JP2003527616A - さらなる周辺チャンネルを有する微小流動デバイスおよびシステム - Google Patents

さらなる周辺チャンネルを有する微小流動デバイスおよびシステム

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トラビス ディー． ブーン，
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Abstract

(57)【要約】 このデバイスは、供給チャンネルからのサンプルの装填および注入に使用するための３つの主チャンネル（分離チャンネル、供給チャンネル、およびドレインチャンネル）を備える。供給チャンネルを分離チャンネルの上流および下流領域に接続し、供給およびドレインチャンネルを分離チャンネルの下流領域に接続する周辺チャンネル対は、チャンネルネットワークにおいて流動フローを誘導して、（ｉ）動電力または圧気力が供給およびドレインチャンネルを横切って適用される場合、分離チャンネルにおけるサンプル整形に影響を与え、そして（ｉｉ）動電力または圧気力が分離チャンネルの対向端を横切って適用される場合、供給およびドレインチャンネルにおけるサンプル引き戻しに影響を与える。このシステムは、デバイス、デバイスのリザーバと相互作用する電極、制御ユニットを組み込む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （発明の分野） 本発明の分野は、微小流動デバイスならびに、特に改良されたサンプル装填お
よび注入について設計されたデバイスである。
【０００２】 （背景） マイクロ技術は、すでに操作の実行の多数の局面に革命を起こしており、そし
て起こし続けている。この革命の一部として、微小流動は小さなコンパクトデバ
イスを提供して、微小な容量で化学操作および物理操作を実行する。この様式に
おいて、多数の事象が、従来の９６ウェルプレートで可能な試薬およびサンプル
よりも少ない桁を用いて小さな領域内で同時に実施され得る。微小流動の１つの
局面は、低容量の物質を固体基材上の１つの部位から他の部位へ移動するための
毛細界面動電学（ｃａｐｉｌｌａｒｙ ｅｌｅｃｔｒｏｋｉｎｅｓｉｓ）の使用
である。μＴＡＳまたは「チップ上のラボ（ｌａｂ−ｏｎ−ａ−ｃｈｉｐ）」と
一般的にいう、これらのデバイスは、化学操作を実施するための多数の利点を提
供する。これらのデバイスは、混合、化学反応（例えば、ポリメラーゼ連鎖反応
）の実施、遺伝子解析、薬物候補の生理学的活性のスクリーニング、および診断
がなおさら世間一般な用途に言及することを可能にする。デバイスは、ずっと小
さな量の試薬およびサンプルの使用を可能にし、より速い反応を可能にし、１つ
の反応容器から別の反応容器への簡単な移動および迅速かつ正確な検出のための
荷電存在物の簡単な分離を可能にする。
【０００３】 多数の設計は、特定のプロトコールと共にこれらの操作についての論文に記載
されている。一般的に、複数の交差型チャンネル、特に交差で結合するチャンネ
ルを有する。適切な電圧傾度を印加することによって、目的のイオンが存在する
容量は、小さな容量（プラグと呼ばれる）内で相対的に鮮明に線引きされ得る。
この操作は、サンプルプラグの前または後のサンプルがほとんどない状態でサン
プルプラグにおいて検出されるべき高濃度のサンプル成分を有することを望む場
合の分離において重要である。分離の前にプラグ形成を実施するために異なる設
計およびプロトコールを同定することに興味がある。
【０００４】 （発明の要旨） 本発明は、１つの局面において、サンプルを保持するための供給チャンネル、
ドレインチャンネル、および電解質緩衝液を含むための分離チャンネルを有する
型の微小流動デバイスにおける改良を含む。ここで、この供給チャンネルおよび
ドレインチャンネルは、それぞれ供給ポートおよびドレインポートでこの分離チ
ャンネルと交差し、このポートは、２つのポート間で分離チャンネルにおいてサ
ンプル容量領域を画定する。このデバイスはさらに、この供給チャンネル、ドレ
インチャンネル、ならびに分離チャンネルの上流端および下流端とそれぞれ連絡
する第１、第２、第３、および第４リザーバを含み、この結果、第１リザーバと
第２リザーバ間に界面動電力または圧気力を適用することは、サンプルを第１リ
ザーバから分離チャンネルにおけるサンプル容量領域を通し、そしてドレインチ
ャンネルへ移動するために有効であり、そして第３リザーバと第４リザーバとの
間に界面動電力または圧気力を適用することは、分離チャンネルにおけるこのサ
ンプル容量領域中のサンプルを下流方向に移動するために有効である。
【０００５】 サンプル処理（ｈａｎｄｌｉｎｇ）を改良するために、特にサンプル装填およ
び注入を改良するために設計された改良は、以下のチャンネル配置の１つまたは
両方を含む。サンプルストリームに関して、電気泳動において生じる場合、溶質
イオンのストリーム、電気浸透において生じる場合、液体もしくはイオン、ある
いは圧気力的に押し流される液体において生じる場合、溶解化学種もしくは懸濁
化学種または溶解粒子もしくは懸濁粒子を含む液体のストリームを意図し得るこ
とが理解される。
【０００６】 （ａ）供給チャンネルをサンプル容量領域の対向する側のそれぞれ分離チャン
ネルの上流領域および下流領域に接続する第１周辺チャンネルならびに第２周辺
チャンネル。この２つの周辺チャンネルは、必要な大きさにされ、そして配置さ
れ、その結果、第１リザーバと第２リザーバとの間に界面動電力または圧気力を
適用することは、サンプルを第１リザーバから分離チャンネルにおけるサンプル
容量領域を介して、そしてドレインチャンネルへと、供給チャンネルおよびドレ
インチャンネルを介して移動するのに有効であり、そして第１周辺チャンネルお
よび第２周辺チャンネル、ならびに分離チャンネルの上流領域および下流領域中
に含まれる電解質溶液をサンプル容量領域に向かって、そしてドレインチャンネ
ルへと移動するのに有効であり、それによりサンプル装填の間にサンプル容量領
域中のサンプルを、サンプルプラグの前縁および後縁がこのような急なフローの
非存在における拡散よりも拡散しない（すなわち、より輪郭がはっきりする）よ
うな様式で整形する；ならびに、 （ｂ）供給チャンネルおよびドレインチャンネルをそれぞれ分離チャンネルの
下流領域へと、それぞれ接続する第２チャンネルおよび第３チャンネル。この２
つの周辺チャンネルは、必要な大きさにされ、そして配置され、その結果、第３
リザーバと第４リザーバとの間に界面動電力または圧気力を適用することは、下
流方向に分離チャンネル中のサンプル容量領域のサンプルを移動するのに有効で
あり、そして分離サンプルチャンネルの上流領域に含まれる電解質溶液を、第２
チャンネルおよび第３チャンネルを介して移動する（「引き戻し（ｐｕｌｌ ｂ
ａｃｋ）」として公知のフローの組合せ）のに有効であり、それによりサンプル
チャンネルおよびドレインチャンネルに含まれる任意の成分を、サンプル注入の
間に、分離チャンネルのサンプル容量領域から移動し、それによって、移動の方
向に沿ったサンプルプラグの側方の輪郭明確さを維持するか、または高める。
【０００７】 １つの一般的な実施形態において、リザーバ間に適用された力は、リザーバ間
に電圧電位をおくことによって生じる界面動電力である。
【０００８】 別の一般的な実施形態において、チャンネルネットワークは、サンプル装填の
間に、サンプル容量領域中にサンプルを整形するための第一周辺チャンネルおよ
び第２周辺チャンネル、ならびにサンプル注入の間に第２チャンネルと共同して
、分離チャンネルのサンプル容量領域からサンプルチャンネルおよびドレインチ
ャンネルに含まれるサンプルを移動するための第３周辺チャンネルの両方を含む
