知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-08-19
(45)【発行日】2024-08-27
(54)【発明の名称】流速測定方法およびマイクロ流体システム
(51)【国際特許分類】
G01P 5/20 20060101AFI20240820BHJP
G01N 37/00 20060101ALI20240820BHJP
【ＦＩ】
G01P5/20 E
G01N37/00 101
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2023154083
(22)【出願日】2023-09-21
【審査請求日】2024-02-27
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】000003193
【氏名又は名称】ＴＯＰＰＡＮホールディングス株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000062
【氏名又は名称】弁理士法人第一国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 悠午
(72)【発明者】
【氏名】阿部 裕一郎
【審査官】藤澤 和浩
(56)【参考文献】
【文献】特開２００３－２７０２６１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００６－１２６１７０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００８－１１６３８１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－２７１１６８（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１９／１１１９１９（ＷＯ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１３／００３７７２８（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特表２００８－５１２６８３（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０２３／０１６０８０６（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０２１／０３１８９９９（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０１６－１４５７３７（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｐ ５／２０
Ｇ０１Ｎ ２１／８５
Ｇ０１Ｎ ３７／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
マイクロ流体システムであって、前記マイクロ流体システムは、少なくともマイクロ流路および光学フィルタを備えるマイクロ流体デバイスと、光強度を取得する光検出部と、前記マイクロ流路に光信号を照射する光源部とを含み、
前記マイクロ流体デバイスは、前記光検出部と前記光源部との間であって、かつ前記光源部から照射される前記光信号の照射方向と前記マイクロ流路の送液方向が垂直になるように配置され、
前記光学フィルタは、前記マイクロ流体デバイス内にかつ前記マイクロ流路と前記光検出部の間に配置され、複数の光透過領域と遮光領域によって構成される、
マイクロ流体システム。
【請求項2】
請求項１に記載のマイクロ流体システムであって、前記光学フィルタは、前記複数の光透過領域の内の１つ以上の光透過領域が特定の波長領域の光を透過させることができる、マイクロ流体システム。
【請求項3】
マイクロ流路および光学フィルタを備えるマイクロ流体デバイスに溶液を送液する第１工程と、
前記マイクロ流路に光信号を照射し、前記マイクロ流路を透過した光信号の光強度の分布を時系列に取得する第２工程と、
前記第２工程において取得された第１時刻の前記光強度の分布と第２時刻の前記光強度の分布との変化を示す時系列変化を算出し、前記光強度の分布の前記時系列変化から、前記マイクロ流路内の前記溶液の流速を算出する第３工程と、を含み、
前記光学フィルタは、前記マイクロ流体デバイス内に配置される、流速測定方法。
【請求項4】
請求項３に記載の流速測定方法において、
前記第２工程における前記光強度は、所定の時間間隔であるΔｔごとに取得され、
ｔ０を所定の時刻とした場合、前記マイクロ流路の所定の位置において、時刻ｔ０+Δｔ・ｎ（ｎは正の整数）における流速ｖｎと時刻ｔ０＋Δｔ・（ｎ－１）における流速ｖｎ－１を比較し、流速の増減を判断する第４工程と、をさらに含む流速測定方法。
【請求項5】
請求項４に記載の流速測定方法において、前記流速の増減から前記マイクロ流路の前記所定の位置においてつまりが発生したことを判断する第５工程と、をさらに含む流速測定方法。
【請求項6】
請求項３に記載の流速測定方法であって、
前記第２工程において前記光強度は光検出部によって取得され、
前記第２工程において前記光信号を光源部から照射され、
前記マイクロ流体デバイスは、前記光検出部と前記光源部との間であって、かつ前記光源部から照射される前記光信号の照射方向と前記マイクロ流路の送液方向が垂直になるように配置され、
前記光学フィルタは、前記マイクロ流路と前記光検出部の間に配置され、複数の光透過領域と遮光領域によって構成される、
流速測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、流速測定方法およびマイクロ流体システムに関する。
【背景技術】
【0002】
従来から、おおよそ１μｍから１ｍｍ程度の毛管寸法のマイクロ流路やマイクロウェルを含むマイクロ構造によって微小容量の流体を操作できる、Ｌａｂ－ｏｎ－ａ－Ｃｈｉｐもしくは、マイクロＴＡＳ、マイクロ化学チップなどと呼ばれるマイクロ流体デバイスが知られている。近年、このようなデバイスは、化学実験をダウンサイジングするための機器として、あるいは検体発生現場等において検体分析、いわゆるＰＯＣＴ（point-of-care-testing）を簡便にかつ速やかに行うための機器として注目されている。特にＰＯＣＴにおいて、検体分析で対象となる検体としては、主に動物の体液、例えば、血液や唾液、尿などが挙げられる。一般に、体液内にはタンパク質や細胞などの生物由来の微粒子が含まれており、これらの微粒子を光学センサや電気的センサなどで検出することにより、生体情報を取得することが可能となる。
【0003】
マイクロ流体デバイスへ微粒子を含む検体である懸濁液を送液し、生体情報が検出されるまでの間で、マイクロ流体デバイス中で懸濁液の濃縮やフィルタリング、混合など様々な前処理が実施される。そして、こうした前処理を行うことによって、より精度の高い解析が可能となる。これら前処理のなかには、マイクロ流体デバイス中のマイクロ構造を懸濁液が通過する際に行われる処理も含まれている。このような場合は、懸濁液がマイクロ流体デバイス内を正常に通過することによって適切な前処理が実現される。
【0004】
一方で、マイクロ構造に微粒子や夾雑物、気泡が付着すると、マイクロ流体デバイス内につまりが発生する場合がある。この場合、送液が正常に行われず、適切な前処理が実行されないまま検出および解析が行われ、その精度が低下することがある。このような解析精度の低下を防止するため、あるいは解析精度の低下の発生を予測するためには、マイクロ流体デバイス中における流速や流量、圧力など送液の情報をリアルタイムに取得する必要がある。
【0005】
