JP2007521496A - マイクロ流体デバイスの大規模表面改良 - Google Patents
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Abstract
Description
この20年間、μlの範囲であり反応物及び/又は試薬を含む液体量が移動され処理され得るマイクロ流体デバイスを設計することが、非常に重要であった。移動と処理は、典型的には準備、分析及び/又は合成の目的を有するものであった。分析の目的は、典型的には、未知のもの(検体)が量、活性、構造、独自性などの一つ又はそれ以上の特性により特徴付けられる処理プロトコルに関する。典型的な分析プロトコルは、酵素アッセイなどの触媒アッセイ、免疫アッセイ、細胞に基づくアッセイなどのレセプターリガンドアッセイを、含む。
本発明の主たる目的は、マイクロ流体デバイスの内部表面の表面改良のための改良方法を提示することである。多数のマイクロチャネル構造及び/又はマイクロ流体デバイスに関して、高程度の並行処理で方法を実施することが可能である。方法は、マイクロ流体デバイスを利用して得られる結果の変形例から明白なように、内部表面の相互チャネルの変形例に、低い相互の及び/又は内部のデバイスを与えるものである。
[発明の概要]
表面改良されるべき内側表面があるマイクロチャネル構造の中に表面改良薬剤を注入するために、減圧が適切に利用されるならば、これらの目的が達成可能であることが、本発明では認識されている。
(I)マイクロチャネル構造内の利用可能なポート(157;158;159;164a−l;178a−l;179;180a−l;181)のうちの少なくとも一つのポートを介して表面改良薬剤を含む液体で、内側表面を含むマイクロコンジット部(マイクロコンジット)を充填するステップと、
(II)上記マイクロコンジット部内部に上記液体を保持するステップと、
(III)上記マイクロコンジット部から、例えば、上記マイクロコンジット部を含むマイクロチャネル構造から、上記液体を除去するステップ
を含む。
ステップ(I)の充填のために減圧が利用されること、即ち、液体が入り込みマイクロコンジット部(液体の吸収)に入り込み/充填するマイクロチャネル構造(152)の各々の少なくとも一部の内部に減圧を為すことが、本発明の特徴である。
本発明に係る方法の一つの形態では、主要な特徴的な特性は、
(a)改良されるべき内部表面が、先行する段落に記載されるように分離ポート(MP1及びMP2の夫々)を介して周囲環境と分離端部により連絡するマイクロコンジット部の一部であり、
(b)マイクロチャネル構造の各々に対する(充填)ステップIは、(例えば、178a−l;179;180a−lなどの)MP2ポートの一つ又はそれ以上を介して減圧を適用することにより、又は、MP1ポートの一つ又はそれ以上を介して減圧を適用することにより、(例えば、157;158;159;164などの)MP1の一つ又はそれ以上を介して、本発明にて利用される液体を吸引することを含む、
ことである。
(i)
A)表面改良薬剤が含まれる液体(205;305)と、気体相(206)を含む閉じられた容器(201;301)と、
B)夫々が空であり、少なくとも一つのポート(MPs)(157;158;159;164a−l;178a−l;179;180a−l;181)を介してa)容器内に存する液体(205;305)か、b)容器内に存する気体相(206;306)かを伴う容器の内部と接触する、表面改良されるべき複数のマイクロチャネル構造を含む、マイクロ流体デバイス(203;303)と
を設けるステップと、
(ii)容器内の気体相(206;306)の圧力を減じるステップと、
(iii)ステップ(i)が選択肢(b)に従うならば、(B)に示す少なくとも一つの上記Mポートを、(A)に示す液体と液体接触させるステップと、
(iv)通常は当初の圧力まで、容器(201;301)内の気体相(206;306)の圧力を増加するステップと
を含むことである。
