである場合、一方の分岐路１３において、第１管１３１ａの管径Ｓ１ａ＝２ｍｍ、長さＬ１ａ＝１５０ｍｍとなり、第２管１３１ｂの管径Ｓ１ｂ＝０．５ｍｍ、長さＬ１ｂ＝２００ｍｍと設定される。また、他方の分岐路１３において、第３管１３２ａの管径Ｓ２ａ＝０．５ｍｍ、長さＬ２ａ＝２００ｍｍ、第４管１３２ｂの管径Ｓ２ｂ＝２ｍｍ、長さＬ２ｂ＝１５０ｍｍと設定される。

【0025】

このように、複数の溶液の各々の量が既知である場合、複数の溶液の各々の量に応じて各分岐路１３の寸法を適宜調整すればよい。なお、第１溶液２１及び第２溶液２２の粘性が互いに異なる場合は、これらの粘性を考慮して各分岐路１３の寸法を適宜調整すればよい。

【0026】

合流部１４は、Ｙ字状の管で構成されており、複数の分岐路１３から流出した試料２が合流する部位である。実施の形態では、合流部１４は、２つの分岐路１３から流出した試料２を合流させる。また、実施の形態では、合流部１４を構成する管の管径と、後述する合流路１５の管径とは、同じである。なお、合流部１４は、複数の分岐路１３から流出した試料２が合流する形状であればよく、例えばＹ字状の他に、Ｔ字状の管で構成されていてもよい。

【0027】

合流路１５は、直線状の管で構成されており、合流部１４で合流した試料２が流れる部位である。

【0028】

流出部１６は、合流路１５を流れる試料２を外部へ流出させる部位である。流出部１６には、例えば更に同径の管が接続されてもよいし、既存のマイクロミキサーが接続されてもよい。

【0029】

［動作］
以下、実施の形態に係る試料混合装置１００の動作について図２を参照しながら説明する。準備段階において、容器４には、第１溶液２１及び第２溶液２２を含む試料２と、バッファ２０と、が収容される。ここでは、試料２の流れ方向において下から順に、第１溶液２１、第２溶液２２が互いに分離した状態で容器４に収容されている。また、バッファ２０は、純水である。なお、バッファ２０は必須ではない。

【0030】

まず、図２の（ａ）に示すように、第１溶液２１が流入部１１へと流入し、分岐部１２へと流入する。ここで、他方の分岐路１３の第３管１３２ａは細く、その始端において表面張力による抵抗及び圧力損失（以下、単に「流体抵抗」という）が大きいため、図２の（ｂ）に示すように、第１溶液２１の第３管１３２ａへの流入はそれ程進行しない。これに対して、一方の分岐路１３の第１管１３１ａは太く、第３管１３２ａと比較して流体抵抗が小さいため、図２の（ｂ）に示すように、第１溶液２１の第１管１３１ａへの流入が進行する。

【0031】

なお、管内における圧力損失は、溶液の粘性に依存する。このため、分岐路１３の長さ方向において溶液と気体とが同時に存在している場合は、溶液による圧力損失が支配的となり、気体による圧力損失は殆ど無視することができる。

【0032】

第１溶液２１の第１管１３１ａへの流入が進み、第１溶液２１が第２管１３１ｂの始端に差し掛かると、当該始端における流体抵抗及び第２管１３１ｂの細さによる流体抵抗の大きさが、他方の分岐路１３を流れている溶液に対する流体抵抗よりも大きくなる。このため、第１溶液２１の一部及び第２溶液２２の第３管１３２ａ及び第４管１３２ｂへの流入に比べて、第１溶液２１の第２管１３１ｂへの流入はそれ程進行しない。