特許文献１では、マイクロ流路に第１液を導入する第１ステップと、マイクロ流路に溶質を含む第２液を導入し、層流で送流させる第２ステップと、マイクロ流路に導入された第１液と第２液とを含む液体の屈折率を時系列的に測定する第３ステップと、上記屈折率の時系列データから、液体中の溶質の濃度が第１液と第２液とが接触する前の第２液中の溶質の濃度の半分となる濃度境界の位置の時間変化を示す濃度境界データを生成する第４ステップと、濃度境界データを第２液の拡散係数とマイクロ流路の厚さ方向の長さに基づいて換算した換算データを生成する第５ステップと、換算データに基づいて、マイクロ流路内の第１液および第２液を含む液体の流速を算出する第６ステップとを含むことを特徴とする流速測定法が提示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】特開２０１８－９７９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
特許文献１の流速測定法では、流れが層流かつ均一であることが必要であるため、流路の形状が直線型に限定される。しかし、マイクロ流体デバイスにおいては、検体を前処理する際に、マイクロ流路の形状を曲線型や蛇行型など直線流路よりも複雑な形状にしたり、流路内にマイクロピラーなどマイクロ流路より微細な構造を設けたりすることで、流れを不均一または乱流にすることが多い。しかし、特許文献１で提示される流速測定法では、直線以外の形状のマイクロ流路を持つマイクロ流体デバイスに適用することは想定されていない。
そこで、本発明では、マイクロ流路の形状に左右されずマイクロ流路内の流速情報を正確に取得可能な技術を提供することを目的とする。
そこで、本発明では、マイクロ流路の形状に左右されずマイクロ流路内の流速情報を正確に取得可能な技術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】
【0008】
上記の課題を解決するために、代表的な本発明の流速測定方法の一つは、マイクロ流路を備えるマイクロ流体デバイスに溶液を送液する第１工程と、前記マイクロ流路に光信号を照射し、前記マイクロ流路を透過した光信号の光強度の分布を時系列に取得する第２工程と、前記第２工程において取得された第１時刻の前記光強度の分布と第２時刻の前記光強度の分布との変化を示す時系列変化を算出し、前記光強度の分布の前記時系列変化から、前記マイクロ流路内の前記溶液の流速を算出する第３工程と、を含むものである。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、マイクロ流路の形状に左右されずマイクロ流路内の流速情報を正確に取得可能な技術を提供することができる。
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の発明を実施するための形態における説明により明らかにされる。
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の発明を実施するための形態における説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付して示している。
図面において示す各構成要素の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。
図面において示す各構成要素の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。
【0012】
なお、本開示において、「面」とは、板状部材の面のみならず、板状部材に含まれる層について、板状部材の面と略平行な層の界面も指すことがある。また、「上面」、「下面」とは、板状部材や板状部材に含まれる層を図示した場合の、図面上の上方または下方に示される面を意味する。なお、「上面」、「下面」については、「第１面」、「第２面」と称することもある。
また、「上方」とは、板状部材または層を水平に載置した場合の垂直上方の方向を意味する。さらに、「上方」およびこれと反対の「下方」については、これらを「ｚ軸プラス方向」、「ｚ軸マイナス方向」ということがあり、水平方向については、「ｘ軸方向」、「ｙ軸方向」ということがある。さらに、ｚ軸方向の距離を「高さ」と称し、ｘ軸方向とｙ軸方向で規定されるｘｙ平面上の距離を「幅」と称する。
また、「上方」とは、板状部材または層を水平に載置した場合の垂直上方の方向を意味する。さらに、「上方」およびこれと反対の「下方」については、これらを「ｚ軸プラス方向」、「ｚ軸マイナス方向」ということがあり、水平方向については、「ｘ軸方向」、「ｙ軸方向」ということがある。さらに、ｚ軸方向の距離を「高さ」と称し、ｘ軸方向とｙ軸方向で規定されるｘｙ平面上の距離を「幅」と称する。
【0013】
本開示において、「溶液」とは、マイクロ流体システムにおいて検体とされるものを指す。一般的には、溶液は、溶媒と溶質が均一に混合した液体の状態であるが、本開示においては、溶質が析出し、固体と液体が混在する場合をも含む。また、本開示は、単に固体と液体が混在したものを溶液として指す場合も含む。
【0014】
［第１実施形態］
図１から図４を参照して、マイクロ流体システムの構成について説明する。まず、図１から図３を参照してマイクロ流体システムに含まれるマイクロ流体デバイスを説明し、続いて、図４を参照して、マイクロ流体システムの構成を説明する。
図１から図４を参照して、マイクロ流体システムの構成について説明する。まず、図１から図３を参照してマイクロ流体システムに含まれるマイクロ流体デバイスを説明し、続いて、図４を参照して、マイクロ流体システムの構成を説明する。
【0015】
（マイクロ流体デバイスの構成）
図１は、マイクロ流体デバイスの構成を模式的に示す図である。図１（ａ）はマイクロ流体デバイス１０の斜視図を示し、図１（ｂ）はマイクロ流体デバイス１０のＡＡ´断面図を示し、図１（ｃ）はマイクロ流体デバイス１０のＢＢ´断面図を示す。ＡＡ´断面はｙ軸方向に平行な方向の断面であり、ＢＢ´断面はｘ軸方向に平行な方向の断面である。
図１は、マイクロ流体デバイスの構成を模式的に示す図である。図１（ａ）はマイクロ流体デバイス１０の斜視図を示し、図１（ｂ）はマイクロ流体デバイス１０のＡＡ´断面図を示し、図１（ｃ）はマイクロ流体デバイス１０のＢＢ´断面図を示す。ＡＡ´断面はｙ軸方向に平行な方向の断面であり、ＢＢ´断面はｘ軸方向に平行な方向の断面である。
【0016】
図１（ａ）に示されるように、マイクロ流体デバイス１０は、基板１１と隔壁部１２と上面部１３を含み、３つの部材がｚ軸方向に重ねられた構造を有する。隔壁部１２の内部には空間が形成されており、この空間において、溶液が流れるマイクロ流路３０が形成されている。マイクロ流路３０は導入口３２と排出口３３を有しており、後述するマイクロ流体システムにおいて、導入口３２からマイクロ流路３０に溶液が導入され、排出口３３から溶液がマイクロ流体デバイス１０の外部へ排出される。なお、図１（ａ）では、マイクロ流路３０の構造を説明するために、上面部１３を透明にして示しているが、上面部１３は必ずしも透明である必要はない。
【0017】
なお、図１において、マイクロ流路３０はｘ軸方向に延びる直線流路の形状を有しているが、本開示がこれに限定されるものではない。マイクロ流路３０としては、曲線型の流路を含む場合、蛇行型の流路を含む場合など、直線流路以外の場合をも適用することが可能である。また、導入口３２と排出口３３は説明のために便宜的に設定されたものであり、導入口と排出口を入れ替えて設定してもよい。導入口と排出口は１つずつの場合に限定されず、複数設けることも可能である。例えば、導入口を複数設けておき、後述するようにマイクロ流路内につまりの発生が検出された場合には、つまりの発生箇所を避けるように導入口を選択可能な構成とすることも可能である。
【0018】
図１（ｂ）および図１（ｃ）に示されるように、マイクロ流体デバイス１０において、基板１１上には光学フィルタ２０が配置され、また光学フィルタ２０上には床部１４が配置されている。なお、光学フィルタ２０については後述する。