。このデバイスは、ドレインチャンネルを分離チャンネルの上流部分に接続する
第４の周辺チャンネルを含み得る。
【０００９】 サンプルポートおよびドレインポートは、分離チャンネル内に軸方向に配置さ
れ得、それによって、サンプル容量領域は、２つのポート間に分離チャンネルの
領域を含む。あるいは、サンプルポートおよびドレインポートは、分離チャンネ
ルに沿って軸方向にオフセットされ得、それによって、サンプル容量領域は、２
つのポート間にポート自体を含む分離チャンネルの領域を含む。
【００１０】 別の実施形態において、上記の第１周辺チャンネルおよび第２周辺チャンネル
を含むデバイスは、さらに、第２の周辺チャンネルの対を含み、これらの各々は
、第１リザーバに隣接するサンプルチャンネルに沿った第１領域およびサンプル
チャンネルと分離チャンネルとの交差に隣接するサンプルチャンネルに沿った第
２領域から延びる。第２の周辺チャンネル対は、必要な大きさにされ、そして配
置され、その結果、第１リザーバと第２リザーバとの間に界面動電力または圧気
力を適用することは、サンプルを、第１リザーバからサンプルチャンネルを介し
て、分離チャンネルの方向へ移動するのに有効であり、そして第２の周辺チャン
ネル対に含まれる電解質溶液を、サンプルチャンネルにおける第１領域から第２
領域へ移動するのに有効であり、それにより分離チャンネルのサンプル容量領域
へと移動される場合、サンプルチャンネル中にサンプルを整形する。
【００１１】 別の局面において、本発明は、上記の微小流動デバイス、デバイスリザーバに
含まれる液体を接触するのに適応した電極、ならびにサンプル装填の間の第１リ
ザーバと第２リザーバとの間、およびサンプル注入の間の第３リザーバと第４リ
ザーバとの間の電圧電位差の制御のためのコントロールユニットを備える改良さ
れた微小流動システムを含む。
【００１２】 本発明のこれらおよび他の目的ならびに特性は、以下の本発明の詳細な説明が
添付の図面と共に読まれる場合、より全体的に明らかになる。
【００１３】 （発明の詳細な説明） 改良された微小流動デバイスは、バルク相流体および／またはイオンを輸送す
るための手段（例えば、界面動電学および圧気力）を使用する微小流動デバイス
における操作を実施するために提供される。このデバイスは、少なくとも４つの
リザーバを有し、そして特定の目的に対してより多くを有してもよい。４つのリ
ザーバの各々は、一次毛細チャンネルの端、すなわちサンプル送達／形成のため
の１つの端そして処理（例えば、注入および分離および検出）のための他の端の
近くに位置する。
【００１４】 操作の実施において、鮮明に線引きされた１つ以上の、小容量の目的の存在（
タイトプラグ）を形成することにしばしば興味があり、ここで、この存在物が、
液体中の存在物について比較的鮮明に線引きされた境界でしっかりと緻密（ｃｏ
ｍｐａｃｔ）または密集した（ｄｅｎｓｅ）塊（ｂｏｄｙ）または集団（ｍａｓ
ｓ）で注入される。この目的に対して、本デバイスは、タイトプラグを注入する
ために必要な操作を実施するために、２つの電極を使用する。このデバイスは、
２つの電極のみを使用して電位傾度を提供することで、異なるチャンネルの抵抗
の結果生じるイオンおよび／またはバルク相溶液のフローが、サンプルイオンの
注入および処理において所望の操作を生じる。
【００１５】 本発明の微小流動デバイスは、伝統的に３つの第１のまたは主チャンネル：（
ｉ）サンプルを保持するための供給チャンネル、（ｉｉ）ドレインチャンネル、
および（ｉｉｉ）電解質緩衝液を含有するための分離チャンネルを有する。供給
チャンネルおよびドレインチャンネルは、分離チャンネルをそれぞれ供給ポート
およびドレインポートで横切り、このポートは、２つのポート間の分離チャンネ
ルにおいてサンプル容量領域を規定する。
【００１６】 ４つのリザーバ（第１、第２、第３および第４リザーバを表わす）は、それぞ
れ、供給チャンネル、ドレインチャンネル、ならびに分離チャンネルの上流端お
よび下流端の自由な（遠位）端に配置される。慣習的に、動電力または圧気力を
第１および第２リザーバ間に適用することは、第１リザーバから供給チャンネル
、分離チャンネルのサンプル容量領域を介してドレインチャンネルへサンプルを
移動するのに有効であり、そして動電力または圧気力を第３および第４リザーバ
間に適用することは、分離チャンネルにおけるサンプル容量領域中のサンプルプ
ラグを下流方向へ移動するのに有効である。
【００１７】 本デバイスの改良は、サンプル装填の間、サンプルプラグ容量、サイズ、およ
び形を制御するために、供給チャンネルを、分離チャンネルの上流および下流部
分と接続する、ならびに／またはサンプル注入の間、供給チャンネルおよびドレ
インチャンネルへサンプルの引き戻しを生成するために、供給チャンネルおよび
ドレインチャンネルを、分離チャンネルの上流領域に接続する、２つ以上の周辺
チャンネルの追加を含む。
【００１８】 このデバイスは、微小構造、主チャンネルおよびリザーバが存在する基材また
はカード上で形成され、そしてこれらの基材またはカードを備える。この基材ま
たはカードは、一般的に、少なくとも約２０μｍ、より通常には少なくとも約４
０μｍの厚みを有し、少なくとも約０．５ｃｍ未満であり、通常は０．２５ｃｍ
未満である。基材の幅は、適用されるべきユニットの数によって決定され、そし
て約２ｍｍの小ささであり、そして約６ｃｍ以上までであり得る。他の方向の寸
法は、一般的に少なくとも約０．５ｃｍであり、そして約５０ｃｍ以下、通常は
約２０ｃｍ以下、そしてしばしば約１０ｃｍ以下である。例示的な実施形態は、
おおよそ８×１２ｃｍであり、いわゆるマイクロタイタープレートの「ＳＳＢ
Ｓｔａｎｄａｒｄ」寸法に一致する。この基材は、可撓性フィルムまたは相対的
に非可撓性固体であり得、ここで、微小構造体（例えば、リザーバおよびチャン
ネル）は、打ち出し加工、かたどり加工、機械加工などによって提供され得る。
この基材は、任意な都合の良い材料（例えば、ガラス、プラスチック、シリコン
、石英ガラス、など）であり得、操作の特性に依存して、チャンネル表面がコー
ティングされて、電気浸透の方向を促進、防止、制御し得る。
【００１９】 毛細チャンネルは、寸法、幅、深さおよび断面、ならびに形態（丸い、台形、
方形など）によって変わり得る。チャンネルの進路は、直線、丸い、蛇行、角み
集まる、交差、Ｔ字に集まるなどであり得る。チャンネル寸法は、一般的に約０
．１μｍ〜１ｍｍの深さの範囲であり、そして約０．５μｍ〜２ｍｍの幅の範囲
であり、ここで断面積は一般的に、約０．１μｍ２〜約２５ｍｍ２である。チャ
ンネル長さは、このチャンネルが使用されるべき操作に広範に依存して変わり得
る。中心分離チャンネルは、一般的に約０．０５ｍｍ〜約５０ｃｍ、より通常は
約０．５ｍｍ〜約１０ｃｍの範囲であり、そして多くの場合、５ｃｍ未満であり
、一方主チャンネル以外のチャンネル（周辺チャンネル）の種々の部分は、これ
らの範囲内であり、そしてしばしば範囲内のより低い部分である。
【００２０】 リザーバは、一般的に約１０ｎｌ〜約１０μｌの範囲の容量を有し、通常は、
約２０ｎｌ〜約１μｌの範囲の容量を有する。リザーバは、円筒形に整形される
か、または円錐形（特に逆円錐）に整形され得、ここで開口端またはリザーバの
表面の直径は、リザーバの底の直径の約１．５倍〜２５倍であり、通常は１．５
倍〜１５倍であり、ここで、このリザーバはチャンネルに接続する。
【００２１】 下の議論において、周辺チャンネルは、（ｉ）サンプル供給チャンネルを分離
チャンネルの上流部分（サンプル容量領域の上流）に接続する、第１周辺チャン
ネル；（ｉｉ）サンプル供給チャンネルを分離チャンネルの下流部分に接続する
、第２周辺チャンネル；（ｉｉｉ）ドレインチャンネルを分離チャンネルの下流
