JP2002505439A - 経路に沿って流体の流量を変更させるための流量変更装置および流量変更方法 - Google Patents

経路に沿って流体の流量を変更させるための流量変更装置および流量変更方法

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エドワード アンドリュー シャウ,ジョン
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Abstract

(57)【要約】 寸法と、位置と、熱および/または圧力を加える状態または機能とを変化させる変形可能弁とクランプとを使用することによって、経路に沿って流体の流量を変更させる流量変更装置が開示されている。廃棄可能な化学的アッセイ装置(10)と、この化学的アッセイ装置を使用する方法とが開示されている。アッセイ装置(10)は入口ポート(12)、反応用チャンバ(14)、廃棄物貯蔵所(16)、フィルタ用チャンバ(18)、処理用チャンバ(20)、溶液または反応剤用リザーバ(22、24)、計量された読取セル(26、28、30、32)および息抜きチューブ(11、13)を有している。好ましい実施態様によれば、変形可能弁およびクランプの状態が変化しうるので、本発明は現存するアッセイ装置を越える利点を有している。それゆえ、アッセイ装置(10)によってさらに従来の手順よりも複雑な手順を実行することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 技術分野 本発明は、経路に沿って流体の流量を変更させる流量変更装置および流量変更
方法に関する。さらに特に、本発明は、制限されるものではないが、湿式化学解
析装置において経路に沿って流体の流量を変更させることに関する。
【0002】 従来技術 全ての「湿式化学」解析またはアッセイ装置の共通の特徴は、検体が一つまた
は複数の反応剤と共に通常は一連の処理または手順を受けることである。これら
処理または手順は、混合、反応、保温、フィルタ処理、沈殿凝集、測定および分
離を含む。簡単に言えば、流体を取り扱ういくつかの形態は、ほとんどのアッセ
イ装置において共通でかつ重要な特徴である。
【0003】 国際公開第9419484号公報(バイオサーキット会社(Biocircu
its Corporation))は、診断的解析に使用されて、多数のチャ
ンバと相互接続式経路とを具備する廃棄可能装置を開示している。毛細管を使用
してこの廃棄可能装置内における流体流れの制御作用を高めている。毛細管の一
つの形態は、流体流れ用毛細管チャネルと、互いに直角に横断する制御用毛細管
チャネルとを具備している。制御用毛細管が空であるときには、交差部によって
流体流れ用毛細管内の流体流れに影響を与えるが、制御用毛細管が充填されてい
るときには、流体流れ用毛細管内の流体流れを妨げない。従って、制御用毛細管
を液体でもって充填または空にすることによって、廃棄可能装置内を通る流体流
れを制御できる。
【0004】 同様の廃棄可能装置は国際公開第9727324号公報(デビッドサノフ研究
所(David Sarnoff Research Center))に開示
されている。この廃棄可能装置は、流体流れを制御するために弁とポンプとを使
用している。使用される弁はプランジャ形式であって、それにより、弁はピスト
ンとプランジャ用ロッドとを有するようになる。プランジャ用ロッドの直径は典
型的には60マイクロメートルのオーダであって、ピストンの直径は典型的には
200マイクロメートルのオーダである。
【0005】 米国特許第5278079号明細書(エンジマチクス株式会社(Enzyma
tics Inc.))は、毛細管を有する診断装置を開示している。毛細管は
、水によって膨張可能なポリマの体積部分を含んでいる。このポリマは水性媒体
に接触するときに毛細管内に封止部を形成する。しかしながら、一旦封止される
と、毛細管を容易に再開放することができない。
【0006】 通常の解析技術においては、流体処理作用は、正確な工学的流体用制御装置、
例えば弁、タップまたは流体供給装置に応じて定まる。これら流体用制御装置は
高価であって製造するのが困難である。それゆえ、これら制御装置の数と費用と
が原因となって、これら制御装置を廃棄可能ユニット内に含めることは適切では
ない。
【0007】 本発明の目的は、経路に沿って流体流れを変更させる流体流れ変更手段を設け
ることによって、前述した問題を克服することである。
【0008】 発明の開示 本発明の第一の実施態様によれば、経路に沿って流体の流量を変更させる流量
変更方法において、前記経路にほぼ隣接して配置される少なくとも一つの凹部を
形成し、前記経路内に変形可能材料からなる栓を配置して、それにより該変形可
能材料が前記経路内における前記流体の流れを概ね制限するようにし、さらに、
前記変形可能材料の状態を変化させて、それにより前記変形可能材料の少なくと
も一部分を少なくとも一つの前記凹部内に進入させるようにし、その結果前記経
路に沿って前記流体を流せられるようにした流量変更方法が提供される。
【0009】 本発明の第二の実施態様によれば、経路に沿って流体の流量を変更させる流量
変更方法において、前記経路にほぼ隣接して配置される少なくとも一つの凹部を
形成し、前記少なくとも一つの凹部内に変形可能材料の体積部分を配置し、さら
に、前記変形可能材料の状態を変化させて、それにより、前記変形可能材料の少
なくとも一部分を前記経路に進入させるようにし、その結果前記経路に沿って前
記流体の流れを概ね制限するようにした流量変更方法が提供される。
【0010】 本発明の第三の実施態様によれば、経路に沿って流体の流量を変更させる流量
変更方法において、経路を形成し、前記経路内に変形可能材料の体積部分を配置
し、それにより、この体積部分が前記経路に沿って前記流体の流れを概ね制限す
るようにし、さらに、前記変形可能材料の状態を変化させ、それにより、前記変
形可能材料の少なくとも一部分が所定の通路に沿って移動するようにし、その結
果前記経路に沿って前記流体を流せられるようにした流量変更方法が提供される
【0011】 本発明の第四の実施態様によれば、経路に沿って流体の流量を変更させる流量
変更方法において、経路を形成し、前記経路内に変形可能材料の体積部分を配置