図１において、マイクロ流路３０は床部１４と隔壁部１２と上面部１３の間に形成された空間であり、また、光学フィルタ２０はマイクロ流路３０の全面にわたって配置されている。しかし、本開示は、光学フィルタ２０がマイクロ流路３０の全面に配置される場合に限定されるものではなく、光学フィルタ２０はマイクロ流路３０の一部に形成されてもよい。例えば、光学フィルタ２０は、マイクロ流路３０における、つまりの発生が懸念される箇所に配置することも可能である。また、後述するように、マイクロ流体デバイス１０にｚ軸プラス方向から光信号を照射し、光信号がマイクロ流路３０および光学フィルタ２０を透過する様子を検出することが行われる。基板１１および上面部１３は、光源部６０から照射される光信号を遮蔽しないように、光信号を透過させるものが適用される。
図１において、マイクロ流路３０は床部１４と隔壁部１２と上面部１３の間に形成された空間であり、また、光学フィルタ２０はマイクロ流路３０の全面にわたって配置されている。しかし、本開示は、光学フィルタ２０がマイクロ流路３０の全面に配置される場合に限定されるものではなく、光学フィルタ２０はマイクロ流路３０の一部に形成されてもよい。例えば、光学フィルタ２０は、マイクロ流路３０における、つまりの発生が懸念される箇所に配置することも可能である。また、後述するように、マイクロ流体デバイス１０にｚ軸プラス方向から光信号を照射し、光信号がマイクロ流路３０および光学フィルタ２０を透過する様子を検出することが行われる。基板１１および上面部１３は、光源部６０から照射される光信号を遮蔽しないように、光信号を透過させるものが適用される。
【0019】
図２は、光学フィルタ２０の構造を模式的に示す図である。図２は、図１に示されるマイクロ流体デバイス１０のマイクロ流路３０の一部分を拡大して示す図であり、光学フィルタ２０の構造を説明するために床部１４を透明にして表記している。
【0020】
光学フィルタ２０は、複数の光透過領域と遮光領域によって構成される。具体的には、光学フィルタ２０は、遮光領域２１、第１透過領域２２、第２透過領域２３、第３透過領域２４、および第４透過領域２５を有している。遮光領域２１は、マイクロ流体システムにおいて用いられる光信号のうち、すべての波長の光信号を遮光する。これに対し、第１透過領域２２、第２透過領域２３、第３透過領域２４、および第４透過領域２５は、それぞれ特定の範囲の波長領域の光信号を透過させる。
【0021】
各透過領域は、各透過領域の中心がｘ軸方向にΔｘの距離で、ｙ軸方向にΔｙの距離で配置されている。各透過領域は、ｘｙ平面において同じ面積を有する正方形状の領域であり、隣接する領域の間の間隔は、ｘ軸方向にｇｘの距離であり、ｙ軸方向にｇｙの距離である。透過領域はｘｙ平面における座標を用いて特定することが可能であり、例えば、ｉおよびｊを正の整数とする場合、第１透過領域２２は、座標（ｉ－１、ｊ－１）、座標（ｉ、ｊ＋２）、座標（ｉ＋１、ｊ＋１）、座標（ｉ＋２、ｊ）に配置されていると特定することが可能である。同様に、第２透過領域２３は、座標（ｉ－１、ｊ）、座標（ｉ、ｊ－１）、座標（ｉ＋１、ｊ＋２）、座標（ｉ＋２、ｊ＋１）に配置される。第３透過領域２４は、座標（ｉ－１、ｊ＋１）、座標（ｉ、ｊ）、座標（ｉ＋１、ｊ－１）、座標（ｉ＋２，Ｊ＋２）に配置される。第４透過領域２５は、座標（ｉ－１、ｊ＋２）、座標（ｉ、ｊ＋１）、座標（ｉ＋１、ｊ）、座標（ｉ＋２、ｊ－１）に配置される。遮光領域２１は、各透過領域の間に位置しており、ｚ軸プラス方向から見た場合にマイクロ流路３０の全体にわたって形成されている。
【0022】
なお、図２においては、透過領域が４種類の場合を示しているが、本開示はこれに限定されない。透過領域の種類は４種類以外であってもよい。また、透過領域の形状を正方形状としているが、正方形以外の形状とすることも可能である。また、透過領域が配置される間隔についても、適宜設定することが可能である。
【0023】
（光学フィルタの形成工程）
図３は、光学フィルタ２０の形成工程の一例を示す図である。まず、図３（ａ）に示されるように、基板１１に遮光領域２１を形成する。遮光領域２１は、例えば、遮光性を有するレジスト（例えばブラックレジスト）を基板１１上に塗布しフォトリソグラフィを行うことによって、基板１１上に格子状のパターンを有するように形成される。
図３は、光学フィルタ２０の形成工程の一例を示す図である。まず、図３（ａ）に示されるように、基板１１に遮光領域２１を形成する。遮光領域２１は、例えば、遮光性を有するレジスト（例えばブラックレジスト）を基板１１上に塗布しフォトリソグラフィを行うことによって、基板１１上に格子状のパターンを有するように形成される。
【0024】
続いて、図３（ｂ）に示されるように、基板１１の全面にカラーレジスト２２０を塗布する。カラーレジスト２２０は、第１透過領域２２を構成する材料と同じ材料であってもよい。続いて、図３（ｃ）に示されるように、フォトマスク２２１を介して第１透過領域２２が配置されるパターンの露光を行う。
【0025】
続いて、現像液によりカラーレジスト２２０の不要な部分を除去した後、ベーキング処理を行いカラーレジスト２２０を硬化させる。これによって、図３（ｄ）に示されるように、基板１１上に第１透過領域２２が配置された状態を得ることができる。
【0026】
図３（ｂ）のカラーレジストの塗布、図３（ｃ）の露光、図３（ｄ）の現像およびベーキング処理を、第２透過領域２３、第３透過領域２４、および第４透過領域２５それぞれに対応するカラーレジストおよびパターンについて行う。これによって、光学フィルタ２０の透過領域が基板１１上に形成される。
【0027】
光学フィルタ２０の透過領域を形成した後、床部１４および隔壁部１２についても、レジストの塗布、露光、現像およびベーキング処理を行って形成していく。隔壁部１２上に上面部１３を配置して、マイクロ流体デバイス１０が形成される。
以上、光学フィルタ２０の形成工程およびマイクロ流体デバイス１０の形成工程を説明した。本開示では、基板１１がガラスであることを前提として、フォトリソグラフィを活用した形成方法を説明した。しかし、本開示はこれらの形成方法に限定されるものではなく、他の材料および成型手法を適用することも可能である。
以上、光学フィルタ２０の形成工程およびマイクロ流体デバイス１０の形成工程を説明した。本開示では、基板１１がガラスであることを前提として、フォトリソグラフィを活用した形成方法を説明した。しかし、本開示はこれらの形成方法に限定されるものではなく、他の材料および成型手法を適用することも可能である。
【0028】
（マイクロ流体システムの構成）
図４は、マイクロ流体システムの構成を模式的に示す図である。マイクロ流体システム１００は、マイクロ流体デバイス１０、送液部４０、廃液部５０、光源部６０、光検出部７０、光信号処理部８０、制御部９０を含む。
図４は、マイクロ流体システムの構成を模式的に示す図である。マイクロ流体システム１００は、マイクロ流体デバイス１０、送液部４０、廃液部５０、光源部６０、光検出部７０、光信号処理部８０、制御部９０を含む。
【0029】
送液部４０は、マイクロ流体デバイス１０へ溶液を送液する機能を有しており、例えば溶液を貯留する遠沈管４１と、溶液を遠沈管４１からマイクロ流体デバイス１０へ送り出すポンプ４２とを含む。送液部４０から送り出された溶液は、マイクロ流体デバイス１０の導入口３２に接続された接続チューブ４５を通じて、マイクロ流体デバイス１０へ流れる。
【0030】
廃液部５０は、マイクロ流体デバイス１０のマイクロ流路３０を通過し、マイクロ流体デバイス１０から排出された液体を収集する。接続チューブ５５はマイクロ流体デバイス１０の排出口３３に接続されており、接続チューブ５５を介して、マイクロ流体デバイス１０から廃液部５０へ溶液が流れる。
【0031】