【0033】

その後、図２の（ｃ）に示すように、一方の分岐路１３における第１溶液２１の流入と、他方の分岐路１３における第１溶液２１の一部及び第２溶液２２の流入とが進む。

【0034】

そして、第１溶液２１が一方の分岐路１３の終端（合流部１４の始端）に差し掛かり、第１溶液２１の一部及び第２溶液２２が他方の分岐路１３の終端（合流部１４の始端）に差し掛かると、一方の分岐路１３の終端における流体抵抗と、他方の分岐路１３の終端における流体抵抗とが略同じとなる。このため、図２の（ｄ）に示すように、第１溶液２１の一方の分岐路１３から合流部１４への流入と、第１溶液２１の一部及び第２溶液２２の他方の分岐路１３から合流部１４への流入とが略同時に進行する。これにより、第１溶液２１及び第２溶液２２は、これらの界面が流れ方向に沿った界面となるように、合流路１５において合流する。

【0035】

上述のように、実施の形態に係る試料混合装置１００は、複数の溶液（ここでは、第１溶液２１及び第２溶液２２）を、流れ方向と直交する界面を有する状態から、流れ方向に沿った界面を有する状態へと変換することが可能である。このため、試料２が容器４に収容されている状態と比較して、界面の面積を大きくすることができるため、複数の溶液を拡散により混合しやすくなる。このように、実施の形態に係る試料混合装置１００では、流れ方向において互いに分離した複数の溶液を混合しやすくすることができる、という利点がある。また、複数の溶液が流入する合流路１５を構成する管を細くすれば、複数の溶液を界面近傍に集中させることができるので、複数の溶液を更に拡散により混合しやすくすることができる。

【0036】

なお、図２に示す例では、第１溶液２１が一方の分岐路１３に、第２溶液２２が他方の分岐路１３に殆ど完全に分離して流れているが、これに限られない。例えば、試料２に含まれる複数の溶液の各々の量が未知である場合、複数の溶液をそれぞれ複数の分岐路１３に殆ど完全に分離させることは難しい。このような場合でも、合流路１５において、複数の溶液の少なくとも一部は流れ方向に沿った界面を有する状態へと変換されるため、複数の溶液を混合しやすくなる効果が期待できる。

【0037】

また、流出部１６から回収した試料２を再び容器４に収容し、再度、試料混合装置１００を用いて試料２を混合させてもよい。この場合、試料混合装置１００による混合を繰り返すことで、更に試料２を混合しやすくなる効果か期待できる。

【0038】

［効果等］
以上のように、実施の形態に係る試料混合装置１００は、流入部１１と、分岐部１２と、複数の分岐路１３と、合流部１４と、合流路１５と、を備える。流入部１１には、流れ方向において互いに分離した複数の溶液を含む試料２が流入する。分岐部１２では、流入部１１から流出した試料２が分岐する。複数の分岐路１３には、分岐部１２で分岐した試料２が流れる。合流部１４では、複数の分岐路１３から流出した試料２が合流する。合流路１５では、合流部１４で合流した試料２が流れる。複数の分岐路１３は、いずれも全体として流体抵抗が同じとなるように構成されている。複数の分岐路１３の各々は、始端から終端にかけて流体抵抗が変化するように構成されており、流体抵抗の変化が互いに異なる。

【0039】

これによれば、複数の溶液を、流れ方向と直交する界面を有する状態から、流れ方向に沿った界面を有する状態へと変換することが可能である。このため、試料２が容器４に収容されている状態と比較して、界面の面積を大きくすることができるため、複数の溶液を拡散により混合しやすくなるので、流れ方向において互いに分離した複数の溶液を混合しやすくすることができる、という利点がある。

【0040】

また、これによれば、複数の溶液に対して超音波を与えたり、振動を与えたりする等のアクティブ型のマイクロミキサーではなく、単に流入部１１へ複数の溶液を流入するだけのパッシブ型のマイクロミキサーを実現することができる。このため、実施の形態に係る試料混合装置１００では、アクティブ型のマイクロミキサーのように複数の溶液を流入するタイミング等を制御する必要がない、という利点もある。