部分に接続する、第３周辺チャンネル；および（ｉｖ）ドレインチャンネルを分
離チャンネルの上流部分に接続する、第４周辺チャンネルをいう。
【００２２】 主チャンネルおよび周辺チャンネルにおける所望の抵抗は、種々の様式（チャ
ンネルの長さ、断面積、チャンネルを狭くする障害物、チャンネル内の非伝導性
ポリマー添加剤などを含む）で達成され得る。便宜上、これらのチャンネルは、
異なる断面積を有し得る。一般的に、イオン種のフロー（電流として測定される
）またはバルク相液体のフロー（容量／単位時間として測定される）は、チャン
ネルにおけるフローの抵抗に反比例し、ここで、この抵抗はチャンネルの長さに
比例し、そしてチャンネルの断面積に反比例する。従って、チャンネル抵抗を減
らし、それにより所定のチャンネルの電流フローを増加するために、チャンネル
の断面積を増加し、そしてチャンネル長さを減少する。
【００２３】 サンプル装填に必要な相対抵抗／電流フローを広く考察すると、第１周辺チャ
ンネルおよび第２周辺チャンネルは、本発明の種々の実施形態に対する以下の図
２、９および１４に示されるように、各周辺チャンネル中の電解質溶液を分離チ
ャンネルのサンプル容量領域へ移動して、分離チャンネル内でサンプル物質を整
形するために機能する。一般的に、第１周辺チャンネルを介してサンプル容量領
域へ近づく電解質フローの速度は、サンプルリザーバとドレインリザーバとの間
を直接移動する緩衝液およびサンプル物質のフローの速度のおよそ３〜２００％
であり；第２周辺チャンネルを介してサンプル容量領域へ近づく電解質フローの
速度は、サンプルリザーバとドレインリザーバとの間を直接移動する緩衝液およ
びサンプル物質のフローの速度のおよそ１〜２５％である。従って、一般的に、
第１周辺チャンネルおよび第２周辺チャンネルの合計の長さおよび断面積は、供
給チャンネルおよびドレインチャンネルの抵抗と相対的な適切な抵抗を提供する
ように寸法化および構成され、その結果、この２つの周辺チャンネルにおける電
流フローは、好ましくは、第１周辺チャンネルにおいてサンプルリザーバとドレ
インリザーバとの間の直接的な電流フローの約３％〜約２００％の間であり、そ
して第２周辺チャンネルにおいて約１％〜約２５％の間である。以下に議論され
る図６、１１、および１６は、サンプル装填のために電位を使用するデバイスで
の例示的な抵抗／電流値を示す。
【００２４】 サンプル引き戻しに必要とされる相対抵抗／電流フローを考察する場合、第２
周辺チャンネルおよび第３周辺チャンネルは、本発明の種々の実施形態に対する
以下の図３、１０および１５に示されるように、分離チャンネルの上流部分から
供給チャンネルおよびドレインチャンネルへ、そして分離チャンネルにおける下
流方向に電解質溶液を移動するために機能する。３つのチャンネルの各々に移動
する電解質の相対量は、第２周辺チャンネルおよび第３周辺チャンネルなたびに
分離チャンネルの下流部分の相対抵抗に依存する。代表的に、第２周辺チャンネ
ルを介して分離チャンネルに入るフローの１０％〜１１０％以上の量を指向する
こと、およびサンプル注入の間の引き戻しのために第３周辺チャンネルを介して
分離チャンネルへ入るフローの２０％〜１５０％の量を指向することが所望され
る。これは、上のように、デバイスの他のチャンネルと相対的な適切な抵抗を有
するように２つの周辺チャンネルを構成および寸法化することによってなされ得
る。以下に議論される図７、１２、および１５は、サンプル注入のために電位を
使用するデバイスの例示的な抵抗／電流値を示す。
【００２５】 周辺チャンネルは、交差を形成するように主チャンネルを係合するかまたはＴ
字を形成するようにオフセットし得る。通常、このオフセットは、少なくとも約
０．５μｍ、より通常は少なくとも約１．０μｍ、そして約５ｍｍ以下、通常は
約２ｍｍ以下である。このオフセットは、１つのアームにおけるイオンの移動を
別のアームと比較して高めるかまたは制限するようにアームの抵抗を変更するた
めなどに作用し得る。
【００２６】 層がチャンネル層として作用すること、およびこのチャンネルが生成される様
式（例えば、打ち出されるかまたはかたどられる）に依存して、囲い表面は、チ
ャンネルを囲うようにチャンネルの下か、またはそれらを囲うようにチャンネル
の上にある。下にある場合に、例えば、チャンネルおよびリザーバが基材に整形
される場合、囲いフィルムまたはプレート材料は、デバイスの支持体として作用
し得る。あるいは、囲い材料がカバーである場合、チャンネルは、打ち出しまた
はかたどりによって形成され得る。基材および／または囲いフィルムは、リザー
バを形成するように作用し得る。支持フィルムまたはプレート材料は、一般的に
、少なくとも約２５μｍであり、そして約５ｍｍの厚さ以下である。チャンネル
およびリザーバの底を囲うために使用されるフィルムまたはプレート材料は、一
般的に、約１０μｍ〜約２ｍｍの範囲、より通常は約２０μｍ〜１ｍｍの範囲の
厚みを有する。選択された厚みは、主に良好な密閉およびデバイスが計装に適応
するように使用される様式の便利さおよび確実さの１つである。従って、この範
囲は、重大ではない。
【００２７】 主チャンネル、周辺チャンネル、および結合リザーバを含む単一物で占められ
る領域は、デバイスのユニット数、ユニットの機能などに依存して広く変化する
。示すように、デバイスが９６〜３８４マイクロタイターウェルプレートと適合
性があるように設計されるほとんどの場合について、ユニットは、約４．５ｍｍ
〜９ｍｍの間隔を有する。
【００２８】 示されるように、基材は、可撓性フィルムまたは非可撓性固体であり得、その
結果、製造方法は基材の特性によって変わる。打ち出しのために、少なくとも２
つのフィルムが使用され、ここで、これらのフィルムはロールから引き伸ばされ
、１つのフィルムが打ち出され、そしてもう一方のフィルムが、その打ち出され
たフィルムに接着される物理的な支持を提供する。個々のユニットは、別個に使
用され得るようにスコア付けされ得るか、またはデバイスのロールがインタクト
で維持され得る。例えば、出願番号ＰＣＴ／９８／２１８６９を参照のこと。こ
のデバイスが個々に製造される場合、慣習的なかたどり技術を使用して通常かた
どられる。基材および付随フィルムは一般的に、プラスチック、特に有機ポリマ
ーであり、ここでこのポリマーとしては、付加ポリマー（例えば、アクリラート
、メタクリレート、ポリオレフィン、ポリスチレンなど）または縮合ポリマー（
例えば、ポリエーテル、ポリエステル、例えば、ポリカーボネート、ポリアミド
、ポリイミド、ポリシロキサンなど）が挙げられる。所望には、ポリマーが固有
の低い蛍光を有するかまたは、添加剤または漂白によってそのように作製され得
る。次いで、下にある囲いフィルムは、任意の慣習的な手段（例えば、熱ボンド
、接着剤など）によって基材に接着される。文献は、このようなフィルムの接着
の多くの例を有する。例えば、米国特許第４，５５８，３３３号；および同第５
，５００，０７１号を参照のこと。
【００２９】 本デバイスは、しっかりと規定された単一の化合物または混合物のプラグが所
望される多くの操作における用途を見出す。これらの操作としては、遺伝子解析
、単一ヌクレオチド多型の検出、配列決定、ハプロタイプ決定、酵素アッセイ分
析、候補薬物スクリーニング、プロテオミクスなどが挙げられる。
【００３０】 単純なプロトコールにおいて、緩衝液が、分離チャンネルの反対の端でドレイ
ンリザーバおよび２つのリザーバにおいて使用され、そしてサンプルが、残りの
供給リザーバに導入される。この操作の実施において、電圧傾度が供給リザーバ
とドレインリザーバとの間に印加され、その結果、サンプルの実体が２つのチャ
ンネルと分離チャンネルとの交差へ向けて流れる。このサンプルが交差を通って