光源部６０は、光信号ＯＳをマイクロ流体デバイス１０へ照射する。光信号ＯＳのうち、マイクロ流体デバイス１０を透過した光信号ＯＳは、光検出部７０によって検出される。光信号処理部８０は、光検出部７０によって検出された光信号の信号処理を行う。制御部９０は、光信号処理部８０の処理結果に基づいて、送液部４０の制御を行う。
【0032】
なお、光源部６０は、可視光領域の光を照射するものを適用することが可能である。具体的には、４５０ｎｍから５００ｎｍの青色光、５００ｎｍから６００ｎｍの緑色光、６００ｎｍから７００ｎｍの赤色光である。近赤外領域の光を照射することも可能である。また、光検出部７０は、分光機能を有するものであってもよい。
【0033】
（流速の測定）
図５から図１０を参照して、マイクロ流体システムにおける流速の測定について説明する。なお、図５および図６において、理解を容易にするため、流速の測定に特に関係が大きい構成を抽出して示している。また、光学フィルタ２０はｘｙ平面に複数の透過領域を有しているが、理解を容易にするため、図６においてはｘ軸方向にのみ透過領域が配列された場合を示している。ここで、マイクロ流体システム１００は、少なくともマイクロ流体デバイス１０と、光強度を取得する光検出部７０と、光信号を照射する光源部６０とを含んでいる。
また、マイクロ流体デバイス１０は、光検出部７０と光源部６０との間であって、かつ光源部６０から照射される光信号の照射方向とマイクロ流路３０の送液方向ＬＤが垂直になるように配置される。また、マイクロ流路３０と光検出部７０の間に、複数の光透過領域と遮光領域によって構成される光学フィルタ２０が配置される。以下、具体的に説明する。
図５から図１０を参照して、マイクロ流体システムにおける流速の測定について説明する。なお、図５および図６において、理解を容易にするため、流速の測定に特に関係が大きい構成を抽出して示している。また、光学フィルタ２０はｘｙ平面に複数の透過領域を有しているが、理解を容易にするため、図６においてはｘ軸方向にのみ透過領域が配列された場合を示している。ここで、マイクロ流体システム１００は、少なくともマイクロ流体デバイス１０と、光強度を取得する光検出部７０と、光信号を照射する光源部６０とを含んでいる。
また、マイクロ流体デバイス１０は、光検出部７０と光源部６０との間であって、かつ光源部６０から照射される光信号の照射方向とマイクロ流路３０の送液方向ＬＤが垂直になるように配置される。また、マイクロ流路３０と光検出部７０の間に、複数の光透過領域と遮光領域によって構成される光学フィルタ２０が配置される。以下、具体的に説明する。
【0034】
（光強度の検出）
図５は、光源部６０から照射された光信号ＯＳがマイクロ流路３０を透過する場合を示す図である。マイクロ流体デバイス１０のマイクロ流路３０において、溶液は、ｘ軸プラス方向を向く矢印ＬＤによって示される送液方向（以下、「送液方向ＬＤ」ともいう。）に流れている。マイクロ流体デバイス１０は光源部６０と光検出部７０との間に配置されており、光源部６０から照射された光信号ＯＳは、送液方向ＬＤに垂直な方向であるｚ軸マイナス方向に進行して、マイクロ流路３０に侵入する。なお、送液方向ＬＤは、マイクロ流体デバイス１０における巨視的な送液の方向を示しているものであり、ミクロ的には、溶液の分子は様々な方向に動くことがある。
図５は、光源部６０から照射された光信号ＯＳがマイクロ流路３０を透過する場合を示す図である。マイクロ流体デバイス１０のマイクロ流路３０において、溶液は、ｘ軸プラス方向を向く矢印ＬＤによって示される送液方向（以下、「送液方向ＬＤ」ともいう。）に流れている。マイクロ流体デバイス１０は光源部６０と光検出部７０との間に配置されており、光源部６０から照射された光信号ＯＳは、送液方向ＬＤに垂直な方向であるｚ軸マイナス方向に進行して、マイクロ流路３０に侵入する。なお、送液方向ＬＤは、マイクロ流体デバイス１０における巨視的な送液の方向を示しているものであり、ミクロ的には、溶液の分子は様々な方向に動くことがある。
【0035】
光学フィルタ２０は、マイクロ流路３０と光検出部７０の間に配置されている。光信号ＯＳは、光学フィルタ２０のうち、第１透過領域２２と第３透過領域２４を通過して光検出部７０へ到達する。一方、溶液に含まれる物質３１は光信号ＯＳの通過を妨げており、第２透過領域２３には光信号が到達しない。また、遮光領域２１も、光信号ＯＳの通過を妨げる働きをしている。
【0036】
図６は、図５の第２透過領域２３において、光検出部７０によって検出された光信号の光強度を時系列に示す図である。光検出部７０は、マイクロ流路３０を透過した光信号の光強度の分布を時系列に取得しており、横軸に示されるように時間間隔Δｔで光信号ＯＳの光強度を取得している。
【0037】
ここで、光学フィルタ２０は、複数の光透過領域の内の１つ以上の光透過領域が特定の波長領域の光を透過させることができるため、光検出部７０は波長領域毎の光強度を検出することができる。以下、具体例を挙げて説明する。
光源部６０が波長λ１と波長λ２と波長λ３とを含む光を光信号ＯＳとして照射するものとし、第２透過領域２３は、波長λ１をおよび波長λ３を含む波長領域の光のみを遮り、波長λ２を含む波長領域の光を透過させる場合を想定する。また、物質３１は、波長λ１を含む波長領域の光を遮り、波長λ２および波長λ３を含む波長領域の光を透過させる場合を想定する。
光源部６０が波長λ１と波長λ２と波長λ３とを含む光を光信号ＯＳとして照射するものとし、第２透過領域２３は、波長λ１をおよび波長λ３を含む波長領域の光のみを遮り、波長λ２を含む波長領域の光を透過させる場合を想定する。また、物質３１は、波長λ１を含む波長領域の光を遮り、波長λ２および波長λ３を含む波長領域の光を透過させる場合を想定する。
【0038】
なお、強度Ｓ０とは、光信号ＯＳの基準となる光強度であるベース強度を意味し、例えばマイクロ流体デバイス１０に溶液を流す前の状態において、光源部６０から光信号ＯＳを照射した場合に検出される光強度をベース強度として採用することが可能である。また、検体となる溶液に代えて、溶媒のみをマイクロ流体デバイス１０に流した場合に検出される光強度を、ベース強度として採用することも可能である。また、光強度ＳＴは、光信号ＯＳの透過を判定するための光強度のしきい値であり、光強度ＳＴよりも小さい光強度が検出された場合、光信号ＯＳは遮られていると判定される。例えば、ベース強度Ｓ０の５０％の値をしきい値ＳＴと設定してもよい。しきい値ＳＴは、溶媒や物質の特性等によって設定することが可能である。
【0039】
光信号ＯＳには複数の波長の光信号を含むことが可能であるところ、図６（ａ）は波長λ１の光信号の光強度を検出した場合を示し、図６（ｂ）は波長λ２の光信号の光強度を検出した場合を示し、図６（ｃ）は波長λ３の光信号の光強度を検出した場合を示す。
【0040】
図６（ａ）に示されるように、波長λ１の光強度は、時刻ｔ１においてしきい値ＳＴを下回る光強度Ｓ１が検出され、時刻ｔ２およびｔ３においてベース強度Ｓ０としきい値ＳＴの間の値が検出されている。時刻ｔ１において検出された光強度がしきい値ＳＴより小さいため、時刻ｔ１において物質３１が第２透過領域２３の上方に存在し、光信号ＯＳを遮っていたと判定される。
【0041】
図６（ｂ）と図６（ｃ）を参照すると、いずれの場合においても、しきい値ＳＴより大きい光強度が検出されているため、時刻ｔ１からｔ３の間で、物質３１は、第２透過領域２３の上方に存在したことが検知できないこととなる。なお、第２透過領域２３は、波長λ３を含む波長領域の光のみを遮り、波長λ２を含む波長領域の光を透過させる。このため、図６（ｂ）に示される波長λ２の場合の光強度のほうが、図６（ｃ）に示される波長λ３の場合の光強度よりも、大きな値に検出されている。
【0042】