し、それにより、該体積部分によって前記流体が前記経路に沿って流れるように
し、さらに、前記変形可能材料の状態を変化させ、それにより、前記変形可能材
料の少なくとも一部分が所定の通路に沿って移動するようにし、その結果前記経
路に沿って前記流体の流れを概ね制限するようにした流量変更方法が提供される
【0012】 前記所定の通路は、前記変形可能材料をはじくかまたは引き寄せる一つまたは
複数の領域によって形成されているのが好ましい。そのような特性を有する領域
をここでは疎水性領域と呼ぶ。 前記変形可能材料の状態が、(i)熱、(ii)圧力、(iii)UV放射、
(iv)光、(v)超音波エネルギ、または(i)から(v)のいずれかの組み
合わせを前記変形可能材料に提供することによって変化させられる。
【0013】 本発明の追加の実施態様によれば、経路に沿って流体の流量を変更させる流量
変更装置において、少なくとも一つの経路と、前記経路内に配置された変形可能
材料の体積部分とを有し、使用時に前記変形可能材料の状態を変化させることに
よって、前記流体の流量を前記経路に沿って変更させる流量変更装置が提供され
る。
【0014】 本発明の別の実施態様によれば、経路に沿って流体の流量を変更させる流量変
更装置において、少なくとも一つの経路と、前記経路に隣接して配置された変形
可能材料の体積部分とを有し、使用時に前記変形可能材料の状態を変化させるこ
とによって、前記流体の流量を前記経路に沿って変更させる流量変更装置が提供
される。
【0015】 流量変更装置は、一つまたは複数の経路に流体接続している少なくとも一つの
チャンバも有しうる。変形可能材料の体積部分を前記少なくとも一つのチャンバ
内に配置してよい。 前記変形可能材料を受容できる少なくとも一つの凹部が前記経路にほぼ隣接し
て配置されているのが好ましい。前記少なくとも一つの凹部が開口部を有してお
り、該開口部が、該開口部にガスを通過させるためのベントとして働きうる。
【0016】 前記流量変更装置は少なくとも一つの疎水性領域を有しうる。従って、材料の
流れは所定の通路に沿って案内されて、経路、チャンバまたは流量変更装置の他
の領域に接触するのが妨げられる。 前記流量変更装置は、変形可能材料の状態変化の割合を増大または減少させる
ために、前記流量変更装置から熱を除去または前記流量変更装置に熱を供給する
手段を有しうる。変形可能材料を含む装置の領域に熱(または他の形態のエネル
ギ)を加えると、変形可能材料はこの材料の位置、寸法または機能を変化させう
る。これにより、経路内における流体流れの割合が変化する。従って、初期には
閉鎖されている経路が遮断されなくなる、かまたは遮断される。
【0017】 加熱要素を前記流量変更装置上に印刷するか、または加熱用工具を使用して前
記流量変更装置の局部に熱を加えても良い。あるいは、前記流量変更装置の大面
積領域に熱を加えるか、もしくは前記流量変更装置または前記流量変更装置を含
むアッセイ装置の大面積領域から熱を除去する。例えば水浴に浸漬すること、外
部ヒータまたはペルチェ装置により加熱することが挙げられる。
【0018】 前記変形可能材料の状態を変化させるために、圧力、UV放射、光、超音波エ
ネルギ、または前記変形可能材料の状態を変化させる他の適切な手段を前記流量
変更装置に提供する提供手段を有する。 変形可能材料は熱活性材料であってよい。熱活性材料は、ワックスか、または
ポリマ、例えばポリプロピレン、ポリスチレン、ワックス/ポリマ混合物、金属
、例えばインジウム、もしくは加熱または冷却することにより状態を変える他の
適切な低融点材料であってもよい。熱活性材料およびワックスという用語は、こ
こでは互いに変更可能に使用される。
【0019】 簡潔に言えば、前記流量変更装置の経路に沿った流体流れは、弁、クランプに
より変更させられ、これらは、変形可能材料から形成されるのが好ましい。弁お
よびクランプは、熱、圧力または他の適切な手段を提供することによって、開放
または閉鎖しうる。これら弁またはクランプはゲートとしても知られている。後
述するように、熱を加えることによって、経路を流体流れに対して開放させるゲ
ートは熱開放可能ゲートとして知られている。熱を加えることによって、経路を
流体流れに対して閉鎖させるゲートは熱閉鎖可能ゲートとして知られている。
【0020】 熱開放可能ゲートの一つの実施例は、前記経路にほぼ隣接している少なくとも
一つの凹部内に熱活性材料を融解状態で流入できるように、経路内に配置された
熱活性材料を含む。空気(または他のガス)を材料によって前記凹部から置き換
えて、ベントに通して流出させる。或る形式の閉鎖可能ゲートは、経路にほぼ隣
接している少なくとも一つの凹部内に配置された熱活性材料である。この材料が
融解状態で凹部から経路まで流れるときに、この材料はベントを介して空気によ
って置き換えられる。
【0021】 あるいは、(または、少なくとも一つの凹部内に配置されえう材料に加えて)
材料は流体用経路内に配置され、それにより、経路は概ねまたは部分的に閉鎖さ
れるようになる。熱活性材料が経路を概ね閉鎖する場合には、材料に「熱を加え
ることによって経路は流体の流れに対して開放されうる。このことが熱開放可能
ゲートの形態である。しかしながら、材料が流体の流れを閉鎖しないか、または
部分的にのみ閉鎖する場合には、熱を加えることによって、材料が融解して流れ
て経路を概ね遮断する。このことが熱閉鎖可能ゲートの形態である。
【0022】 さらに別の実施態様においては、クランプを形成する装置の内面上の少なくと
も二点を接触させるように熱活性材料を配置しうる。クランプはチャンバ内に配
置されうる。クランプに熱を加えることによって、クランプは融解し、チャンバ
の表面は分離する。従って、圧力差を形成して流体をチャンバにまたはチャンバ
から経路に沿って移動させる。
【0023】 装置に含まれる少なくとも一つの表面が弾性変形可能であるのが好ましい。表
面が十分に柔軟な材料から構成されている場合には、圧力を表面に加えて、表面
は元の状態に戻るので、このことは利点である。 経路は材料の体積部分を含んでおり、それにより、圧力を加えることによって
、経路内において流体流れの割合が変化するようになる。材料は熱活性されうる
。従って、熱閉鎖可能経路の場合には、工具を使用することにより、熱活性材料
でもって上面と下面とを接続することによって経路を封止できる。経路の上面と