流れる場合、図２、９、および１４に関して以下に示すように、サンプル整形効
果を生成するような周辺チャンネルのアームからのフローもまた存在する。残り
の２つのリザーバの電極が、浮動され得る。サンプル整形は、分離チャンネルお
よび周辺チャンネルの異なる抵抗の結果であり、チャンネルにおける電流および
イオンフローに影響を及ぼす。このサンプルは、送達チャンネルにおいて分析さ
れ得るかまたは、他の操作が実施され得る。
【００３１】 別の実施形態において、注入、引き戻しおよび分離を使用し得る。処理は、上
記のように開始される。一旦整形サンプルが形成されると、分離リザーバの電圧
が浮動され得、そして電圧傾度が分離チャンネルの端の２つのリザーバ間で確立
される。注入時での周辺チャンネルおよび分離チャンネルの抵抗の適切な選択に
よって、引き戻しが付随する。この期間の間、供給リザーバおよびドレインリザ
ーバが浮動され得、そして分離チャンネルに沿った電圧傾度が、変更され得る。
【００３２】 操作のタイミングおよびチャンネルアームの寸法を選択して、サンプルの実体
が周辺チャンネルアームから分離チャンネルへ伸びることを抑制する。注入の前
の時間の間、すなわちサンプル装填の間、サンプルの実体は、サンプルリザーバ
から送達チャンネルへ下り、そして周辺チャンネルのアームへ移動する。注入は
、サンプルの実体が送達チャンネルと周辺チャンネルとの交差に到着する前に開
始される。次いで、サンプルは、分離および検出または他の処理のために分離チ
ャンネルを介して輸送され得る。
【００３３】 本発明のさらなる理解のために、図を、ここで考察する。図１〜７は、整列化
された供給チャンネルおよびドレインチャンネル、ならびに第１周辺チャンネル
、第２周辺チャンネル、第３周辺チャンネル、および第４周辺チャンネルを有す
る第１の一般的な実施形態を示す。オフセット供給チャンネルおよびドレインチ
ャンネル、ならびに第１周辺チャンネル、第２周辺チャンネルおよび第３周辺チ
ャンネルを有する第２の一般的な実施形態は、図８〜１２に示される。図１３〜
１９に示される第３の実施形態は、整列化された供給チャンネルおよびドレイン
チャンネル、第１周辺チャンネル、第２周辺チャンネル、ならびにさらに、供給
チャンネルの上流領域および下流領域を接続する周辺チャンネルの第２の対を有
する。本発明が、下記の実施形態の２つ以上の特性を組合せた改変を含む、所望
の液体フローパターンをチャンネルネットワークに作製する周辺チャンネルアー
ムの基本的な役割と一致する他の実施形態を意図することは明らかである。
【００３４】 （実施形態１） 図１において、デバイス１０はチャンネルのネットワーク１２を有する。この
チャンネルとして、主分離チャンネル１４、供給チャンネル１６、およびドレイ
ンチャンネル１８が含まれる。供給チャンネルおよびドレインチャンネルはそれ
ぞれ、軸方向に整列化されたポート２０、２２で分離チャンネルを横切り、２つ
のポイント間に分離チャンネルのサンプル容量領域２４を形成する。サンプル容
量領域は、分離チャンネルを上流セグメントおよび下流セグメント、それぞれ１
４ａ、１４ｂに分かれる。示すように、チャンネル１６および１８は、第１リザ
ーバおよび第２リザーバ、それぞれ２６、２８によって、それらの遠位端で終結
され、そして分離チャンネルの上流端および下流端は、第３リザーバおよび第４
リザーバ、それぞれ３０、３２によって、それらの端で終結される。以下もまた
示される：供給チャンネルを分離チャンネルの上流領域３５に接続する第１周辺
チャンネル３４；供給チャンネルを分離チャンネルの下流領域３７に接続する第
２周辺チャンネル３６；ドレインチャンネルを分離チャンネルの下流領域３７に
接続する第３周辺チャンネル３８；および、ドレインチャンネルを分離チャンネ
ルの上流領域３５に接続する第４周辺チャンネル４０。リザーバ２６、２８、３
０、および３２にそれぞれ配置されるかまたは、配置されるように適用される、
電極４２、４４、４６、４８もまた示される。電極は、以下に記載されるように
サンプル装填、サンプル注入、およびサンプル分離のために電極に対して電圧を
制御するために操作する電圧制御ユニット５０に接続される。
【００３５】 デバイスが圧気力による流体移動のために設計される場合、デバイスのリザー
バは、選択されたリザーバ間に液体圧力差を生成するために適切な圧気力供給源
（例えば、圧縮サンプルまたは電解質緩衝液の供給源）に作動可能に接続される
。
【００３６】 図２において、操作中のデバイスが示される；番号付けの慣習は、図１に使用
されるものと同じである。操作は、サンプルストリームをサンプルリザーバから
供給チャンネルを介してサンプル容量領域へ送達することである。ここで、この
サンプルは、次の動電注入および分離のための調製において、動電学的に「整形
される」。この操作は、電解質緩衝溶液をデバイス１０に初めに導入することに
よって実施され、その結果、このチャンネルは、充填され、そして電解質をリザ
ーバ内に置く。次いで、サンプルは、リザーバ２６に添加され得、その結果、リ
ザーバ２６中の溶液は、デバイス１０の残留物中の溶液とは異なる。それぞれ、
リザーバ２６、２８における電極４２、４４は、活性化されて、２つのリザーバ
間に電位傾度を提供して、リザーバ２６からリザーバ２８に向けてシステムを通
る動電フロー（例えば、電気浸透バルク相フローおよび／または電気泳動溶質イ
オンフロー）を誘導する。供給チャンネルが第１周辺チャンネルおよび第２周辺
チャンネルと連絡する交差５０で、供給チャンネルセグメント１６ａからのサン
プルイオンフローは、チャンネル３４、３６、および１６を下る３つのストリー
ムに分かれる。この処理の間、リザーバ３０、３２中の電極４６および４８が、
浮動され得る。交差５０でのサンプルリザーバ２６からのフローの動電学分割お
よびサンプル容量領域２４での液体の集束の結果、整形サンプルストリームまた
はサンプル容量領域２４中のプラグ５２が形成され、分離チャンネルの上流側お
よび下流側からの緩衝液イオンのフロー間に挟まれたサンプルイオンフローと共
に、全てリザーバ４４に向けて移動する。
【００３７】 図２における矢印は、この操作についてのチャンネルのネットワークの種々の
位置でのフローの方向を示す。サンプルストリームは、チャンネル１４の任意の
セグメントまたは挟まれたサンプルストリーム５２が図３に示されるような注入
およびさらなる処理のために使用される間に解析され得る。
【００３８】 この操作における電位誘導フローが、電圧の代わりに同様に圧気力（圧力／真
空）を介して達成されて、交差２４でサンプルを送達および挟み得ることに留意
のこと。例えば、圧力は、リザーバ２６へ適用され、一方、リザーバ２８に真空
を適用する。リザーバ３０、３２の大気圧（またはリザーバ２６における適用圧
力よりも少ない適用圧力）への曝露は、電気的にこれらのリザーバを浮動するこ
とに類似している。
【００３９】 図３に対する番号付けは、図１および２に使用された番号付けと同じである。
図３において、デバイス１０は、サンプルイオンおよび／またはバルク相サンプ
ル容量が交差２４での整形ストリーム５２（図２を参照のこと）から分離チャン
ネルセグメント１４ｂへ動電学的に注入されている段階で示される。この操作に
おいて、電極４２、４４が浮動され得、そして電極４６、４８が活性化されて、
電圧傾度をリザーバ３０、３２間に提供し、動電フローをシステムを介してサン
プル容量領域２４からリザーバ３２の方向へ生じさせる。特に、電極４６、４８
間の電圧傾度は、整形サンプル５２（図２を参照のこと）をチャンネルセグメン
ト１４ｂへ導く。同時に、チャンネルセグメント１４ａの緩衝液イオンフローは
、これらの送達チャンネルセグメントのサンプル種を置き換えるようにチャンネ