図2a−bは、ステップ(I:i)などステップ(I)で利用される表面改良液体のためのコンテナに対応する容器(201、第1の容器)と、内部に一つ又はそれ以上のマイクロチャネル構造がある一つ又は複数のマイクロ流体デバイス(203a、b...)のためのホルダ(202、第1のホルダ)を示す。ホルダ(202)は、ピン(204)を含んでもよく、図示されるマイクロ流体デバイス(203a、b...)は環状でもよい。マイクロ流体デバイス(203a、b...)は、例えばデバイス(203)上の中心に存するホールを介して、ホルダ(202)内に搭載されてもよい。容器(201)は、マイクロチャネル構造内に注入される液体(205)と、気体相(206)を含み得る。好適な形態では、ホルダ(202)は、複数のマイクロ流体デバイス(203a、b...)を並行して操作し処理することを簡素に実現できる。マイクロ流体デバイス(203a、b...)を伴うホルダ(202)は通常、必要な表面改良の液体の量を最小化するために、容器(201)の中に円滑に適合する。円滑に適合させる理由は、洗浄液、調整液などのより簡素な溶液に比べて、これらの種類の液体は通常高価であることである。
表面改良液体は、マイクロチャネル構造の内側面の化学的及び/又は物理的特性を変更できる一つ又はそれ以上の表面改良薬剤を含む。通常の表面改良薬剤は、表面改良液内で溶解された及び/又は分散された状態で存在し、改良手順の間に物理的に吸収されるような溶媒分子を通常含まない。通常の表面改良薬剤は、40%(重量%)以下、例えば、30%若しくは15%以下、又はそれ以下の量で、表面改良液内に存在する。
本発明の表面改良方法に対して特に適合的なマイクロ流体デバイスついて説明する。
a)処理液体のための2つの共通の入口ポート(157、158)。
b)液体のためのマイクロチャネル構造(152..i..)毎の、全体で12個の、一つの単体入口ポート(164..i..)。
c)過剰液体のための及び排出のための一つの共通出口ポート(159)。
d)液体の出口でもあるマイクロチャネル構造(152..f..)毎の一つの排出出口ポート(178..f)、及び、中心入口ポート(158)に直接接続する独立出口ポート(179)。
e)液体のために利用されないマイクロチャネル構造(152..c..)毎の一つの排出出口ポート(180..c..)。
f)液体のために利用されない一つの共通の排出出口ポート(181)。
a)分配マニフォルド(155)内の、若しくは、単体のマイクロチャネル構造(152a、b..)に繋がる体積計測マイクロキャビティ(166a、b..)内の、若しくは、各々のマイクロチャネル構造(152a、b..)に存在する反応マイクロキャビティ(175a、b..)内の、化学的表面特性、及び、
b)例えば、反応マイクロキャビティ(175a、b..)内に多孔性床を注入することによる物理的表面特性(の改良)。
これらの例では、上記差異は或るポートを介する選択的な注入で重要となり得、マイクロチャネル構造内部で望まれないセクションへ表面改良液体を故意ではなく拡げないように下流バルブ機能に依存し得る。例えば、分配マニフォルド(155)の出口の受動バルブ(162a、b..)及び/又は反応マイクロキャビティ(175a、b..)への個々の単体の体積画定ユニット(165a、b..)の出口の受動バルブ(170a、b..)により形成される流れ抵抗に対して、減圧を適切にバランスさせることによって、表面改良液体で分配マニフォルド(155)若しくは個々の単体の体積画定ユニット(165a、b..)のいずれかを選択的に充填し、去年クレジットのステップでデバイスをスピンすることにより個々の反応マイクロキャビティ(175a、b..)の中への輸送を生じさせることが可能になると、思われる。表面改良液体が表面改良薬剤として分散粒子を含む場合、各々の反応マイクロキャビティ/マイクロチャネル構造(175a、b../152a、b..)のために、二重の深さ/収縮に対して圧縮床を形成することによって、物理的表面特性が変化される。表面改良液体が検体を含み反応マイクロキャビティ(175a、b..)の各々が固定化された捕獲反応物を含む場合、反応マイクロキャビティ内の化学的表面特性は検体の捕獲により変化される。原則として同様に、既製のマイクロ流体デバイスで実施される所望の処理プロトコル内で必要とされる種々の反応物の固定化をも含む、どの種類の局所表面改良が反応マイクロキャビティ内部で行われてもよい。