下面とが互いに直接的に接続される場合には、熱活性材料は必要とされない。熱
開放可能経路の場合には、工具が、経路に含まれるワックス内にチャネルを形成
しうる。このことが生じるときに、経路の弾性変形可能材料は以前の状態に戻る
。このようにして開放された経路は、ワックスへの加熱作用および続く冷却作用
によって再封止されうる。
【0024】 変形可能材料の体積部分に個別にアクセスすることができ、次いで、装置内の
流体流れの通路を正確に制御することができる。 弁およびクランプは使い捨て構造であってもよく、再使用可能な構造であって
もよい。
【0025】 本発明は化学的アッセイ装置を含む。このアッセイ装置は、少なくとも一つの
経路に流体接続する少なくとも一つのチャンバを有していて、前記経路は流体を
前記チャンバまで、または前記チャンバから流すことができるようになっている
アッセイ装置において、前記経路内に変形可能材料の体積部分が設けられており
、その結果、使用時に、前記変形可能材料の状態が変化することによって前記流
体の流量が前記経路に沿って変化するアッセイ装置である。
【0026】 変形可能材料を経路内に設置して、それにより、経路が概ね遮断されるか、あ
るいは材料を経路内に設置して、それにより、経路が部分的に遮断されるように
なる。 少なくとも一つの凹部を経路にほぼ隣接して配置し、凹部は変形可能材料を受
容できるようになっている。
【0027】 本発明の他の実施態様によれば、少なくとも一つの経路に流体接続する少なく
とも一つのチャンバを有していて、前記経路は流体を前記チャンバまで、または
前記チャンバから流すことができるようになっているアッセイ装置において、変
形可能材料の体積部分が凹部に設けられており、該凹部は前記経路にほぼ隣接し
て配置されており、その結果、使用時に、前記変形可能材料の状態が変化すする
ことによって前記流体の流量が前記経路に沿って変化するアッセイ装置に関する
【0028】 ベントとして働く開口部を凹部内に設けても良い。 チャンバは変形可能な外囲部を具備してよく、この外囲部の少なくとも二点を
、変形可能材料の体積部分でもって接続して良い。 アッセイ装置の領域は、少なくとも一つの疎水性部分を有していて、それによ
り、変形可能材料の流れが所定の通路に沿って案内される。
【0029】 変形可能材料は熱的に変形可能である。しかしながら、この材料は機械的に変
形可能であってもよい。 アッセイ装置は、熱的に変形可能材料を融解させる加熱手段を有しうる。アッ
セイ装置は熱を除去する手段、例えばヒートシンクを有してよい。個々のワック
ス式ゲートおよび/またはクランプに選択的に熱を加えるか、もしくは個々のワ
ックス式ゲートおよび/またはクランプから熱を除去してもよい。
【0030】 アッセイ装置によって形成された少なくとも一つの表面、またはアッセイ装置
内に形成された少なくとも一つの表面は弾性変形可能であり、それにより、ワッ
クス式ゲートおよび/またはクランプを機械的に変形させられる。 アッセイ装置は、入口ポート、反応用チャンバ、廃棄物用貯蔵所、フィルタ用
チャンバ、無限捕獲および処理用チャンバ、洗浄溶液または反応剤用リザーバ、
計量された読取セルの配列体、および息抜きチューブのグループからの少なくと
も一つの構成要素を含みうる。
【0031】 アッセイ装置は通常は矩形であるが、均等な他の形状、例えば円板形または六
角形でもよい。流体用経路およびチャンバの深さは、毛細管現象によって充填す
るのに十分に幅狭である(0.02ミリメートルから0.2ミリメートル)。経
路は(ミリメートルのオーダで)幅広になっており、この経路においては、流体
の流れが重力、圧力衝撃、遠心力、または慣性力によって放出されうる。前述し
た寸法は、約30から50マイクロリットルである処理用の流体サンプルによっ
て一定である。このことは実施例として挙げただけである。
【0032】 本発明の追加の実施態様によれば、アッセイ装置を製造するアッセイ装置製造
方法において、(a)少なくとも一つの流体用経路を基材上に形成し、(b)少
なくとも一つの反応用チャンバを基材上に形成し、(c)前記アッセイ装置内に
おいて変形可能材料からなる少なくとも一つの構成要素を形成し、(d)少なく
とも二つの基材を一緒に結合させて前記アッセイ装置を製造するアッセイ装置製
造方法が提供される。
【0033】 アッセイ装置の本体は、ポリマ、ならびにガラス、セラミックス、または金属
を含む混合材料から構成されるのが好ましい。構成物は、射出成形された構成要
素、および/または一緒に接合された多数の薄片を含みうる。アッセイ装置内の
経路およびチャンバは、上方および下方の平坦シートの間に形成される平面内に
形成されうる。経路およびチャンバは、印刷、エッチング、アブレーション、基
材の切断、基材のモールディング、またはこれらの組み合わせによって形成され
うる。薄片を体積させて、隣接する段の間に流体流れ用の貫通孔を設けることに
よって、さらに複雑な構造を形成することができる。
【0034】 アッセイ装置の上方部分と下方部分とを結合させることはこの動作に関しては
重要である。例えばスペーサ用ボールを含むスクリーン印刷用接着剤、切断接着
剤ガスケット材料(cut adhesive gasket materia
ls)、加熱用封止作用、UV硬化作用、機械的固定作用、超音波結合作用、ま
たは例えば米国特許出願第4865716号公報に開示されたような多孔質ガス
ケット技術によって結合作用を行うことができる。
【0035】 アッセイ装置は一つまたはそれ以上の前述したゲート、弁またはクランプを含
みうる。各ゲート、弁および/またはクランプに互いに個別にアクセスできる。 ワックス式ゲートおよびワックス式クランプは、融解ワックス、または溶媒内
に溶解したワックスを使用してプリントしてもよく、供給用チューブによって融
解ワックスをアッセイ装置内に注入すること、アッセイ装置をエッチングするこ
と、および選択配置要素を使用してアッセイ装置内の個々のワックス要素を配置
することによってワックス式ゲートおよびワックス式クランプを設けても良い。
【0036】 流体用オーバーフローライン、廃棄物収集所、使用開始時から廃棄までの段階
における開口部および封止部を設けても良い。
【0037】 好ましい実施態様の詳細な説明 本発明の実施態様は添付図面を参照して説明されるであろう。 図2から図9に示される本発明の実施態様は図1の化学的アッセイ装置に組み