ル１６、１８へ移動する。これらは、「引き戻し」といい、そしてチャンネル１
６、１８から分離チャンネルへのサンプル種の漏れ（これは、サンプル種の解析
を妨げる）を防ぐのに役立つ。引き戻しは、上記のように分離チャンネルセグメ
ント１４ｂの抵抗と比較した、第２周辺チャンネルおよび第３周辺チャンネルを
含むループの相対抵抗によって達成される。
【００４０】 図３における矢印は、この操作に対するチャンネルのネットワークにおける種
々の位置でのフローの方向を示す。分離チャンネルセグメント１４ｂ中の媒体の
特性、およびサンプルイオンの特性に依存して、整形サンプル５２（図２を参照
のこと）は、１４ｂ中の媒体での画分の移動度に基づいて、画分５４への電気泳
動分離に供され得る。検出は、サンプル画分が交差５６に到着する前に実施され
、ここでチャンネル３６、３８からのイオンストリームが途中でリザーバ３２に
集束する。一度に２つの電極のみの制御を使用する本デバイスは、サンプルイオ
ンの正確な移動を提供し、整形および解析、制御システムの単純化、ならびにコ
ストおよびこのようなシステムを駆動するのに必要な電源の複雑さの見かけ上の
減少を提供する。
【００４１】 さらに広い用途を提供するために、図１のデバイスと実質的に同じ配置を有す
る図４における同様のデバイス５６は、接続チャンネル６３を介して送達チャン
ネルアーム６０に接続されるさらなるリザーバ５８を有する。他の点では、全て
の他の構造は、図１〜３と同一である。リザーバ５８は、緩衝液を含み、この緩
衝液は、各操作後にチャンネルネットワークからサンプルを取り除くのに役立つ
。電極５８、４２、および４４に電圧を印加することにより、１電圧電位でのリ
ザーバ５８と、他の電圧でのリザーバ２６および２８との間に印加される電位傾
度は、リザーバ５８から交差６２へ緩衝液（または、他の洗浄剤）を引き出し、
ここで緩衝液（または、他の洗浄剤）は、供給チャンネル１６で二又に分けられ
、リザーバ２６および２８に向けてフローする。フローを誘導するための電位傾
度はまた、より高い圧力をリザーバ５８に、ならびにより低い圧力（または真空
）をリザーバ２６、４４に適用することによって圧気力的に作製され得ることに
留意のこと。この様式において、このシステムは、引き続く注入作業間にサンプ
ルイオンを取り除かれ得る。所望の場合、次いで最初のサンプルは、リザーバ２
６から除去され得、そして引き続く作業のために異なるサンプルで置き換えられ
得る。
【００４２】 図５において、デバイス６４の代替の実施形態が描かれ、この一般的な特性は
、図１〜３と同じ指定を有する。このデバイスは、供給チャンネルおよびドレイ
ンチャンネル（それぞれ１６、１８）、分離チャンネル１４、周辺チャンネル３
４、３６、３８、および４０、ならびにリザーバ２６、２８、３０、および３２
を含むチャンネルネットワークを有する。このデバイスは、リザーバが、主チャ
ンネルの伸長端においてではなく、３つのチャンネル（周辺チャンネルを含む）
の交差で形成されるという点で、デバイス１０とは異なる。従って、各リザーバ
は、３方向交差として利用される。この配置は、最も大きな電流を運搬するセグ
メント、すなわちリザーバへのチャンネル入口を除去することによって、チャン
ネル内の電流生成ジュール加熱の危険を減少する。この配置はさらに、初期の乾
燥（空）デバイスチャンネルを緩衝溶液で充填する処理の間の気泡のトラップの
機会がほとんどないので、このような充填処理を単純化する。
【００４３】 図６および７は、それぞれサンプルの送達／挟みおよび注入／分離を実施する
ためのデバイスにおける例示的な抵抗、印加電圧、および生じる電流を示す接続
図である。例えば、ｋΩがＭΩへ増加され得、そしてｍＡが同時にμＡに減少さ
れるような換算があてはまることが理解されるべきである。この概略図は、それ
ぞれ図２および３に起こっていることと同様である。チャンネル抵抗および印加
電圧の組合せは、変更されて、チャンネルネットワークの各セグメントにおける
他の所望される電流を達成し得る。
【００４４】 （実施形態２） 本発明の第２の実施形態に従って、図８〜１０に示されるデバイス７０はチャ
ンネルのネットワーク７２を有する。このデバイスは、主分離チャンネル７４、
供給チャンネル７６、およびドレインチャンネル７８を含む。供給チャンネルお
よびドレインチャンネルは、それぞれ軸方向に整列されるポート８０、８２で分
離チャンネルと交差し、２点間に、ポート８０の上流側からポート８２の下流側
に伸長するサンプル容量領域８４を形成する。上記のように、サンプル容量領域
は、分離チャンネルを上流セグメントおよび下流セグメント（それぞれ７４ａ、
７４ｂ）に分かれる。また上記と同様に、チャンネル７６および７８はその遠位
端で、第１リザーバおよび第２リザーバ（それぞれ８６、８８）により終結され
、そして分離チャンネルの上流端および下流端は、その端で、第３リザーバ、お
よび第４リザーバ（それぞれ９０、９２）により終結される。示されるものはま
た：供給チャンネルを分離チャンネルの上流領域９５へ接続する第１周辺チャン
ネル１０８；供給チャンネルを分離チャンネルの下流領域９７に接続する第２周
辺チャンネル１０４；およびドレインチャンネルを分離チャンネルの下流領域９
７に接続する第３周辺チャンネル１０６である。示されるものはまた、リザーバ
８６、８８、９０、および９２にそれぞれ配置されるかまたは、配置されるよう
に適合される電極９４、９６、９８、１００である。電極は、電圧制御ユニット
（示されない）に接続され、この電圧制御ユニットは、下記のように、サンプル
装填、サンプル注入、およびサンプル分離のために電極に対して電圧を制御する
ように操作される。
【００４５】 デバイスが、圧気力による流体移動のために設計される場合、デバイスのリザ
ーバは、選択されたリザーバ間に液体圧力差を生成するために適切な圧気力供給
源（例えば、圧縮サンプルまたは電解質緩衝液の供給源）に作動可能に接続され
る。
【００４６】 図９は、サンプル装填の間のデバイスの操作を示し、サンプルリザーバからの
サンプルは、供給チャンネルを介して、サンプル容量領域へ移動し、そしてサン
プル容量領域を通して移動され、引き続く動電的注入および分離のためにサンプ
ル容量領域において動電的に「整形される」かまたは「閉じ込められる」。この
操作は、図２に関して記載されるように、初めに電解質緩衝液をデバイス７０に
、そしてサンプルをリザーバ８６に導入することによって実施される。電極９２
、９６は、活性化されて、電位傾度を２つのリザーバ間に提供し、システムを介
してリザーバ８６から、供給チャンネルを通って、サンプル容量領域８４へそし
てサンプル容量領域８４を通って、そしてドレインチャンネルを介してリザーバ
８８に向けて動電的フローを誘導する。
【００４７】 供給チャンネルの交差１０３（ここで、供給チャンネルが第１周辺チャンネル
および第２周辺チャンネルと接続する）では、供給チャンネルセグメントからの
サンプルイオンフローは、チャンネル７６、１０４および１０８に沿って３つの
ストリームへ分かれる。この処理の間、リザーバ９０、９２内の電極９８、１０
０が、浮動され得る。サンプルリザーバ８６からのフローの交差１０３での動電
分割および液体のサンプル容量領域での集束の結果は、以下の通りである；（ｉ
）上流側では、チャンネル１０８およびセグメント７４ａを通ってフローする電
解質溶液は、分離チャンネル中のサンプルの上流側に対しておよびサンプルの上
流側の元でフローし、その上流側よりも下流に、ドレインチャンネル７８の方へ
サンプルを閉じ込めて整形するように作用し、そして（ｉｉ）下流側では、チャ
ンネル１０４およびセグメント７４ｂを通ってフローする電解質溶液が、分離チ
ャンネル中のサンプルの下流側に対して、そしてまたドレインチャンネル７８へ