このように、光源部６０から照射される光信号ＯＳに含まれる光信号の波長領域、溶液に含まれる物質３１の特性、および光学フィルタ２０透過領域の特性に基づいて、物質３１の存在を判定することが可能となる。ここで、図７は、物質３１の光特性と光学フィルタ２０に要求される特性との関係を示す図である。第１の場合として、上述の説明のように、物質３１が一部の波長領域の光を透過し、透過した波長領域以外の波長領域の光を吸収する場合がある。この場合には、光検出部７０には、物質３１が透過した波長領域の光を検出することが要求される。ここで光学フィルタ２０の透過領域に要求される第１の特性としては、物質３１を透過した一部の波長領域の光を遮断することである。また、第２の特性として、物質３１の吸収する波長領域の光のみを透過させることでもよい。これら２つの特性を１つの透過領域に付与してもよく、また、第１の特性を１つの透過領域に付与し、第２の特性を他の透過領域に付与する光学フィルタ２０としてもよい。いずれかの態様でこれら２つの特性を光学フィルタ２０内の透過領域に付与することによって、物質３１が存在する場合と存在しない場合で異なる光強度を検出することができ、物質３１の位置を判定することが可能となる。
【0043】
また、第２の場合として、物質３１が一部の波長領域の光を吸収するものの、別の波長領域の光を発光する場合が考えられる。この場合には、光検出部７０には、発光した別の波長領域の波長を含む波長領域のうち、透過した波長の光を検出することが要求される。ここで光学フィルタ２０に含まれる透過領域に要求される第１の特性としては、発光の波長領域を遮断することである。また、第２の特性として、物質３１を透過した波長領域の光を遮断することである。また、第３の特性として、物質３１の吸収する波長領域の光のみを透過させることである。これら３つの特性を光学フィルタ２０の透過領域に付与することによって、物質３１が存在する場合と存在しない場合で異なる光強度を検出することができ、物質３１の位置を判定することが可能となる。なお、３つの特性を一つの領域で兼ね備えることとしてもよいし、それぞれ別の領域で分担してもよいことは、前述の第１の場合と同様である。
【0044】
また、第３の場合として、物質３１が光源部６０から照射される光の波長のうち、すべての波長の光を吸収する場合が考えられる。この場合には、光検出部７０には、物質３１が存在する場合には、いずれの波長の光も検出することができない。ここで光学フィルタ２０の透過領域に要求される特性としては、遮断する波長領域に要件は存在しない。つまり、透過領域における遮断する波長領域は任意に設定可能となる。例えば、透過領域として、すべての波長領域の光を透過するものを採用することが可能である。
【0045】
上述のように、透過領域の内、１つ以上の透過領域が特定の波長領域の光を透過させることによって、特定の波長領域の光を吸収する物質に対しても流速を測定することが可能となる。
なお、物質３１の例として、生体物としては、プランクトン（１ｍｍ前後）、細胞（２０μｍ程度）、細菌（数μｍから１０μｍ）、ウイルス（１００ｎｍオーダー）、タンパク質（１０ｎｍオーダー）を挙げることができる。また、非生物としてはマイクロプラスチック、金属微粒子、その他有機物などを挙げることができる。本開示はこれらに限定されず、様々な微粒子を含む溶液について適用することが可能である。例えば、溶液中の溶質とは異なる指標用粒子を含めておき、指標用粒子による光強度の変化を検出することによって流速を測定することも可能である。
なお、物質３１の例として、生体物としては、プランクトン（１ｍｍ前後）、細胞（２０μｍ程度）、細菌（数μｍから１０μｍ）、ウイルス（１００ｎｍオーダー）、タンパク質（１０ｎｍオーダー）を挙げることができる。また、非生物としてはマイクロプラスチック、金属微粒子、その他有機物などを挙げることができる。本開示はこれらに限定されず、様々な微粒子を含む溶液について適用することが可能である。例えば、溶液中の溶質とは異なる指標用粒子を含めておき、指標用粒子による光強度の変化を検出することによって流速を測定することも可能である。
【0046】
（光強度の分布）
図８は、光検出部７０によって検出された光強度の分布を示す図である。図８（ａ）は時刻ｔ＝ｔ０の場合であり、図８（ｂ）は時刻ｔ=ｔ０＋Δｔの場合であり、時刻８（ｃ）は時刻ｔ＝ｔ０＋２Δｔの場合である。また、図８において、送液方向ＬＤはｘ軸プラス方向である。なお、ｔ０は所定の時刻を示し、Δｔが所定の時間間隔を示す。図８において、マイクロ流路３０を通過した光強度の分布の様子が、時系列的に変化する様子が示されている。以下、具体的に説明する。
図８は、光検出部７０によって検出された光強度の分布を示す図である。図８（ａ）は時刻ｔ＝ｔ０の場合であり、図８（ｂ）は時刻ｔ=ｔ０＋Δｔの場合であり、時刻８（ｃ）は時刻ｔ＝ｔ０＋２Δｔの場合である。また、図８において、送液方向ＬＤはｘ軸プラス方向である。なお、ｔ０は所定の時刻を示し、Δｔが所定の時間間隔を示す。図８において、マイクロ流路３０を通過した光強度の分布の様子が、時系列的に変化する様子が示されている。以下、具体的に説明する。
【0047】
光強度は光学フィルタ２０の透過領域および遮光領域の配置に従って二次元に分布するデータとして検出されるため、図８においては、透過領域の配置に従う矩形領域が示されている。ｋおよびｍを正の整数とする場合、図８（ａ）において、座標（ｍ、ｋ）および座標（ｍ、ｋ＋１）は、光強度がしきい値ＳＴより小さくなった箇所を示しており、したがって、物質３１が存在していたと判定される箇所を示している。なお、図８に示される矩形領域は、理解を容易にするため、図２の光学フィルタ２０における透過領域の配置（ｘ軸方向４個配置され、ｙ軸方向に４個配置される）とは異なる配置（ｘ軸方向に４個配置され、ｙ軸方向に６個配置される）で示されている。
【0048】
図８（ｂ）においては座標（ｍ＋１、ｋ）および座標（ｍ＋１、ｋ＋１）が、また図８（ｃ）においては座標（ｍ＋２、ｋ）および座標（ｍ＋２、ｋ＋１）が、それぞれ光強度がしきい値ＳＴより小さくなった箇所を示している。なお、図８（ａ）から図８（ｃ）の光強度の移動の方向は送液方向ＬＤに一致するため、図８（ａ）から図８（ｃ）の光強度の変化は、同一の物質の移動によって生じたものと判定される。
【0049】
図９は、図８に示される光強度の分布の時系列変化から溶液の流速を算出する場合を示す図である。時系列変化は、等しい時間間隔で取得されたデータの変化のことを指す。矢印Ａ１は、図８（ａ）の座標（ｍ、ｋ）および座標（ｍ、ｋ＋１）から、図８（ｃ）の座標（ｍ＋２、ｋ）および座標（ｍ＋２、ｋ＋１）に向けて延びている。例えば、座標（ｍ、ｋ）および座標（ｍ、ｋ＋１）における溶液の流速として、矢印Ａ１の大きさおよび向きを流速として採用することができる。
【0050】
図１０は、光強度の分布の時系列変化から溶液の流速を算出する別の場合を示す図である。図８および図９において物質３１が１つの場合を示したが、図１０においては、３個の物質が含まれる領域の場合を示す。矢印Ａ２は、矢印Ａ１と比較して幅が狭く示されている。これは、矢印Ａ１は座標（ｍ、ｋ）および座標（ｍ、ｋ＋１）における流速を示すが、矢印Ａ２は座標（ｍ＋１、ｋ＋３）における流速を示している。両者を比較すると、座標（ｍ、ｋ）および座標（ｍ、ｋ＋１）に比べて、座標（ｍ＋１、ｋ＋３）の位置に対応するマイクロ流路は、領域を流れる溶液の量が異なることが推察される。
【0051】
また、矢印Ａ３は、座標（ｍ＋４、ｋ－２）における流速を示している。矢印Ａ１および矢印Ａ２は送液方向ＬＤと同じ方向であるｘ軸プラス方向を向いているが、矢印Ａ３はｘ軸プラス方向から外れた方向を向いている。また、矢印Ａ３は、矢印Ａ１および矢印Ａ２と比べて、大きさが小さい。したがって、座標（ｍ＋４、ｋ－２、）の位置に対応するマイクロ流路においては、溶液の流れを妨げるつまりの発生の予兆があることが推察される。
【0052】