入れられ得る。または、これら実施態様を他の形式のアッセイ装置に含めてもよ
い。
【0038】 図1を参照すると、血液または他の生物学的液体を解析するための化学的アッ
セイ装置10が示されている。反応またはアッセイによる最終生成物は光学的方
法によって検出されうる。例えば、色の変化がフォトダイオードまたは光ファイ
バ装置により、もしくは視覚的に検出されうる。化学的アッセイ装置は、典型的
には50平方センチメートルの面積であって、3ミリメートルから10ミリメー
トルの厚みを有している。化学的アッセイ装置10は、行われるべきプロセスの
複雑さ、および処理されるべき流体の体積に応じて、かなりの大型または小型で
ありうる。この特別な実施態様においては、化学的アッセイ装置10は免疫アッ
セイを行うよう形成されており、このことを本発明の操作方法を示すために説明
する。
【0039】 化学的アッセイ装置10は、略矩形であって略平坦な基材を具備しており、こ
の基材内に多数のチャンバが経路によって相互接続されている。化学的アッセイ
装置10内の流体制御作用は、ワックス式ゲートおよびワックス式クランプによ
って行われ、図1にはこれらの初期状態(開放または閉鎖)が示されている。 化学的アッセイ装置10は、経路12aを介して反応(例えば溶解)用チャン
バ14に流体接続されている入口ポート12を有している。反応用チャンバ14
は、別個の流体用チャネル14a、14bを介してそれぞれ廃棄物用貯蔵所16
およびフィルタ用チャンバ18に通じている。フィルタ用チャンバ18は、各流
体用チャネル18a、18bによってチャンバ22、24および処理用チャンバ
20に流体接続している。チャンバ22は初期には洗浄溶液によって充填されて
おり、チャンバ24は溶離剤によって充填されている。溶離剤は材料を処理用チ
ャンバ20から置き換えるのに使用される。
【0040】 処理用チャンバ20はチャネル20aによって廃棄物用貯蔵所16に接続され
ている。チャネル20aは計量された読取セル26、28、30、32の配列体
に通じている。読取セル26から32からの空気がチャネル16a内に流入する
。チャネル16bが設けられていて、チャネル20a、16aにリンクしている
。計量された読取セルの一つの動作を図1の読取セル26を参照して説明する。
【0041】 化学的アッセイ装置10の解析エリアの領域は、大型ボアである入口ポート2
6aを具備している。この入口ポート26aは、定量のセル26に通じていて、
セル26は幅狭ボアである出口チューブ26bに接続されている。出口チューブ
26bは経路16aに通じていて、最終的には廃棄物用貯蔵所16に通じている
。部品26a、26、26bを具備する構造体は、この構造体内部の流体の量に
応じて定まる流体のインピーダンスを有している。流体は幅狭ボア区分に到達す
るまでセル内を自由に流れうる。この段階において、流体をセル内に流し続ける
のに必要とされる力はかなり増大される。この点において、最小の抵抗の通路に
沿って最も容易に流れる流体が、隣のセル(この場合にはセル28)に通じるコ
ンジットなどに向けられる。従って、各セル26、28、30、32は順番に充
填されて、各セルに流入する流体の体積を制御することができる。
【0042】 チャンバ20は流体用経路20bによってチャンバ38にも接続されている。
チャンバ38はチャンバ40に通じている。チャンバ38および40の両方はワ
ックス式クランプを含んでいる。両方のチャンバ38、40は初期には放出状態
にある。 廃棄物用貯蔵所16は経路16cを介して息抜きチューブ13に接続している
。リザーバ22は経路22aを介して息抜きチューブ11に通じている。これら
息抜きチューブ11、13によって、流体が装置内を自由に移動することができ
る。息抜きチューブ11、13は非臨界領域に接続されているときに、過剰の流
体が解析作用の実行時に干渉しないようにしている。
【0043】 リザーバ24は経路24aによってチャンバ42に接続されている。チャンバ
42は、液体に接触したときにガスを生じさせる乾燥混合物によって予め充填さ
れている。このことは図9に示されている。 チャンバ間の流体流れを制御するために、ワックス式ゲートが流体用経路に配
置されている。図1においては、ワックス式ゲートは初期の状態が示されている
。例えば、流体流れは初期にはゲート34において遮断されている。従って、初
期の流体はゲート36を通って自由に流れることができる。
【0044】 図1を再び参照すると、免疫アッセイのための工程の典型的なシーケンスが示
されている。血液サンプル(図示しない)が入口ポート12を介して化学的アッ
セイ装置内に注入される。血液は、毛細管現象および/または静水圧によって反
応用チャンバ14を充填し、次いで過剰の血液が経路14aを通って廃棄物用貯
蔵所16に流入する。血液は、反応剤による細胞の溶解作用に必要とされる限り
反応用チャンバ14内に残存する。反応剤は、化学的アッセイ装置の製造時に所
定の供与量がこのチャンバ内に導入される。次いで、ゲート44を閉鎖してゲー
ト46を開放させてクランプ48を解放させてその結果、減圧のチャンバ38を
部分的に駆動させるために、ゲート44、46およびクランプ48に熱を加える
【0045】 次いで、溶解した血液は部分的な減圧作用によってフィルタ用チャンバ18を
通って付勢され、血清(serum)が処理用チャンバ20を充填する。次いで
、血清内の抗原が抗体に結合する。この抗体はガラスまたはセラミック製ビード
(図示しない)上に標識を付けられている。ビードは製造段階において予め供与
されてチャンバ20内に導入される。
【0046】 次いで、ゲート50、52、54およびクランプ56におけるヒータを起動さ
せることによって血清をチャンバ20内のガラス製ビードから洗い流す。チャン
バ40内の部分的な減圧部分によって、洗浄流体がチャンバ22からチャンバ2
0を通って引き出され、チャンバ20内において粒子に結合した抗体を残す。廃
棄される洗浄溶液と血清とがチャンバ38、40に進入する。
【0047】 次の工程は溶離である。ゲート57、58、60、36、34、62に配置さ
れているヒータを起動させることによって、反応剤用リザーバ24内の流体が、
ガス発生用粉末を湿らせる。次いで、流体は気体によってチャンバ20を通って
解析用セル26、28、30、32に向かうようにされる。リザーバ24からの