フローし、その下流側でサンプルを閉じ込めて整形するように作用する。結果は
、サンプル容量領域中において閉じ込められたサンプル容量８９である。図８に
おける矢印は、この操作のためのチャンネルのネットワークの種々の位置でのフ
ローの方向を示す。
【００４８】 デバイスの第１の実施形態のように、この操作における電位誘導フローは、電
圧の代わりに圧気力（圧力／真空）を介して同様に達成されて、サンプル容量領
域８４にサンプルを送達し、そして挟み得る。
【００４９】 図１０において、デバイスは、サンプルイオンおよび／またはバルク相サンプ
ル容量が、領域８４中の閉じ込められたサンプル容量８９（図２を参照のこと）
から分離チャンネルセグメント７４ｂへ動電的に注入された段階で示される。こ
の操作において、電極８６、８８が不活化され、そして浮動され得る。電極９０
および９２は、活性化されて、リザーバ９０、９２間に電圧傾度を提供し、サン
プル容量領域８４からリザーバ９２に向けてこのシステムを通る動電フローを生
成する。同時に、チャンネルセグメント７４ａからの緩衝液イオンまたはバルク
相電解質のフローは、チャンネル７６、７８中のサンプルを置き換えるようにこ
れらのチャンネルへ移動する。上記のように、この引き戻し効果は、チャンネル
７６、７８から分離チャンネルへのサンプル種の漏れ（そのサンプル種の解析を
妨げる）を防ぐために役立つ。この引き戻しは、上で議論したように、分離チャ
ンネルセグメント７４ｂの抵抗に対する、第２周辺チャンネルおよび第３周辺チ
ャンネルを含むループの相対的抵抗によって達成される。
【００５０】 図１０の矢印は、この操作についての、チャンネルのネットワーク中の種々の
位置でのフローの方向を示す。分離チャンネルセグメント７４ｂ中の媒体の特性
、およびサンプルイオンの特性に依存して、整形サンプル８９は、７４ｂ中の媒
体での画分１０８の移動度に基づく画分１０８への電気泳動分離に供し得る。検
出は、サンプル画分が交差９７に到着する前に実施し、ここでチャンネル１０４
、１０６からのイオンストリームが途中でリザーバ９２に集束する。上記のよう
に、この実施形態は、どの時点でも２つの電極のみの制御しか必要としないが、
サンプルイオンまたはバルク相サンプル材料の正確な移動を提供し、整形および
解析、制御システムを単純化し、そしてこのようなシステムを駆動するのに必要
な電源のコストおよび複雑さを表面上減少する。
【００５１】 図１１および１２は、それぞれサンプル送達／挟みおよび注入／分離を実施す
るためのデバイスにおける例示的な抵抗、印加電圧、および生じる電流を示す接
続図であるり、上記の換算の特徴が適用される。この図は、それぞれ図９および
１０で生じていることと適合する。チャンネル抵抗および印加電圧の組合せを、
チャンネルネットワークの各セグメントにおける他の所望の電流を達成するため
に変更し得る。
【００５２】 （実施形態３） 図１３は、本発明の第３の実施形態に従って構築されたデバイス１１０の平面
図を示す。上記のデバイス１０と同様に、このデバイスは、主分離チャンネル１
１４、供給チャンネル１１６、およびドレインチャンネル１１８を含むチャンネ
ルのネットワーク１１２を有する。供給チャンネルおよびドレインチャンネルは
、それぞれ軸方向に整列されるポート１２０、１２２で分離チャンネルと交差し
、この２つのポイント間に、分離チャンネルのサンプル容量領域１２４を形成す
る。このサンプル容量領域は、分離チャンネルを上流セグメントおよび下流セグ
メント（それぞれ１１４ａ、１１４ｂ）へ分かれる。示されるように、チャンネ
ル１１６および１１８は、第１リザーバおよび第２リザーバ（それぞれ１２６、
１２８）によって遠位端で終結され、そして分離チャンネルの上流端および下流
端は、第３リザーバおよび第４リザーバ（それぞれ１３０、１３２）によってそ
の端で終結される。ドレインチャンネルを分離チャンネルの下流領域１４３に接
続する第２周辺チャンネル１４２と、ドレインチャンネルを分離チャンネルの下
流領域１４３に接続する第３周辺チャンネルとがまた、示される。リザーバ１２
６、１２８、１３０、および１３２にそれぞれ配置されるかまたは、配置される
ように適合される電極１３４、１３６、１３８、および１４０もまた示される。
これらの電極は、デバイス１０中のように電圧制御ユニット（示されない）に接
続され、このユニットは、下に記載するように、サンプル装填、サンプル注入、
およびサンプル分離のために電極に対する電圧を制御するように作動する。ある
いは、このデバイスが圧気力による流体移動のために設計される場合、デバイス
のリザーバは、選択されたリザーバ間の液体圧力差を生成するために適切な圧気
供給源（例えば、圧縮サンプルまたは電解質緩衝液の供給源）に作動可能に接続
される。
【００５３】 交差１２４のちょうど上流でサンプルストリームの整形を得るために、周辺チ
ャンネル１４６、１４８の第２の対が、交差１５０、１５２で供給チャンネル１
１６に連結される。一般的に、交差１２４、１５２は、小さなチャンネルによっ
て分離される。このチャンネルは、非常に低い抵抗を有し、一般的に、製造プロ
セスによって許容される程度に小さくあり得るが、供給チャンネル１１６の長さ
約１０％以下であり、通常は約５％以下である距離であり、そして約０．０１ｍ
ｍほどの小ささであり得るが、通常は約０．１ｍｍ以上である距離である。実体
が交差１５０から１５２へチャンネルセグメント１１６を下って移動する時間は
、２つの周辺チャンネル１４６、１４８を通るよりも区画１３６を通る方が有意
に短い。従って、２つのチャンネル１４６、１４８を流れるサンプル実体は、操
作の過程の間、供給チャンネル区画１１６を流れるサンプル実体と出会わない。
【００５４】 送達プロセスの実施において、チャンネルを、通常は適切な緩衝液で満たし、
その結果、そのチャンネルが満たされ、そしてリザーバ中には豊富な液体がある
。適切な時点で、サンプルは、処理のためにリザーバ１２６へ導入され得る。
【００５５】 図１４において、このプロセスの次の局面、すなわち整形サンプルの装填が描
かれる。ストリームに関して、電気泳動で生じるイオンのストリーム、電気浸透
で生じる液体およびイオン、または圧気で生じる液体のストリームが意図され得
ることが理解される。電気泳動による操作を実施する場合、電極は、リザーバ１
２６、１２８中の液体と接触する。イオンの特性に依存し、イオンがリザーバ１
２６からリザーバ１２８に向けて移動する場合に、電圧傾度が作製される。電界
はこのチャンネル全てに透過して、電界の強さを変更するので、このチャンネル
全てを通るイオン移動がある。各チャンネルでの移動の程度は、上で議論したよ
うに、供給源からの距離、チャンネルの長さ、チャンネル中のイオンの移動に対
する抵抗およびチャンネル内の電界の強さに依存する。
【００５６】 図１４に描かれるように、陰影で示されたサンプルは、リザーバ１２６から分
離チャンネルの交差１２４へ移動する。これは、電極１３８、１４０が浮動され
得ると同時に、電極１３４、１３６を活性化することによって、駆動される。交
差１２７では、サンプルイオンは、第２周辺チャンネル１４２を通って交差１２
９の方向へ進む。供給チャンネル１１６を通るイオンの移動と比較して周辺チャ
ンネル１４２を通るイオンの移動はより長い経路であるために、このイオンは、
よりゆっくりとこのチャンネルを通って移動し、そして送達処理および挟み処理
と関連しない。
【００５７】 交差１５０では、サンプルイオンは、３つのチャンネル（供給チャンネル区画
１１６ｂ、および２つの周辺チャンネル１４６、１４８）間で分かれる。供給チ
ャンネル区画のイオンのフローに対する抵抗は、近接する周辺チャンネル１４６
、１４８よりも少ない。従って、このイオンは、より速やかに交差１５２、１５
４を通って供給チャンネルを下って移動する。