このように、光強度の分布において、複数の箇所で光強度の変化が検出される場合、マイクロ流路内の流速は、２次元に分布するデータとして取得される。なお、流速の分布を液体の流路に対する矢印として表現したが、表現の態様はこれに限定されない。例えば、ヒートマップや等高線マップなどの形式で、流速の分布を表現することも可能である。
【0053】
（流速測定のフローチャート）
図１１を参照して、流速測定の方法について説明する。図１１は、流速測定のフローチャートである。流速測定方法は、マイクロ流路３０を備えるマイクロ流体デバイス１０に溶液を送液する第１工程（ステップＳ１０）と、マイクロ流路３０に光信号を照射し、マイクロ流路３０を透過した光信号の光強度の分布を時系列に取得する第２工程（ステップＳ１１）と、第２工程において取得された第１時刻の光強度の分布と第２時刻の光強度の分布との変化を示す時系列変化を算出し、光強度の分布の時系列変化から、マイクロ流路３０内の溶液の流速を算出する第３工程（ステップＳ１２）と、を含む。以下、具体的に説明する。
図１１を参照して、流速測定の方法について説明する。図１１は、流速測定のフローチャートである。流速測定方法は、マイクロ流路３０を備えるマイクロ流体デバイス１０に溶液を送液する第１工程（ステップＳ１０）と、マイクロ流路３０に光信号を照射し、マイクロ流路３０を透過した光信号の光強度の分布を時系列に取得する第２工程（ステップＳ１１）と、第２工程において取得された第１時刻の光強度の分布と第２時刻の光強度の分布との変化を示す時系列変化を算出し、光強度の分布の時系列変化から、マイクロ流路３０内の溶液の流速を算出する第３工程（ステップＳ１２）と、を含む。以下、具体的に説明する。
【0054】
ステップＳ１０（第１工程）において、マイクロ流体デバイス１０に溶液が送液される。制御部９０は、ポンプ４２を制御して送液部４０から溶液をマイクロ流体デバイス１０へ送る。
【0055】
続いて、ステップＳ１１（第２工程）において、光信号処理部８０は、マイクロ流路３０を透過した光信号の光強度の分布を時系列に取得する。光信号処理部８０は、光検出部７０によって検出された光強度を、時系列情報として取得する。また、光強度は、光学フィルタ２０に透過領域の配置に対応した、二次元に分布するデータとして取得される。
【0056】
続いて、ステップＳ１２（第３工程）において、制御部９０は、光強度の分布の時系列変化から、マイクロ流路３０内の溶液の流速を算出する。制御部９０は、物質の移動の速度を算出し、物質の移動の速度を溶液の速度として採用する。
【0057】
（作用・効果）
上述のように、本開示によれば、マイクロ流路内の流速情報を正確に取得することが可能となる。また、光学フィルタ２０の各透過領域は光信号の波長に応じて光信号を透過させるため、光学フィルタ２０の特性は、光信号の入射角等の影響を受ける場合がある。これに対し、本開示においては光学フィルタ２０がマイクロ流体デバイス１０内に配置され、光学フィルタ２０がマイクロ流路に近接した構成であるため、光学フィルタ２０とマイクロ流路の間において光信号の入射角にずれが発生することを抑制することができ、光学フィルタ２０によって検出された光信号を適切に評価することが可能となる。また、一般に光信号が物体を透過する場合に透過する物体に光が吸収され光強度が減少する可能性があるが、本開示においては光学フィルタ２０とマイクロ流路デバイス１０が一体化されているため、光強度の減少を抑えることが可能となる。
また、光学フィルタ２０とマイクロ流路デバイス１０が一体化されることによって、マイクロ流体システム１００の構成が小型化される。なお、図３に示した光学フィルタ２０の形成工程に続いて、フォトリソグラフィを活用して床部１４、隔壁部１２、および上面部１３が形成されマイクロ流路デバイス１０を得ることができる。共通のリソグラフィ設備を活用することができるため、マイクロ流路デバイス１０の製造コストを抑えることが可能となる。
また、マイクロ流路内に光学フィルタ２０を設定する箇所は制限されないので、マイクロ流路の形状に左右されずに、流速を測定することが可能である。また、光学フィルタ内の透過領域の配置に応じて流速を測定でき、マイクロ流路内の詳細な流速分布を測定することが可能となる。光学フィルタを用いて流路内の局所的な流速を測定することにより、マイクロ流路の形状や溶液の流れの均一性に依存しない測定が可能となる。
上述のように、本開示によれば、マイクロ流路内の流速情報を正確に取得することが可能となる。また、光学フィルタ２０の各透過領域は光信号の波長に応じて光信号を透過させるため、光学フィルタ２０の特性は、光信号の入射角等の影響を受ける場合がある。これに対し、本開示においては光学フィルタ２０がマイクロ流体デバイス１０内に配置され、光学フィルタ２０がマイクロ流路に近接した構成であるため、光学フィルタ２０とマイクロ流路の間において光信号の入射角にずれが発生することを抑制することができ、光学フィルタ２０によって検出された光信号を適切に評価することが可能となる。また、一般に光信号が物体を透過する場合に透過する物体に光が吸収され光強度が減少する可能性があるが、本開示においては光学フィルタ２０とマイクロ流路デバイス１０が一体化されているため、光強度の減少を抑えることが可能となる。
また、光学フィルタ２０とマイクロ流路デバイス１０が一体化されることによって、マイクロ流体システム１００の構成が小型化される。なお、図３に示した光学フィルタ２０の形成工程に続いて、フォトリソグラフィを活用して床部１４、隔壁部１２、および上面部１３が形成されマイクロ流路デバイス１０を得ることができる。共通のリソグラフィ設備を活用することができるため、マイクロ流路デバイス１０の製造コストを抑えることが可能となる。
また、マイクロ流路内に光学フィルタ２０を設定する箇所は制限されないので、マイクロ流路の形状に左右されずに、流速を測定することが可能である。また、光学フィルタ内の透過領域の配置に応じて流速を測定でき、マイクロ流路内の詳細な流速分布を測定することが可能となる。光学フィルタを用いて流路内の局所的な流速を測定することにより、マイクロ流路の形状や溶液の流れの均一性に依存しない測定が可能となる。
【0058】
また、上述の説明では物質が透過領域とほぼ同じ大きさであることを前提としていたが、透過領域と遮光領域のパターニングのサイズや形状を変更することで、物質のサイズに合わせた流速測定をすることが可能である。また、光検出部に光の信号強度の形状も取得する機能を付加する場合、信号形状のＱ値から溶媒に含まれる物質のサイズを算定することも可能である。
【0059】
［第１実施形態の変形例］
なお、ステップＳ１０とステップＳ１１の間に、マイクロ流路３０に対して溶液が移動する方向を示す情報である送液方向情報を取得する工程を含めてもよい。例えば、制御部９０は、ポンプ４２を駆動させたことをトリガとして、マイクロ流路３０の導入口３２から排出口３３へ向かう方向に溶液が流れ始めたと判定し、溶液が流れた方向を示す情報を送液方向情報として取得する。また、マイクロ流路３０の流量センサまたは液圧センサを設けておくこととし、送液量および廃液量から溶液の送液方向を判定することも可能である。仮に、ポンプ４２の配置箇所並びに導入口３２および排出口３３の配置箇所が定まっており、マイクロ流体システム１００における送液方向が確定している場合、送液方向情報はすでに知られている情報であるため、送液方向情報を取得する必要はない。しかし、例えば、マイクロ流路が複数の経路を有しており、送液方向が所定の期間で変更される場合、制御部９０は、送液方向情報を取得し、送液方向情報と光強度の分布の時系列変化から、マイクロ流路内の溶液の流速を算出する。例えば、制御部９０は、光信号処理部８０によって光強度としきい値ＳＴとの比較を行って物質の位置を判定し、物質の位置の変化の方向と送液方向とのずれが所定範囲内に収まる場合、物質の移動を溶液の流速として扱う。