溶離剤はチャンバ20を通過するときには、抗原がビードから解放されて溶離剤
内において解析用セルまで担持される。これらセルは反応剤、例えば、抗原と反
応して溶液の色または蛍光性を変化させる酵素系を含む。光学的解析の認識され
た方法を使用して反応による最終生成物を検出して測定することができる。一旦
、セル26、28、30、32が充填されると、流体流れに対する抵抗が幅狭出
口用チャネル26b、28b、30b、32b内において増大する。次いで、過
剰の流体がチャネル16bを通って廃棄物用貯蔵所16に放出される。
【0048】 最終的に、衛生的に処分するために、ゲート66、68、70におけるヒータ
を起動させることによって、化学的アッセイ装置内の流体を封止する。
【0049】 本発明の追加の実施態様を、図2から図9を参照して説明する。 図2は、ワックス式ゲート73を有する経路の一部の平面図である。このワッ
クス式ゲート73は熱を加えることによって、流体の流れに対して経路を閉鎖す
る。ワックスの体積部分は凹部72内に含まれている。経路75はワックスの流
れを案内するために疎水性領域76を有している。ゲート73に熱を加えると、
ワックスは融解して流体用経路内に(疎水性領域によって案内されつつ)流出し
てこの経路内における流体の流れを遮断する。空気が入口74を通って進入して
凹部72内のワックスに置き換わる。従って、空気は融解したワックスが逆流す
るのを妨げる。ワックスを冷却すると、経路に沿った流体流れが遮断される。
【0050】 図3においては、ワックス式ゲート77を有する経路の一部の平面図が示され
ている。ワックス式ゲート77に熱を加えることによってワックス式ゲート77
は流体の流れに対して経路75を閉鎖する。ワックス78の体積部分が、流体の
通路に設置されていて、流体流れを部分的に遮断している。ゲートに熱を加える
ことによって、ワックスは融解して流れて、疎水性領域76によって案内される
経路を閉鎖する。ワックスを冷却すると、経路に沿った流体流れが遮断される。
【0051】 図4は熱閉鎖可能な経路の他の形態を示している。ワックス78の体積部分が
経路75に配置されていて、流体の流れを部分的にのみ遮断している。チャネル
を閉鎖するために、移動可能な熱封止用工具80を使用して圧力および熱の両方
を加え、チャネルを完全に封止する。この形態のゲートの場合には、経路を形成
している少なくとも一つのシートが変形可能材料から形成されることを必要とす
る。変形可能材料を第二のシートに対して(熱、圧力、または他の方法によって
)直接的に封止させる場合には、ワックスは必要でない。
【0052】 図5、図6、および図7の全ては熱開放可能な経路を示している。すなわちワ
ックス式ゲートは経路内の流体流れに対して初期には閉鎖されている。 図5は、ゲート79を有する経路75の一部の平面図を示している。ゲート7
9は、このゲートに熱を加えることによって流体流れに対して経路を開放させる
。ワックスの体積部分は二つの凹部72の間において経路内に配置されている。
ワックスの流れを案内するために、凹部は疎水性領域76を有している。ゲート
に熱を加えることによって、ワックスは融解して凹部内に流入する。空気は入口
74を通って排出されて凹部内のワックスに置き換えられ、融解したワックスが
逆流するのを妨げる。ワックスを冷却させると、流体用経路は開放する。
【0053】 図6を参照すると、他の形態のワックス式ゲート81を有する経路75の一部
の平面図が示されている。ゲートに熱を加えることによって、ゲートは流体の流
れに対して経路を開放させる。ワックス78の体積部分は流体の経路内に配置さ
れていて、流体が流れるのを妨げている。このワックス式ゲートに熱を加えるこ
とによって、ワックスは融解して、疎水性領域76によって案内されている経路
に流入する。ワックスを冷却させると、流体用経路は経路に沿って流体を流すこ
とができる。
【0054】 図7は経路75内に配置された他の熱開放可能ゲートを示している。ワックス
78の体積部分が経路内に配置されていて、流体の流れを遮断している。経路を
開放させて流体の流れを流すために、移動可能な熱封止用工具80を使用して経
路に対して熱および圧力の両方を加える。この熱封止可能工具の形状によって、
ワックスを変形させて、ワックス内にチャネルを形成することができる。この形
式のゲートは、経路を形成する少なくとも一つのシートが変形可能であって弾性
的であることを必要としており、それにより、シートは元の状態に戻って経路を
開放させるようになる。
【0055】 前述したワックス式弁に加えて、流体流れを移動させる構成要素が必要であり
うる。毛細管現象を使用していくらかの流体を運動させることもできる。充填可
能領域または吸収性領域を開放させることによって、もしくは前述したこの形式
の弁を開放させることによって、流体が運動することを拡張することができる。
しかしながら、圧力差を生じさせられる構造体を採用することによってさらに柔
軟性を持たせることができる。このことは図8および図9に示されている。
【0056】 図8はワックス式クランプ78を含むチャンバ38を示している。チャンバ3
8の形状および体積を変化させることによって、圧力差を生じさせて、接続され
ている経路およびチャンバ内の流体を移動させる(または吸出す)ことができる
。チャンバ38を放出させるために、ワックスの体積部分を使用して、合成プラ
スチック材料からなる二つのシート37a、37bを一緒に固定する。熱を加え
ることによって、ワックス式クランプ78は融解する。これにより、チャンバ3
8の表面は分離し、その結果、チャンバを充満するようになる。これによって圧
力変化が生じて、相互接続された経路を介して流体が吸い込まれる。チャンバ3
8は、ワックスに外圧(矢印Aによって示される)を加えて熱を加えることによ
って放出状態まで戻りうる。ワックスを冷却させると、変形可能な表面は一緒に
固定される。
【0057】 図9は流体の流れを移動させるために、圧力を生じさせる追加の手段を示して
いる。図9は、閉鎖されたワックス式ゲート86を有する経路に接続されたチャ
ンバ88を示している。チャンバは、乾燥したガス発生用混合物82、例えば酒
石酸を有する重炭酸ナトリウムを含んでいる。ワックス式ゲート86に熱を加え
ることによって、ワックスが流れて経路85を閉鎖しなくなる。溶液84はチャ