Claims (18)
- マイクロ流体デバイスの一つ、二つ若しくはそれ以上のマイクロチャネル構造の各々の中の内側表面を改良するための方法であって、
マイクロチャネル構造の各々が周囲の大気と連絡する一つ、二つ若しくはそれ以上のポート(PT)を含み、
マイクロチャネル構造の各々に対して、
(I)二つ若しくはそれ以上のポート(PT)のうちの少なくとも一つのポート(PT’)を介して、改良される内側表面を含むマイクロコンジット部を、表面改良薬剤(表面改良液体)を含む液体で充填するステップと、
(II)上記マイクロコンジット部内部に上記液体を保持するステップと、
(III)上記マイクロコンジット部から、若しくは、上記マイクロコンジット部を含むマイクロチャネル構造から、上記液体を除去するステップ
を含み、
ステップ(I)の充填のために減圧が利用されることを特徴とする方法。 - 上記マイクロ流体デバイスが改良されるべき内側表面を含む二つ又はそれ以上のマイクロチャネル構造を含み、ステップ(I)−(III)の少なくとも一つが上記二つ又はそれ以上マイクロチャネル構造に対して並行して実施されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 上記マイクロチャネル構造の各々に対して、
(a)マイクロコンジット部の一方の端部と繋がる少なくとも一つのポート(PT1ポート)と、マイクロコンジット部の他方の端部と繋がる少なくとも一つのポート(PT2ポート)が存在し、
(b)残りのポートを閉鎖しつつPT2ポートの一つ又はそれ以上を介して減圧を適用することによって、PT1ポートの一つ又はそれ以上を介して、表面改良液体を吸収する
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の方法。 - i)A)表面改良薬剤を含む液体相及び気体相を含む、閉じられた容器と、B)上記マイクロチャネル構造の各々が空であり残余のポートを閉じつつ上記の少なくとも一つのポート(PT’)を介してa)上記液体相若しくはb)上記気体相と接触する上記マイクロ流体デバイスと
を設けるステップと、
ii)上記容器内の気体圧力を減じるステップと、
iii)ステップ(i)が選択(b)に拠るならば上記の少なくとも一つのポートを上記液体相に接触させるステップと、
iv)容器内の気体圧力を大気圧まで増加させるステップと
を含み、
上記液体が、
・選択(a)に対してはステップ(ii)の間に、
・選択(b)に対してはステップ(iv)の間に、
上記の少なくとも一つのポート(PT’)を介して上記マイクロチャネル構造の各々に入り込むことを特徴とする請求項1又は2に記載の方法。 - a)マイクロ流体デバイスが上記容器内部に配置されつつ、ステップ(ii)、ステップ(iii)、及びステップ(iv)が実施されることを特徴とする請求項4に記載の方法。
- ステップ(ii)−(iv)が実施され、上記マイクロチャネル構造の各々の少なくとも主要部が上記容器の外側に配置され、上記の少なくとも一つの入り口ポート(PT’)は上記容器の内部と連絡していることを特徴とする請求項4に記載の方法。
- 上記の少なくとも一つのポート(PT’)の一つ又はそれ以上が、毛細管の一つの端部であり、その毛細管はもう一方の端部でマイクロチャネル構造の各々の少なくとも主要部を含む主要ボディ部に付属することを特徴とする請求項4〜6のうちのいずれか一に記載の方法。
- ステップ(I)の間に上記マイクロ流体デバイスが、複数の上記マイクロ流体デバイスを保持できるホルダ内に保持されることを特徴とする請求項4〜7のうちのいずれか一に記載の方法。