【0041】

また、実施の形態に係る試料混合装置１００では、複数の分岐路１３の各々は、管径が互いに異なる複数の管により構成されている。

【0042】

これによれば、管径を異ならせるだけで複数の分岐路１３の各々の流体抵抗を変化させることができるので、複数の分岐路１３の各々を設計しやすい、という利点がある。

【0043】

また、実施の形態に係る試料混合装置１００では、複数の分岐路１３は、それぞれ複数の溶液が分離して流れるように構成されている。

【0044】

これによれば、合流路１５において、分離された複数の溶液が合流することで、複数の溶液を混合しやすくなる、という利点がある。

【0045】

また、実施の形態に係る試料混合装置１００は、試料２に対して加圧する、又は合流路１５の終端を陰圧とすることにより、試料２を駆動する駆動部３を更に備える。

【0046】

これによれば、例えば重力による自然落下により試料２を流入部１１へ流入させる場合と比較して、試料２を流入部１１へと流入させやすい、という利点がある。

【0047】

（変形例）
以下、本開示の１つ又は複数の態様に係る試料混合装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、この実施の形態に限定されるものではない。本開示の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本開示の１つ又は複数の態様の範囲内に含まれてもよい。

【0048】

実施の形態に係る試料混合装置１００では、複数の分岐路１３は２つであるが、これに限られない。例えば、複数の分岐路１３は、３つ以上であってもよい。複数の分岐路１３の数は、試料２に含まれる溶液の種類の数以上であれば、試料２を混合する効率が向上しやすいため、好ましい。

【0049】

以下、３つの分岐路を有する試料混合装置１００Ａについて図３を参照して説明する。図３は、実施の形態の変形例に係る試料混合装置１００Ａの動作についての説明図である。以下では、変形例に係る試料混合装置１００Ａのうち実施の形態に係る試料混合装置１００と共通する構成については説明を省略する。

【0050】

図３に示すように、変形例に係る試料混合装置１００Ａは、分岐部１２、複数の分岐路１３、及び合流部１４の代わりに、分岐部１２Ａと、複数の分岐路１３Ａと、合流部１４Ａとを備えている点で、実施の形態に係る試料混合装置１００と相違する。また、変形例に係る試料混合装置１００Ａは、試料２の代わりに、試料２Ａを混合する点で、実施の形態に係る試料混合装置１００と相違する。

【0051】

試料２Ａは、３種類の溶液（第１溶液２１、第２溶液２２、及び第３溶液２３）を含んでいる。第１溶液２１、第２溶液２２、及び第３溶液２３は、容器４の内部において、試料２Ａの流れ方向において互いに分離している。

【0052】

分岐部１２Ａは、三又状の管で構成されており、流入部１１から流出した試料２Ａが分岐する部位である。この変形例では、分岐部１２Ａは、流入部１１から流出した試料２Ａを３つの分岐路１３Ａに分岐させる。また、この変形例では、流入部１１を構成する管の管径と、分岐部１２Ａを構成する管の管径とは、同じである。

【0053】

複数の分岐路１３Ａは、分岐部１２Ａで分岐した試料２Ａが流れる部位である。この変形例では、複数の分岐路１３Ａは、３つの分岐路１３Ａで構成されている。左側の分岐路１３Ａは、第１管１３１ａと、第２管１３１ｂとを直列に接続して構成されている。第１管１３１ａ及び第２管１３１ｂの管径は、それぞれ実施の形態に係る試料混合装置１００における第１管１３１ａ及び第２管１３１ｂの管径と同じである。

【0054】

中央の分岐路１３Ａは、第３管１３２ａと第４管１３２ｂとを直列に接続し、更に第５管１３２ｃを直列に接続して構成されている。第３管１３２ａ及び第４管１３２ｂの管径は、それぞれ実施の形態に係る試料混合装置１００における第３管１３２ａ及び第４管１３２ｂの管径と同じである。また、第５管１３２ｃの管径は、第３管１３２ａの管径と同じである。