ンバ88内に流入して、ガス発生用混合物を湿らせて、ガスを発生させる。ガス
はチャンバ内において圧力を増大させる。次いで、ガスは、チャンバ内に流れた
液体を排出して、一つまたは複数の相互接続された経路に沿って移動させる。ガ
ス発生用混合物に加えて、不活性吸収性材料をチャンバ内に含めるか、またはチ
ャンバを、灯心として働く毛管式マット材料(capillary matti
ng)によって充填してもよい。
【0058】 本発明を多数の実施例によって説明した。当業者であれば、本発明の精神から
逸脱することなしに、これら実施態様に変更を行うことができるのは明らかであ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に含まれる化学的アッセイ装置の平面図である。
【図2a】 初期の開放式ワックス式ゲートを有する経路の平面図であり、ワックスが経路
に隣接する凹部内に配置されている。
【図2b】 図2aの経路の平面図であって、ワックス式ゲートが、経路に熱を加えること
によって閉鎖されている。
【図3a】 初期の開放式ワックス式ゲートを有する経路の平面図であり、ワックスの体積
部分が経路に配置されている。
【図3b】 図3aの経路の平面図であって、ワックス式ゲートが、経路に熱を加えること
によって閉鎖されている。
【図4a】 初期の開放式ワックス式ゲートを有する経路の平面図であり、ワックスの体積
部分が経路に配置されている。
【図4b】 図4aの経路の断面図である。
【図4c】 図4aの経路の断面図であって、熱および圧力を加えることによって経路は閉
鎖されている。
【図5a】 初期の閉鎖式ワックス式ゲートを有する経路の平面図であり、ワックスが経路
および経路に隣接する凹部内に配置されている。
【図5b】 図5aの経路の平面図であって、ワックス式ゲートに熱を加えることによって
ワックス式ゲートが開放しており、ワックスは経路に隣接する凹部内に流入して
いる。
【図6a】 初期の閉鎖式ワックス式ゲートを有する経路の平面図であり、ワックスの体積
部分が経路内に配置されている。
【図6b】 図6aの経路の平面図であり、ワックス式ゲートに熱を加えることによってワ
ックス式ゲートが開放している。
【図7a】 閉鎖されているワックス式ゲートおよび加熱用工具を有する経路の断面図であ
る。
【図7b】 図7aの経路の断面図であり、熱と圧力とを加えることによって経路が流体の
流れに対して再開放されている。
【図7c】 図7bの平面図である。
【図8a】 チャンバ内で使用されるワックス式クランプの平面図である、ワックス式クラ
ンプは初期には開放または閉鎖されている。
【図8b】 ワックス式クランプを有する放出状態のチャンバの断面図である。
【図8c】 ワックス式クランプを有する充満状態のチャンバの断面図である。
【図9a】 初期には閉鎖されているワックス式ゲートを有する経路に流体接続していてガ
ス発生用混合物を含むチャンバの平面図である。
【図9b】 開放式ワックス式ゲートを有する図9aのチャンバの平面図であり、(毛管現
象または外圧によって)流体がチャンバ内に流入して、該チャンバ内に含まれる
ガス発生用材料に接触する。
【図9c】 図9aのチャンバの平面図であり、流体がガスによってチャンバから流出され
る。
【図9d】 図9aのチャンバおよび連結用経路の断面図である。
【手続補正書】特許協力条約第34条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成12年3月7日(2000.3.7)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0004
【補正方法】変更
【補正内容】
【0004】 同様の廃棄可能装置は国際公開第9727324号公報(デビッドサノフ研究
所(David Sarnoff Research Center))に開示
されている。この廃棄可能装置は、流体流れを制御するために弁とポンプとを使
用している。使用される弁はプランジャ形式であって、それにより、弁はピスト
ンとプランジャ用ロッドとを有するようになる。プランジャ用ロッドの直径は典
型的には60マイクロメートルのオーダであって、ピストンの直径は典型的には
200マイクロメートルのオーダである。 米国特許第5267585号明細書(BOCヘルスケア(BOC Healt
h Care))においては、流れ用制御弁が開示されている。変形可能な弾性
要素が、入口と出口との間を通る流体の流れ用経路内に少なくとも部分的に位置
決めされている。この弾性材料を変形させることによって、流体の流れ用経路が
変化して、前記流れ用制御弁を通る流体流れを制御できる。 温度操作式ガス弁が米国特許第4949742号明細書(スペクトルフィジク
ス(Spectra Physics))に開示されている。このガス弁は高圧
ガス領域と低圧ガス領域との間に位置決めされたコンジットを有している。この
コンジット内に制限部分が存在しており、この制限部分は、融解可能固体材料に
よって閉鎖される。ガス弁が開放されると、融解可能固体材料に熱を加えて、い
くらかの材料を流させて、高圧領域から低圧領域までガスを通過させる。これら
二つの領域間の圧力がほぼ等しいときに、コンジット内の制限部分に関連づけら
れる表面張力が、液体化した材料を所定の位置まで引き戻してガス弁を閉鎖して
封止する。 内部毛細管輸送経路を有する毛細管輸送装置が米国特許第4549952号明
細書(イーストマンコダック(Eastman Kodak))に開示されてい
る。経路内における液体の流量を制御するために、水により膨張可能な組成物(
例えば、ゲルまたは澱粉)を使用する。 国際公開第9822625号公報(ミシガン/ベクトンディッキンソン大学(
University of Michigan/Becton Dickin
son))は、核酸をマイクロ装置内において等温で増幅させるための方法と装
置とを開示している。このマイクロ装置は、等温調節された反応用チャンバに接
続された流体用チャネルを有している。チャネル内またはチャネルに沿って配置
された融解可能材料を使用することによってチャネル内における流体流れを調節
できる。
【手続補正3】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図1
【補正方法】変更
【補正内容】
【図1】

