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公開番号2025045975
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-02
出願番号2023154083
出願日2023-09-21
発明の名称流速測定方法およびマイクロ流体システム
出願人TOPPANホールディングス株式会社
代理人弁理士法人第一国際特許事務所
主分類G01P 5/20 20060101AFI20250326BHJP(測定;試験)
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
特許請求の範囲【請求項１】
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、を含む流速測定方法。
続きを表示（約 820 文字）【請求項２】
請求項１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ｖ
ｎ
と時刻ｔ０＋Δｔ・（ｎ－１）における流速ｖ
ｎ－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３】
請求項２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４】
請求項１記載の流速測定方法が実行される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、少なくとも前記マイクロ流体デバイスと、前記第２工程において前記光強度を取得する光検出部と、前記第２工程において前記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、
前記マイクロ流路と前記光検出部の間に、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が配置される、
マイクロ流体システム。
【請求項５】
請求項４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６】
請求項４または請求項５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、前記マイクロ流体デバイス内に配置される、マイクロ流体システム。

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。
続きを表示（約 2,800 文字）【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】
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。
【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。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
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２は、光学フィルタの構造を模式的に示す図である。
図３は、光学フィルタの形成工程の一例を示す図である。
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。
図５は、光源部から照射された光信号がマイクロ流路を透過する場合を示す図である。
図６は、図５の第２透過領域において、光検出部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。
図７は、物質の光特性と光学フィルタに要求される特性との関係を示す図である。
図８は、光検出部によって検出された光強度の分布を示す図である。
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。
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１１は、流速測定のフローチャートである。
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１３は、第２実施形態の変形例のフローチャートである。
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。
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。
図１６は、Ｓ０とＳ
ｎ
の関係を示す図である。
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。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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