なお、ステップＳ１０とステップＳ１１の間に、マイクロ流路３０に対して溶液が移動する方向を示す情報である送液方向情報を取得する工程を含めてもよい。例えば、制御部９０は、ポンプ４２を駆動させたことをトリガとして、マイクロ流路３０の導入口３２から排出口３３へ向かう方向に溶液が流れ始めたと判定し、溶液が流れた方向を示す情報を送液方向情報として取得する。また、マイクロ流路３０の流量センサまたは液圧センサを設けておくこととし、送液量および廃液量から溶液の送液方向を判定することも可能である。仮に、ポンプ４２の配置箇所並びに導入口３２および排出口３３の配置箇所が定まっており、マイクロ流体システム１００における送液方向が確定している場合、送液方向情報はすでに知られている情報であるため、送液方向情報を取得する必要はない。しかし、例えば、マイクロ流路が複数の経路を有しており、送液方向が所定の期間で変更される場合、制御部９０は、送液方向情報を取得し、送液方向情報と光強度の分布の時系列変化から、マイクロ流路内の溶液の流速を算出する。例えば、制御部９０は、光信号処理部８０によって光強度としきい値ＳＴとの比較を行って物質の位置を判定し、物質の位置の変化の方向と送液方向とのずれが所定範囲内に収まる場合、物質の移動を溶液の流速として扱う。
【0060】
［第２実施形態］
第２実施形態は、流速測定の方法を適用して、マイクロ流路におけるつまりの発生を判断する点で、第１実施形態と異なる。以下の説明において、上述の第１実施形態と同一または同等の構成要素については同一の符号を付し、その説明を簡略または省略する。
第２実施形態は、流速測定の方法を適用して、マイクロ流路におけるつまりの発生を判断する点で、第１実施形態と異なる。以下の説明において、上述の第１実施形態と同一または同等の構成要素については同一の符号を付し、その説明を簡略または省略する。
【0061】
図１２は、マイクロ流路におけるつまりの発生を判断する方法のフローチャートである。図１２の方法は、第１実施形態のマイクロ流体システム１００と同じシステムにおいて行われる。図１２のステップＳ２０からステップＳ２２は、図１１に示される第１実施形態のステップＳ１０からステップＳ１２と同様の内容であるため、説明を省略する。
【0062】
ステップＳ２３およびステップＳ２４は、ステップＳ２０の送液を開始してからステップＳ２２において流速が算出されるごとに、リアルタイムに行われる。ステップＳ２３（第４工程）において、ｔ０を所定の時刻とした場合、前記マイクロ流路の所定の位置において、時刻ｔ０+Δｔ・ｎ（ｎは正の整数）における流速ｖｎと時刻ｔ０＋Δｔ・（ｎ－１）における流速ｖｎ－１を比較し、流速の増減を判定する。言い換えると、所定の位置の座標（ｉ、ｊ）においてある時刻ｔｎ（例えばｔｎ＝ｔ０＋Δ・ｎ）における流速をｖｎ（ｉ、ｊ）とし、ｔｎ－１、ｔｎ、ｔｎ＋１、…というように時系列に従って流速が算出される場合、ある時刻ｔｎにおけるｖｎ（ｉ、ｊ）とｖｎ－１（ｉ、ｊ）が比較される。具体的には、図９を参照すると、矩形領域（ｋ、ｍ）において、流速ｖｎを時刻ｔ０と時刻ｔ０+２Δｔの間の光強度の変化から算出された速度とし、流速ｖｎ－１を時刻ｔ０－Δｔと時刻ｔ０＋Δｔとの光強度の変化から算出された速度とする場合、ｖｎ（ｍ、ｋ）とｖｎ－１（ｍ、ｋ）とを比較し、流速の増減が判定される。複数の座標について、同様の判定が行われる。
【0063】
続いて、ステップＳ２４（第５工程）において、流速の増減からマイクロ流路３０の所定の位置においてつまりが発生したことを判断する。具体的には、制御部９０は、ステップＳ２３においてｖｎ（ｉ、ｊ）がｖｎ－１（ｉ、ｊ）より大きいと判定した場合（ステップＳ２３においてＹｅｓ）、座標（ｉ、ｊ）の位置に対応するマイクロ流路３０において、つまりが発生したと判断する（ステップＳ２４）。つまりの発生に対処するため、制御部９０は、例えば、ポンプ４２を制御し、送液部４０から送液を停止する。
【0064】
なお、ステップＳ２３においてｖｎ（ｉ、ｊ）がｖｎ－１（ｉ、ｊ）以下と判定された場合（ステップＳ２３においてＮｏ）、ステップＳ２２に戻り、流速の算出が行われる。
【0065】
［第２実施形態の変形例］
図１３は、第２実施形態の変形例のフローチャートである。図１３におけるステップＳ２００からステップＳ２４０は、図１２における第２実施形態のステップＳ２０からステップＳ２４と同じであるので、説明を省略する。
図１３は、第２実施形態の変形例のフローチャートである。図１３におけるステップＳ２００からステップＳ２４０は、図１２における第２実施形態のステップＳ２０からステップＳ２４と同じであるので、説明を省略する。
【0066】
ステップＳ２４０においてマイクロ流路３０においてつまりが発生したと判断された後、制御部９０は、ステップＳ２００において実行している送液について、送液量を増加させる（ステップＳ２５０）。例えば、制御部９０は、ポンプ４２の吐出量を増加させるように制御をする。
【0067】
続いて、ステップＳ２６０において、制御部９０は、ステップＳ２５０を行った後の時刻ｔｐ（ｐはｎより大きい整数）における流速ｖｐ（ｉ、ｊ）を算出する。ステップＳ２６０は、ステップＳ２１０およびステップＳ２２０と同様の処理を含む。
【0068】
続いて、制御部９０は、ｖｐ（ｉ、ｊ）とｖｎ（ｉ、ｊ）とを比較する（ステップＳ２７０）。制御部９０は、ｖｐ（ｉ、ｊ）がｖｎ（ｉ、ｊ）より大きいと判定した場合（ステップＳ２７０においてＹｅｓ）、座標（ｉ、ｊ）の位置に対応するマイクロ流路３０において、つまりが発生したと判断する（ステップＳ２８０）。
【0069】
なお、ステップＳ２７０においてｖｐ（ｉ、ｊ）がｖｎ（ｉ、ｊ）以下と判定された場合（ステップＳ２７０においてＮｏ）、ステップＳ２２０に戻り、流速の算出が行われる。
【0070】
（作用・効果）
上述のように、リアルタイムで流速分布を測定し流速の増減を判定することによって、マイクロ流路内のつまりを検出することが可能となる。
また、第２実施形態の変形例においては、送液量を変化させたうえで流速に変化が生じることを確認する工程が加えられる。これによって、つまりの発生の判断をより確実に行うことが可能となる。
上述のように、リアルタイムで流速分布を測定し流速の増減を判定することによって、マイクロ流路内のつまりを検出することが可能となる。
また、第２実施形態の変形例においては、送液量を変化させたうえで流速に変化が生じることを確認する工程が加えられる。これによって、つまりの発生の判断をより確実に行うことが可能となる。
【0071】
［第３実施形態］
第３実施形態は、つまりの発生を判断する場合に光強度を用いる点で第２実施形態とは異なる。以下の説明において、上述の第１実施形態および第２実施形態と同一または同等の構成要素については同一の符号を付し、その説明を簡略または省略する。
第３実施形態は、つまりの発生を判断する場合に光強度を用いる点で第２実施形態とは異なる。以下の説明において、上述の第１実施形態および第２実施形態と同一または同等の構成要素については同一の符号を付し、その説明を簡略または省略する。
【0072】
図１４は、光強度を用いてマイクロ流路におけるつまりの発生を判断する方法のフローチャートである。また、図１５は、マイクロ流体システムの構成を模式的に示す図である。マイクロ流体システム１００ａは、送液部４０に遠沈管４３とポンプ４４を有する点で、図４のマイクロ流体システム１００と異なる。遠沈管４１は溶液を貯留するところ、遠沈管４３は溶媒のみを貯留する。
【0073】
ステップＳ３０において、制御部９０は、溶質を含まない溶媒を送液する。例えば、制御部９０は、溶媒のみを含む遠沈管４３から送液を行うことが可能である。
【0074】
続いて、ステップＳ３１において、制御部９０は、光源部６０を発光させ、光信号をマイクロ流路３０に照射させる。
【0075】
ここで、所定の位置の座標（ｉ、ｊ）における光強度を、Ｓ（ｉ、ｊ）と表記する。ステップＳ３２において、光源部６０から照射された光信号は溶媒のみを透過するため、制御部９０は、ベース強度であるＳ０（ｉ、ｊ）を取得することができる。
【0076】