【0055】

右側の分岐路１３Ａは、第６管１３３ａと第７管１３３ｂとを直列に接続して構成されている。第６管１３３ａの管径は、第２管１３１ｂの管径と同じである。また、第７管１３３ｂの管径は、第１管１３１ａの管径と同じである。

【0056】

この変形例においては、第１管１３１ａと第２管１３１ｂの長さの合計と、第３管１３２ａと第４管１３２ｂと第５管１３２ｃの長さの合計と、第６管１３３ａと第７管１３３ｂの長さの合計とがいずれも同じになるように、各管の長さが調整されている。また、複数の分岐路１３Ａは、いずれも全体として流体抵抗が同じとなるように構成されている。つまり、分岐部１２Ａから複数の分岐路１３Ａへと試料２Ａが同時に流入し始めたとすると、試料２Ａは、殆ど同時に複数の分岐路１３Ａから合流部１４Ａへと流入し始めることになる。

【0057】

合流部１４Ａは、三又状の管で構成されており、複数の分岐路１３Ａから流出した試料２Ａが合流する部位である。この変形例では、合流部１４Ａは、３つの分岐路１３Ａから流出した試料２Ａを合流させる。また、この変形例では、合流部１４Ａを構成する管の管径と、合流路１５の管径とは同じである。

【0058】

次に、変形例に係る試料混合装置１００Ａの動作について説明する。準備段階において、容器４には、試料２Ａと、バッファ２０と、が収容される。ここでは、試料２Ａの流れ方向において下から順に、第１溶液２１、第２溶液２２、及び第３溶液２３が互いに分離した状態で容器４に収容されている。また、バッファ２０は、純水である。なお、バッファ２０は必須ではない。

【0059】

まず、図３の（ａ）の状態において、第１溶液２１が流入部１１へと流入し、分岐部１２Ａへと流入する。ここで、中央の分岐路１３Ａの第３管１３２ａ、及び右側の分岐路１３Ａの第６管１３３ａは細く、始端において流体抵抗が大きいため、図３の（ｂ）に示すように、第１溶液２１の第３管１３２ａ及び第６管１３３ａへの流入はそれ程進行しない。これに対して、左側の分岐路１３Ａの第１管１３１ａは太く、第３管１３２ａ及び第６管１３３ａと比較して流体抵抗が小さいため、図３の（ｂ）に示すように、第１溶液２１の第１管１３１ａへの流入が進行する。

【0060】

第１溶液２１の第１管１３１ａへの流入が進み、第１溶液２１が第２管１３１ｂの始端に差し掛かると、当該始端における流体抵抗と、他の２つの分岐路１３Ａの第３管１３２ａ及び第６管１３３ａの始端における流体抵抗とが略同じになる。このため、第１溶液２１の第２管１３１ｂへの流入と、第２溶液２２の第３管１３２ａ及び第６管１３３ａへの流入と、が進行する。

【0061】

第２溶液２２の第３管１３２ａへの流入が進み、第２溶液２２が第４管１３２ｂの始端に差し掛かると、当該始端における流体抵抗が、他の２つの分岐路１３Ａの第２管１３１ｂ及び第６管１３３ａの流体抵抗よりも小さくなる。このため、図３の（ｃ）に示すように、第２溶液２２の第４管１３２ｂへの流入が進行する。一方、他の２つの分岐路１３Ａにおいては、溶液の流入はそれ程進行しない。

【0062】

第２溶液２２の第４管１３２ｂへの流入が進み、第２溶液２２が第５管１３２ｃの始端に差し掛かると、当該始端における流体抵抗と、他の２つの分岐路１３Ａの第２管１３１ｂ及び第６管１３３ａにおける流体抵抗とが略同じになる。このため、第１溶液２１の第２管１３１ｂへの流入と、第２溶液２２の第５管１３２ｃ及び第６管１３３ａへの流入と、が進行する。