【００５８】 周辺チャンネル１４６、１４８における電界ならびにこれらのチャンネルへの
サンプルイオンの移動は、緩衝液イオンを交差１５２へ移動し、サンプルイオン
を狭ストリーム１５４に限定する（整形サンプルストリームといわれる）。狭サ
ンプルストリームは、狭く限定されたストリームとして交差１５４を通って供給
チャンネルへ下り続ける。分離チャンネル区画１４０ｂには、交差１５４へのわ
ずかなフローが存在し、さらにサンプルストリームを整形する。リザーバ１３０
から交差１５２へのフローは、あったとしてもほとんど存在しない。これは、電
極１３８が浮動されているため、分離チャンネル区画１４０ａには実質的に電界
が存在しないからである。この結果が、分離チャンネル内のサンプル容量領域を
通る整形サンプルストリームのサンプル装填である。
【００５９】 図１５では、送達および分離の処理のサンプル注入段階が、描かれる。この図
は、整形サンプルストリームを形成した後であり、そしてサンプルが分離チャン
ネルの交差で分離チャンネル区画１４０ｂへ注入される状況を描く。この段階で
は、電極１３４、１３６は、電極１３８、１４０が活性化される（例えば、電圧
電位が与えられて、液体およびイオンをリザーバ１３０からリザーバ１３２へ動
電的に駆動する）間に浮動され得る。図面から認識され得るように、サンプルチ
ャンネルおよびドレインチャンネルへのサンプル引き戻しは、上で議論されたよ
うに周辺チャンネル１４２、１４４のリザーバ１４０への電解質移動によって起
こる。
【００６０】 分離チャンネル区画１４０ｂは、ふるい分けマトリクスを含み、イオン移動度
に基づいてイオンの分離を提供し得る。従って、示されるように、サンプルの異
なる成分は、異なる分画１５６に分離する。通常、検出器が使用されて、分離チ
ャンネルの下流端に隣接する交差１６０の上流の（右側の）観察ポイントを個々
の画分が通って移動する場合に、その画分を検出する。
【００６１】 図１６および１７は、接続図であり、それぞれサンプル送達／挟みおよび注入
／分離を実施するためのデバイスにおける例示的な抵抗、印加電圧、および生じ
る電流を示す。例えば、ｋΩがＭΩへ増加され得、そしてｍＡが同時にμＡに減
少されるような換算があてはまることが理解されるべきである。この概略図は、
それぞれ図１４および１５に起こっていることで適合する。チャンネル抵抗およ
び印加電圧の組合せは、変更されて、チャンネルネットワークの各セグメントに
おける他の所望される電流を達成し得る。
【００６２】 改良方法および単純化方法が、微小流動カードデバイスにおいて動電操作を実
施するために提供されることは、上の記載から明らかである。この操作は、どの
時点でも１対の電極しか使用せず、そして正確な挟みおよび注入、その後の分離
を提供する。デバイスの適切な設計によって、挟みおよび引き戻しは、チャンネ
ルのネットワークを介して２つの電極によって作製される電位傾度と共に自動的
に起こる。異なる配置が、この２つの電極操作において可能である。種々の付加
的な微小構造は、化学的操作または物理的操作の実施におけるさらなる処理およ
び操作のために付加され得る。
【００６３】 さらに、サンプルリザーバに関連する緩衝液リザーバを有する微小チャンネル
ネットワークは、サンプルが分離廃棄物リザーバから分離チャンネルに入ること
なしに、より長いかまたは複数の送達および注入を可能にする点で多くの利点を
有する。緩衝液リザーバはまた、操作が進む場合のチャンネルにおける導電性変
化の影響を減少する。
【００６４】 改良方法および単純化方法が、微小流動カードデバイスにおいて動電操作を実
施するために提供されることは、上の記載から明らかである。この操作は、どの
時点でも１対の電極しか使用せず、これは、「１チャンネル」の高電圧電源のみ
しか必要とされないことを意味し、そしてこの操作は、正確なはさみおよび注入
、その後の分離を提供する。このデバイスの適切な設計によって、挟みおよび引
き戻しは、チャンネルのネットワークを介して２つの電極によって作製される電
位傾度と共に自動的に起こる。異なる配置が、この２つの電極操作において可能
である。種々の付加的な微小構造は、化学的操作または物理的操作の実施におけ
るさらなる処理および操作のために付加され得る。
【００６５】 前述の発明は、理解の明瞭さの目的のために例示および例によっていくらか詳
細に記載されているが、特定の変更および改変が添付の特許請求の範囲の趣旨ま
たは範囲から逸脱せずにこの発明に対してなされ得ることは、本発明の教示を考
えて当業者にとっては容易に明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明のデバイスの１つの実施形態における、チャンネルジオメトリ
ーを平面図に示す。
【図２】 図２は、図１のデバイスの同じ図であり、交差部分での整形を用いるプラグの
形成を示す。
【図３】 図３は、図１のデバイスの同じ図であり、引き戻しおよび分離を用いるプラグ
の注入を示す。
【図４】 図４は、図１と同様の平面図であるが、デバイスの代替の実施形態を示す。
【図５】 図５は、図１と同様の平面図であるが、デバイスのさらに代替の実施形態を示
す。
【図６】 図６は、図２に記載の装填分離操作を実施するための例示的なチャンネル抵抗
および電流配置を提供する接続図である。
【図７】 図７は、図３に記載の注入分離操作を実施するための例示的なチャンネル抵抗
および電流配置を提供する接続図である。
【図８】 図８は、本発明のデバイスの第２の一般的な実施形態におけるチャンネルジオ
メトリーを平面図に示す。
【図９】 図９は、図８のデバイスの同じ図であり、交差部分での整形を用いるプラグの
形成を示す。
【図１０】 図１０は、図８のデバイスの同じ図であり、引き戻しおよび分離を用いるプラ
グの注入を示す。
【図１１】 図１１は、図８に記載の注入操作を実施するための例示的なチャンネル抵抗お
よび電流配置を提供する接続図である。
【図１２】 図１２は、図９に記載の分離操作を実施するための例示的なチャンネル抵抗お
よび電流配置を提供する接続図である。
【図１３】 図１３は、本発明のデバイスの第３の一般的な実施形態におけるチャンネルジ
オメトリーを平面図に示す。
【図１４】 図１４は、図１３のデバイスの同じ図であり、交差部分での整形を用いるプラ
グの形成を示す。
【図１５】 図１５は、図１３のデバイスの同じ図であり、引き戻しおよび分離を用いるプ
ラグの注入を示す。
【図１６】 図１６は、図１４に関して記載されたサンプル装填操作を実施するための例示
的なチャンネル抵抗および電流配置を提供する接続図である。
【図１７】 図１７は、図１５に関して記載された注入操作を実施するための例示的なチャ
ンネル抵抗および電流配置を提供する接続図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｂ Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＯ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ， ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，Ｉ Ｓ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ， ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，Ｐ Ｔ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ， ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 ブーン， トラビス ディー． アメリカ合衆国 カリフォルニア 94303， パロ アルト， サン アントニオ ロ ード 765 Ｆターム(参考） 2G058 DA07 EA14 GE02 4G075 AA13 AA39 BA10 BB03 BB05 CA05 CA14 DA02 EB21 EC21 EE03 EE05 EE12 FA01