続いて、ステップＳ３３において、制御部９０は、溶質を含む溶媒、つまり検体としての溶液を送液する。例えば、制御部９０は、送液部４０において溶液を含む遠沈管４１に切り替えて、送液を行う。
【0077】
続いて、ステップＳ３４において、制御部９０は、光強度Ｓ（ｉ、ｊ）を一定時間ごとに取得する。例えば、制御部９０は、Δｔごとに光強度を取得することが可能である。
【0078】
ここで、ある時刻とｔｎ＝ｔ０＋Δｔ・ｎとし、時刻ｔｎにおける光強度をＳｎ（ｉ、ｊ）と表記する。ステップＳ３５において、制御部９０は、Ｓｎ（ｉ、ｊ）が取得された場合、Ｓ０（ｉ、ｊ）とＳｎ（ｉ、ｊ）の差の絶対値を算出し、絶対値が０より大きいか否かを判定する。ここで、図１６は、Ｓ０とＳｎの関係を示す図である。ベース強度Ｓ０と時刻ｔｎにおける光強度Ｓｎの間に差がある場合、図１６に示されるような光強度の変化が検出される。
【0079】
光強度の変化が検出された場合（ステップＳ３５においてＹｅｓ）、ステップＳ３６において、制御部９０は、マイクロ流路３０においてつまりが発生したと判断する（ステップＳ３６）。つまりの発生に対処するため、制御部９０は、例えば、ポンプ４２を制御し、送液部４０から送液を停止する。
【0080】
なお、ステップＳ３５において光強度の変化が検出されない場合（ステップＳ３５おいてＮｏ）、ステップＳ３４に戻り、光強度の取得が行われる。
【0081】
［第３実施形態の変形例］
図１７は、第３実施形態の変形例のフローチャートである。図１７におけるステップＳ３００からステップＳ３５０は、図１４における第３実施形態のステップＳ３０からステップＳ３５と同じであるので、説明を省略する。
図１７は、第３実施形態の変形例のフローチャートである。図１７におけるステップＳ３００からステップＳ３５０は、図１４における第３実施形態のステップＳ３０からステップＳ３５と同じであるので、説明を省略する。
【0082】
ステップＳ３６０においてマイクロ流路３０においてつまりが発生したと判断された後、制御部９０は、ステップＳ４３において実行している送液について、流速を上昇させる（ステップＳ３７０）。例えば、制御部９０は、ポンプ４２の吐出量を増加させるように制御をする。
【0083】
続いて、制御部９０は、ステップＳ３７０を行った後の時刻ｔｐ（ｐはｎより大きい整数）における光強度を取得し、ステップＳ３５０において算出したＳ０（ｉ、ｊ）とＳｎ（ｉ、ｊ）の差の絶対値（以下、「時刻ｔｎの絶対値」という。）と、Ｓ０（ｉ、ｊ）とＳｐ（ｉ、ｊ）の差の絶対値（以下、「時刻ｔｐの絶対値」という。）と、を比較する（ステップＳ３８０）。時刻ｔｎの絶対値が時刻ｔｐの絶対値以下である場合（ステップＳ３８０においてＮｏ）、制御部９０は、マイクロ流路３０においてつまりが発生したと判断する（ステップＳ３９０）。一方、時刻ｔｎの絶対値が時刻ｔｐの絶対値よりも大きい場合（ステップＳ３８０においてＹｅｓ）、制御部９０は、ステップＳ３４０に戻り、光強度の取得を行う。
【0084】
（作用・効果）
第３実施形態およびその変形例において、光強度の変化に基づいてマイクロ流路においてつまりが発生したかどうかを判断することが可能である。第２実施形態と比較して、流速を求める工程が省略できるため、制御部における処理負荷を抑えることが可能となる。
また、第３実施形態の変形例においては、流速を変化させたうえで光強度の差の絶対値に変化が生じることを確認する工程が加えられる。これによって、つまりの発生の判断をより確実に行うことが可能となる。
第３実施形態およびその変形例において、光強度の変化に基づいてマイクロ流路においてつまりが発生したかどうかを判断することが可能である。第２実施形態と比較して、流速を求める工程が省略できるため、制御部における処理負荷を抑えることが可能となる。
また、第３実施形態の変形例においては、流速を変化させたうえで光強度の差の絶対値に変化が生じることを確認する工程が加えられる。これによって、つまりの発生の判断をより確実に行うことが可能となる。
【0085】
［第４実施形態］
第４実施形態は、廃液部にポンプおよび遠沈管が設けられる点で、第１実施形態と異なる。以下の説明において、上述の第１実施形態と同一または同等の構成要素については同一の符号を付し、その説明を簡略または省略する。
第４実施形態は、廃液部にポンプおよび遠沈管が設けられる点で、第１実施形態と異なる。以下の説明において、上述の第１実施形態と同一または同等の構成要素については同一の符号を付し、その説明を簡略または省略する。
【0086】
図１８は、マイクロ流体システムの構成を模式的に示す図である。マイクロ流体システム１００ｂにおいて、廃液部５０は、遠沈管５１とポンプ５２を有する。送液を行う場合、制御部９０は、ポンプ５２を制御し、送液部４０の遠沈管４１からマイクロ流体デバイス１０へ溶液を流す。マイクロ流路３０を流れた溶液は、廃液部５０の遠沈管５１に貯留される。
【0087】
（作用・効果）
送液部および廃液部の構成を変更しても、マイクロ流路の流速測定を行うことが可能である。また、第４実施形態の構成を、第１実施形態から第３実施形態に適用することも可能である。仮にマイクロ流体デバイス１０に分岐する複数のマイクロ流路が設けられ、複数の送液部および廃液部を要する場合にも、送液部および廃液部の各々を制御したうえで、流速測定を行うことが可能となる。
送液部および廃液部の構成を変更しても、マイクロ流路の流速測定を行うことが可能である。また、第４実施形態の構成を、第１実施形態から第３実施形態に適用することも可能である。仮にマイクロ流体デバイス１０に分岐する複数のマイクロ流路が設けられ、複数の送液部および廃液部を要する場合にも、送液部および廃液部の各々を制御したうえで、流速測定を行うことが可能となる。
【0088】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【0089】
１０ マイクロ流体デバイス、１１ 基板、１２ 隔壁部、１３ 上面部、１４ 床部、２０ 光学フィルタ、２１ 遮光領域、２２ 第１透過領域、２３ 第２透過領域、２４ 第３透過領域、２５ 第４透過領域、３０ マイクロ流路、３１ 物質、３２ 導入口、３３ 排出口、４０ 送液部、４１ 遠沈管、４２ ポンプ、４３ 遠沈管、４４ ポンプ、４５ 接続チューブ、５０ 廃液部、５１ 遠沈管、５２ ポンプ、５５ 接続チューブ、６０ 光源部、７０ 光検出部、８０ 光信号処理部、９０ 制御部、１００、１００ａ、１００ｂ マイクロ流体システム、２２０ カラーレジスト、２２１ フォトマスク
【要約】
【課題】本発明では、マイクロ流路の形状に左右されずマイクロ流路内の流速情報を正確に取得可能な技術を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の流速測定方法の一つは、マイクロ流路を備えるマイクロ流体デバイスに溶液を送液する第１工程と、前記マイクロ流路に光信号を照射し、前記マイクロ流路を透過した光信号の光強度の分布を時系列に取得する第２工程と、前記第２工程において取得された第１時刻の前記光強度の分布と第２時刻の前記光強度の分布との変化を示す時系列変化を算出し、前記光強度の分布の前記時系列変化から、前記マイクロ流路内の前記溶液の流速を算出する第３工程と、を含むものである。
【選択図】図１
【解決手段】本発明の流速測定方法の一つは、マイクロ流路を備えるマイクロ流体デバイスに溶液を送液する第１工程と、前記マイクロ流路に光信号を照射し、前記マイクロ流路を透過した光信号の光強度の分布を時系列に取得する第２工程と、前記第２工程において取得された第１時刻の前記光強度の分布と第２時刻の前記光強度の分布との変化を示す時系列変化を算出し、前記光強度の分布の前記時系列変化から、前記マイクロ流路内の前記溶液の流速を算出する第３工程と、を含むものである。
【選択図】図１
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】