Claims (43)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 経路(75)に沿って流体の流量を変更させる流量変更方法
    において、前記経路(75)にほぼ隣接して配置される少なくとも一つの凹部(
    72)を形成し、前記経路内に変形可能材料(78)からなる栓を配置して、そ
    れにより該変形可能材料が前記経路内における前記流体の流れを概ね制限するよ
    うにし、さらに、前記変形可能材料の状態を変化させて、それにより前記変形可
    能材料の少なくとも一部分を少なくとも一つの前記凹部内に進入させるようにし
    、その結果前記経路に沿って前記流体を流せられるようにした流量変更方法。
  2. 【請求項2】 経路に沿って流体の流量を変更させる流量変更方法において
    、前記経路(75)にほぼ隣接して配置される少なくとも一つの凹部を形成し、
    前記少なくとも一つの凹部内に変形可能材料(78)の体積部分を配置し、さら
    に、前記変形可能材料の状態を変化させて、それにより、前記変形可能材料の少
    なくとも一部分を前記経路に進入させるようにし、その結果前記経路に沿って前
    記流体の流れを概ね制限するようにした流量変更方法。
  3. 【請求項3】 経路(75)に沿って流体の流量を変更させる流量変更方法
    において、経路(75)を形成し、前記経路内に変形可能材料(78)の体積部
    分を配置し、それにより、この体積部分が前記経路に沿って前記流体の流れを概
    ね制限するようにし、さらに、前記変形可能材料の状態を変化させ、それにより
    、前記変形可能材料(78)の少なくとも一部分が所定の通路に沿って移動する
    ようにし、その結果前記経路に沿って前記流体を流せられるようにした流量変更
    方法。
  4. 【請求項4】 経路(75)に沿って流体の流量を変更させる流量変更方法
    において、経路(75)を形成し、前記経路内に変形可能材料(78)の体積部
    分を配置し、それにより、該体積部分によって前記流体が前記経路に沿って流れ
    るようにし、さらに、前記変形可能材料の状態を変化させ、それにより、前記変
    形可能材料(78)の少なくとも一部分が所定の通路に沿って移動するようにし
    、その結果前記経路に沿って前記流体の流れを概ね制限するようにした流量変更
    方法。
  5. 【請求項5】 前記所定の通路が一つまたは複数の疎水性領域(76)によ
    って形成されている請求項3または4に記載の流量変更方法。
  6. 【請求項6】 前記変形可能材料(78)の状態が、(i)熱、(ii)圧
    力、(iii)UV放射、(iv)光、(v)超音波エネルギ、または(i)か
    ら(v)のいずれかの組み合わせを前記変形可能材料に提供することによって変
    化させられる請求項1から5いずれか一項に記載の流量変更方法。
  7. 【請求項7】 経路(75)に沿って流体の流量を変更させる流量変更装置
    において、少なくとも一つの経路(75)と、前記経路内に配置された変形可能
    材料(78)の体積部分とを有し、使用時に前記変形可能材料(78)の状態を
    変化させることによって、前記流体の流量を前記経路に沿って変更させる流量変
    更装置。
  8. 【請求項8】 経路(75)に沿って流体の流量を変更させる流量変更装置
    において、少なくとも一つの経路(75)と、前記経路に隣接して配置された変
    形可能材料(78)の体積部分とを有し、使用時に前記変形可能材料(78)の
    状態を変化させることによって、前記流体の流量を前記経路に沿って変更させる
    流量変更装置。
  9. 【請求項9】 前記経路に流体接続する少なくとも一つのチャンバをさらに
    有する請求項7または8に記載の流量変更装置。
  10. 【請求項10】 前記チャンバ内に変形可能材料の体積部分が配置されてい
    る請求項9に記載の流量変更装置。
  11. 【請求項11】 前記変形可能材料を受容できる少なくとも一つの凹部(7
    2)が前記経路(75)にほぼ隣接して配置されている請求項7から10のいず
    れか一項に記載の流量変更装置。
  12. 【請求項12】 前記少なくとも一つの凹部(72)が開口部(74)を有
    しており、該開口部が、該開口部にガスを通過させるためのベントとして働くよ
    うにした請求項11に記載の流量変更装置。
  13. 【請求項13】 所定の通路に沿って流体を案内するために、少なくとも一
    つの疎水性領域(76)を有している請求項7から12のいずれか一項に記載の
    流量変更装置。
  14. 【請求項14】 前記変形可能材料の状態が変化する割合を増大または減少
    させるために、前記流量変更装置に熱を供給および/または前記流量変更装置か
    ら熱を除去するための熱手段を有する請求項7から13のいずれか一項に記載の
    流量変更装置。
  15. 【請求項15】 前記変形可能材料の状態を変化させるために、(i)圧力
    、(ii)UV放射、(iii)光、(iv)超音波エネルギ、または(i)か
    ら(iv)のいずれかの組み合わせを前記流量変更装置に提供する提供手段を有
    する請求項7から14のいずれか一項に記載の流量変更装置。
  16. 【請求項16】 前記変形可能材料(78)がポリマを含む請求項7から1
    5のいずれか一項に記載の流量変更装置。
  17. 【請求項17】 前記変形可能材料(78)がポリプロピレンまたはポリス
    チレンを含む請求項7から15のいずれか一項に記載の流量変更装置。
  18. 【請求項18】 少なくとも一つの経路(14a、14b)に流体接続する
    少なくとも一つのチャンバ(14)を有していて、前記経路は流体を前記チャン
    バ(14)まで、または前記チャンバから流すことができるようになっているア
    ッセイ装置(10)において、前記経路(14b)内に変形可能材料(46)の
    体積部分が設けられており、その結果、使用時に、前記変形可能材料の状態が変
    化することによって前記流体の流量が前記経路に沿って変化するアッセイ装置。
  19. 【請求項19】 少なくとも一つの経路(14a、14b)に流体接続する