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 サンプルを保持するための供給チャンネル、ドレインチャン
    ネル、および電解質緩衝液を含むための分離チャンネルを有する微小流動デバイ
    スであって、ここで、該供給チャンネルおよび該ドレインチャンネルが、該分離
    チャンネルを供給ポートおよびドレインポートでそれぞれ横切り、該ポートが、
    ２つの該ポート間の該分離チャンネルにおいてサンプル容量領域を画定し、そし
    て第１リザーバ、第２リザーバ、第３リザーバ、および第４リザーバが、それぞ
    れ該供給チャンネル、該ドレインチャンネル、ならびに該分離チャンネルの上流
    および下流端と連絡し、その結果、該第１リザーバと該第２リザーバとの間に界
    面動電力または圧気力を適用することが、該第１リザーバから該分離チャンネル
    における該サンプル容量領域を介して該ドレイン領域へサンプルを移動するのに
    有効であり、そして該第３リザーバと該第４リザーバとの間に界面動電力または
    圧気力を適用することが、該分離チャンネルにおける該サンプル容量領域中のサ
    ンプルを下流方向へ移動するのに有効である、デバイスにおいて、サンプル容量
    制御についての改良が、以下： （ａ）第１周辺チャンネルおよび第２周辺チャンネルがそれぞれ該供給チャン
    ネルを該分離チャンネルの上流領域および下流領域と該サンプル容量領域の反対
    側で接続し、その結果、該第１リザーバと該第２リザーバとの間に界面動電力ま
    たは圧気力を適用することが、該第１リザーバから該供給チャンネル、該分離チ
    ャンネルにおける該サンプル容量領域を介して該ドレイン領域へ、該供給チャン
    ネルおよびドレインチャンネルを介してサンプルを移動すること、ならびに該第
    １周辺チャンネルおよび第２周辺チャンネルならびに該分離チャンネルの上流領
    域および下流領域に含まれる電解質溶液を該サンプル容量領域の方へそして該ド
    レインチャンネルへ移動するのに有効であり、それによりサンプル装填の間に該
    サンプル容量領域中でサンプルを整形する、配置；ならびに、 （ｂ）第２周辺チャンネルおよび第３周辺チャンネルが該供給チャンネルおよ
    び該ドレインチャンネルをそれぞれ該分離チャンネルの下流領域とそれぞれ接続
    し、その結果、該第３リザーバと該第４リザーバとの間に界面動電力または圧気
    力を適用することが、該分離チャンネルにおける該サンプル容量領域中のサンプ
    ルを下流方向へ移動すること、および該分離チャンネルの上流領域に含まれる電
    解質溶液を該第２周辺チャンネルおよび第３周辺チャンネルを介して移動するの
    に有効であり、それによってサンプル注入の間に該分離チャンネルのサンプル容
    量領域から該サンプルチャンネルおよびドレインチャンネルに含まれるサンプル
    を移動する、配置、 のチャンネル配置の少なくとも１つを含む、改良。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の改良であって、ここで、前記リザーバ間に
    適用される力が、該リザーバ間に電位差をかけることによって生成される界面動
    電力である、改良。
  3. 【請求項３】 請求項１に記載の改良であって、該改良が、サンプル装填の
    間に前記サンプル容量領域中にサンプルを整形するための前記第１周辺チャンネ
    ルおよび第２周辺チャンネル、ならびにサンプル注入の間に該第２周辺チャンネ
    ルと共同するための前記第３周辺チャンネルを含み、前記分離チャンネルのサン
    プル容量領域から該サンプルチャンネルおよびドレインチャンネルに含まれるサ
    ンプルを移動する、改良。
  4. 【請求項４】 請求項３に記載の改良であって、ここで前記リザーバ間に適
    用される力が、該リザーバ間に電位差をかけることによって生成される界面動電
    力である、改良。
  5. 【請求項５】 請求項３に記載の改良であって、該改良が、前記分離チャン
    ネルの上流部分と前記ドレインチャンネルを接続する第４周辺チャンネルをさら
    に含む、改良。
  6. 【請求項６】 請求項１に記載の改良であって、ここで、前記サンプルポー
    トおよびドレインポートが、前記分離チャンネル内で軸方向に整列され、そして
    、前記サンプル容量領域が該２つのポート間の領域を含む、改良。
  7. 【請求項７】 請求項１に記載の改良であって、ここで前記サンプルポート
    およびドレインポートが、前記分離チャンネルに沿って長手方向にオフセットで
    あり、そして前記サンプル容量領域が、ポート自体を含む該２つのポート間の該
    分離チャンネルの領域を含む、改良。
  8. 【請求項８】 請求項１に記載の改良であって、該改良が前記第１周辺チャ
    ンネルおよび第２周辺チャンネルを含み、そしてさらに、第２の周辺チャンネル
    対であって、ここで該周辺チャンネル対の各々が、前記第１リザーバに隣接する
    前記サンプルチャンネルに沿って第１領域点から伸びる周辺チャンネル対、およ
    び前記分離チャンネルとサンプルチャンネルとの交差に隣接する該サンプルチャ
    ンネルに沿った領域を含み、それによって、該第１リザーバと前記第２リザーバ
    との間に界面動電力または圧気力を適用することが、該第１リザーバから該サン
    プルチャンネルを介して該分離チャンネルの方向へサンプルを移動すること、な
    らびに該サンプルチャンネルにおける第１領域から第２領域へ該第２の周辺チャ
    ンネル対に含まれる電解質溶液を移動するのに有効であり、それにより、該分離
    チャンネルのサンプル容量領域に移動される場合、該サンプル容量領域中にサン
    プルを整形する、改良。
  9. 【請求項９】 請求項１に記載の改良であって、ここで、界面動電力または
    圧気力が前記第１リザーバと第２リザーバとの間に適用される場合、前記サンプ
    ルチャンネルにおける液体フローに対する抵抗よりも流体フローに対してより高
    い抵抗を前記第１周辺チャンネルおよび第２周辺チャンネルの少なくとも１つが
    、有する、改良。
  10. 【請求項１０】 請求項１に記載の改良であって、ここで、界面動電力また
    は圧気力が前記第３リザーバと第４リザーバとの間に適用される場合、前記分離
    チャンネルにおける流体フローに対する抵抗よりも液体フローに対してより高い
    抵抗を前記第２周辺チャンネルおよび第３周辺チャンネルの少なくとも１つが、
    有する、改良。
  11. 【請求項１１】 サンプル処理における使用のための改良された微小流動シ
    ステムであって、該システムが、 （ａ）請求項１〜１０に記載の改良された微小流動デバイス、 （ｂ）前記デバイスリザーバに含まれる液体の接触に適応する電極、ならびに
    、 （ｃ）サンプル装填の間の前記第１リザーバと第２リザーバとの間の電位差、
    およびサンプル注入の間の前記第３リザーバと第４リザーバとの間の電位差を制
    御するための制御ユニット、 を備える、システム。
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