【0063】

その後、第２溶液２２に続いて第３溶液２３の第６管１３３ａへの流入が進み、第３溶液２３が第７管１３３ｂの始端に差し掛かると、当該始端における流体抵抗が、他の２つの分岐路１３Ａの第２管１３１ｂ及び第５管１３２ｃの流体抵抗よりも小さくなる。このため、図３の（ｄ）に示すように、第３溶液２３の第７管１３３ｂへの流入が進行する。一方、他の２つの分岐路１３Ａにおいては、溶液の流入はそれ程進行しない。

【0064】

そして、第１溶液２１、第２溶液２２、及び第３溶液２３がそれぞれ左側の分岐路１３Ａの終端、中央の分岐路１３Ａの終端、及び右側の分岐路１３Ａの終端に差し掛かると、これらの終端における流体抵抗が略同じとなる。このため、図３の（ｅ）に示すように、第１溶液２１の左側の分岐路１３Ａから合流部１４Ａへの流入と、第２溶液２２の中央の分岐路１３Ａから合流部１４Ａへの流入と、第３溶液２３の右側の分岐路１３Ａから合流部１４Ａへの流入とが略同時に進行する。これにより、第１溶液２１、第２溶液２２、及び第３溶液２３は、これらの界面が流れ方向に沿った界面となるように、合流路１５において合流する。

【0065】

上述のように、変形例に係る試料混合装置１００Ａは、複数の溶液（ここでは、第１溶液２１、第２溶液２２、及び第３溶液２３）を、流れ方向と直交する界面を有する状態から、流れ方向に沿った界面を有する状態へと変換することが可能である。このため、試料２Ａが容器４に収容されている状態と比較して、界面の面積を大きくすることができるため、複数の溶液を拡散により混合しやすくなる。

【0066】

実施の形態に係る試料混合装置１００、及び変形例に係る試料混合装置１００Ａでは、複数の分岐路１３，１３Ａの各々を管径が互いに異なる管により構成することで流体抵抗の変化に差を生じさせているが、これに限られない。例えば、分岐路１３，１３Ａを湾曲させる等して管の形状を変化させることで、流体抵抗の変化に差を生じさせてもよい。また、例えば、分岐路１３，１３Ａの始端に親水性を低下させるべくポリマー材料をコーティングしたり、流路壁面に凹凸を設けて撥水性を高めたりすることで、流体抵抗の変化に差を生じさせてもよい。さらに、例えば、分岐路１３，１３Ａの壁面をプラズマ又は紫外線等で処理して親水性を高めることで、流体抵抗の変化に差を生じさせてもよい。

【0067】

実施の形態に係る試料混合装置１００、及び変形例に係る試料混合装置１００Ａでは、駆動部３により試料２，２Ａを駆動しているが、これに限られない。例えば、試料２，２Ａは、重力による自然落下により流入部１１から流入させてもよい。この場合、駆動部３は不要である。

【産業上の利用可能性】

【0068】

本開示は、例えば１つの容器において流れ方向に互いに分離している複数種類の溶液を混合する試料混合装置として利用することができる。

【符号の説明】

【0069】

１００、１００Ａ 試料混合装置
１１ 流入部
１２、１２Ａ 分岐部
１３、１３Ａ 分岐路
１３１ａ 第１管
１３１ｂ 第２管
１３２ａ 第３管
１３２ｂ 第４管
１３２ｃ 第５管
１３３ａ 第６管
１３３ｂ 第７管
１４、１４Ａ 合流部
１５ 合流路
１６ 流出部
２、２Ａ 試料
２０ バッファ
２１ 第１溶液
２２ 第２溶液
２３ 第３溶液
３ 駆動部
４ 容器
Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ 長さ
Ｓ１ａ、Ｓ１ｂ、Ｓ２ａ、Ｓ２ｂ 管径

【図1】

【図2】

【図3】