    少なくとも一つのチャンバ(14)を有していて、前記経路は流体を前記チャン
    バ(14)まで、または前記チャンバから流すことができるようになっているア
    ッセイ装置(10)において、変形可能材料の体積部分が凹部に設けられており
    、該凹部は前記経路(14a)にほぼ隣接して配置されており、その結果、使用
    時に、前記変形可能材料の状態が変化すすることによって前記流体の流量が前記
    経路に沿って変化するアッセイ装置。
  20. 【請求項20】 前記経路(14b)にほぼ隣接して配置されている少なく
    とも一つの凹部を有する請求項18に記載のアッセイ装置。
  21. 【請求項21】 前記凹部までのベントまたは前記凹部からのベントとして
    働く開口部を有している請求項18から20のいずれか一項に記載のアッセイ装
    置。
  22. 【請求項22】 前記変形可能材料(46)が前記経路(14b)内に配置
    されていて、それにより、前記経路が部分的に遮断されるようにした請求項18
    に記載のアッセイ装置。
  23. 【請求項23】 チャンバ(38、40)が変形可能外囲部を具備し、前記
    外囲部の少なくとも二点が、変形可能材料(48、56)の体積部分によって接
    続されている請求項18から22に記載のアッセイ装置。
  24. 【請求項24】 前記アッセイ装置の領域が少なくとも一つの疎水性部分を
    有しており、それにより前記変形可能材料の流れを所定の通路に沿って案内する
    ようにした請求項18から23のいずれか一項に記載のアッセイ装置。
  25. 【請求項25】 前記変形可能材料が熱的に変形可能である請求項18から
    24のいずれか一項に記載のアッセイ装置。
  26. 【請求項26】 前記変形可能材料が機械的に変形可能である請求項18か
    ら24のいずれか一項に記載のアッセイ装置。
  27. 【請求項27】 加熱手段(80)をさらに有する請求項18から26のい
    ずれか一項に記載のアッセイ装置。
  28. 【請求項28】 熱除去手段をさらに有する請求項18から27のいずれか
    一項に記載のアッセイ装置。
  29. 【請求項29】 前記アッセイ装置によって形成される少なくとも一つの表
    面、または前記アッセイ装置内に形成される少なくとも一つの表面が弾性変形可
    能である請求項18から28のいずれか一項に記載のアッセイ装置。
  30. 【請求項30】 複数の変形可能材料の体積部分が設けられ、各体積部分は
    独立して他の体積部分からアクセス可能である請求項18から29のいずれか一
    項に記載のアッセイ装置。
  31. 【請求項31】 入口ポート(12)、反応用チャンバ(14)、廃棄物用
    貯蔵所(16)、フィルタ用チャンバ(18)、無限捕獲および処理用チャンバ
    (20)、洗浄溶液または反応剤用リザーバ(22)、計量された読取セル(2
    6、28、30、32)の配列体、および息抜きチューブ(11、13)のグル
    ープからの少なくとも一つの構成要素を含む請求項18から30のいずれか一項
    に記載のアッセイ装置。
  32. 【請求項32】 一つまたは複数の前記変形可能材料の体積部分に選択的に
    熱を加える請求項18から31のいずれか一項に記載のアッセイ装置。
  33. 【請求項33】 一つまたは複数の前記変形可能材料の体積部分から熱を選
    択的に除去する請求項18から32のいずれか一項に記載のアッセイ装置。
  34. 【請求項34】 前記アッセイ装置に含まれる少なくとも一つの領域に圧力
    を選択的に加える請求項18から33のいずれか一項に記載のアッセイ装置。
  35. 【請求項35】 アッセイ装置(10)を製造するアッセイ装置製造方法に
    おいて、(a)少なくとも一つの流体用経路(14a)を基材上に形成し、(b
    )少なくとも一つの反応用チャンバ(14)を基材上に形成し、(c)前記アッ
    セイ装置内において変形可能材料(44)からなる少なくとも一つの構成要素を
    形成し、(d)少なくとも二つの基材を一緒に結合させて前記アッセイ装置(1
    0)を製造するアッセイ装置製造方法。
  36. 【請求項36】 前記少なくとも一つの流体用経路(14a)が、(a)印
    刷、(b)エッチング、(c)アブレーション、(d)モールドの使用、(e)
    切断、または(a)から(e)のいずれかの組み合わせにより形成されうる請求
    項35に記載のアッセイ装置製造方法。
  37. 【請求項37】 前記少なくとも一つの反応用チャンバ(14)が、(a)
    印刷、(b)エッチング、(c)アブレーション、(d)モールドの使用、(e
    )切断、または(a)から(e)のいずれかの組み合わせにより形成されうる請
    求項35に記載のアッセイ装置製造方法。
  38. 【請求項38】 前記変形可能材料から構成される少なくとも一つの構成要
    素が、(a)前記変形可能材料を前記基材上に印刷、(b)エッチング、(c)
    構成要素の選択配置(pick−and−placing)、(d)供給用チュ
    ーブによる溶融材料の前記アッセイ装置内への注入、または(a)から(d)の
    いずれかの組み合わせによって形成される請求項35に記載のアッセイ装置製造
    方法。
  39. 【請求項39】 前記少なくとも一つの基材が、(a)接着剤、(b)硬化
    作用、(c)機械的固定作用、(d)加熱作用、(e)陽極結合作用(anod
    ic bonding)、または(a)から(e)の組み合わせによって結合さ
    れる請求項35に記載のアッセイ装置製造方法。
  40. 【請求項40】 図2から図9を参照して本願明細書に概ね開示されるよう
    なアッセイ装置。
  41. 【請求項41】 図1を参照して概ね開示されるようなアッセイ装置(10
    )。
  42. 【請求項42】 図面を参照して概ね開示されるような化学的解析方法。
  43. 【請求項43】 図面を参照して本願明細書に概ね開示されるような経路に
    沿って流体の流量を変更させる流量変更方法。
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