- 上記マイクロチャネル構造の各々に対して、ステップ(III)が、上記の二つ又はそれ以上のポート(PT)の少なくとも一つのポート(PT”)を介して、減圧、気流及び/又は熱を利用して、ステップ(I)で上記マイクロコンジット部の中に注入された液体の少なくとも一部を、通常PT”である少なくとも一つのポート(PT’’’)にまで蒸発させるステップを含むことを特徴とする請求項1〜8のうちのいずれか一に記載の方法。
- 上記マイクロチャネル構造の各々に対して、ステップ(III)が、上記ポート(PT)の少なくとも一つのポート(PT’’’)を介して、ステップ(I)で上記マイクロコンジット部の中に注入された液体を少なくとも一部除去するステップを含み、
上記の除去するステップが、気体と液体のうちで選択した流体と、上記流体を置き換えるステップを含むことを特徴とする請求項1〜9のうちのいずれか一に記載の方法。 - A)上記マイクロ流体デバイスが、上記除去(ステップIII)のために遠心力を利用し、
B)上記除去のステップ(III)が、
a)上記マイクロ流体デバイスを、上記除去のために要求される遠心力を生成するように調整された遠心力デバイスに移すステップと、
b)複数の上記マイクロ流体デバイスを保持できるホルダ内に保持される間に、上記
マイクロ流体デバイスに遠心力を作用させるステップと、
c)上記マイクロ流体デバイスが、複数の上記マイクロ流体デバイスを保持できるホルダに保持される間に、上記の一つ又はそれ以上の入口若しくは出口ポートの少なくとも一つから蒸発させることにより、上記の一つ又はそれ以上のマイクロチャネル構造の内側を随意に乾燥するステップ
を含むことを特徴とする請求項1〜10のうちのいずれか一に記載の方法。 - ステップ(I)で利用される液体が、前回に利用された液体と同じ若しくは異なる構成であって、
同じマイクロ流体デバイスで複数回繰り返されることを特徴とする請求項1〜11のうちのいずれか一に記載の方法。 - 繰り返されるステップ(I)で利用される液体が、a)最初の表面改良薬剤と同じ若しくは異なる種類の若しくは濃度の表面改良薬剤を含む液体と、b)洗浄液と、c)調整液との中から、選択されることを特徴とする請求項12に記載の方法。
- a)最初の、若しくは繰り返しのステップ(I)の上記液体が、上記マイクロチャネル構造の各々の内部で実施される処理内で判定される検体を含み、
b)上記マイクロチャネル構造の各々が、上記内側表面に上記検体を保持するための捕獲機能を含むことを特徴とする請求項1〜13のうちのいずれか一に記載の方法。 - a)最初の、若しくは繰り返しのステップ(I)の上記液体が、上記マイクロチャネル構造の各々の内部で実施される処理内で利用される試薬若しくは反応物を含み、
b)上記マイクロチャネル構造の各々が、上記内側表面に上記試薬若しくは反応物を保持するための捕獲機能を含むことを特徴とする請求項1〜13のうちのいずれか一に記載の方法。 - a)最初の、若しくは繰り返しのステップ(I)の上記液体が、粒子の分散であり、
b)上記マイクロチャネル構造の各々が、上記マイクロコンジット部に上記粒子を保持するための捕獲機能を含むことを特徴とする請求項1〜13のうちのいずれか一に記載の方法。 - 最初の、若しくは繰り返しのステップ(I)の上記液体が、70°C以上、80°C以上の、大気圧における沸点を有することを特徴とする請求項1〜16のうちのいずれか一に記載の方法。
- ステップ(I)が、
a)複数の上記マイクロ流体デバイスを設けるステップと、
b)請求項4若しくは請求項4に従属する請求項に記載のステップ(I)を実施するために、ステップ(I)−(III)に従って、上記複数のマイクロ流体デバイスを並行して処理するステップと
を含むことを特徴とする請求項1〜17のうちのいずれか一に記載の方法。
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