JP2015525882A - 開放マイクロ流体チャンネルに関する方法、システムおよび装置 - Google Patents

Abstract

本明細書に記載の様々な実施形態は、在宅試験、診断、および研究所の用途に使用され得る方法、システム、および装置により開放マイクロ流体ネットワークを製造および使用することに関する。開放マイクロ流体ネットワークは、開放マイクロ流体ネットワークへのまたはそれからの流体または流体の成分の入力、処理、および抽出を可能にする。流体は開放マイクロ流体ネットワークの開放断面を使用することにより開放マイクロ流体チャネル内に挿入され得る。受動弁をマイクロ流体ネットワーク内に生成し得、これにより論理回路、条件付き流れ、および容量弁の生成を可能にする。流体は、マイクロ流体ネットワークを介し診断および分析装置へ供給され得る。流体と流体の成分は、他のマイクロ流体ネットワークまたは共同研究室ツールと容易にインターフェースされる機能的開放断面を介し開放マイクロ流体ネットワークから抽出され得る。【選択図】図１Ａ

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１２年７月２３日出願の米国仮特許出願第６１／６７４，４１５号明細書、題名“Ｍｅｔｈｏｄｓ，Ｓｙｓｔｅｍｓ，ａｎｄ Ｄｅｖｉｃｅｓ Ｒｅｌａｔｉｎｇ ｔｏ Ｏｐｅｎ Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ Ｃｈａｎｎｅｌｓ”からの優先権を主張し、参照のためその全体を本明細書に援用する。

本技術は、医療装置のための流体操作に関する様々な方法、システムおよび装置に関し、特に、体液とマイクロ流体ネットワークとをインターフェースすることと、体液を診断検知またはバイオマーカ分析部品の方向に導くために流体をその後操作することに関する。

開放マイクロチャネルは、その断面が、開放液体／空気界面を有する少なくとも一部分と固体壁とからなるマイクロ流体チャネルとして定義される。開放マイクロチャネルは、それらの信頼性、機能および製造可能性につながる有利な特性を提示する。開放マイクロチャネルは、ガスがチャネルの開放面から逃げ得るという気泡に関する問題を解決し、したがって従来の閉チャネル構成と比較してより信頼できる装置を構築する。しかし、本明細書に記載の本発明の以前は、開放マイクロ流体チャネル内の流れはよく理解されていなく、今日までに実証されたいくつかの既存の方法は特許出願第１１／４７０，０２１号明細書と同第０９／９４３，０８０号明細書に記載のように限られた機能（すなわち流体を直線で短距離輸送する機能）を有した。開放マイクロ流体チャネルに関する既存技術における第２の問題は、流体の流れを制御する能力が欠けており、したがって当該技術に完全にまたは大部分基づき設計される先進的流体操作プラットホームの構築を妨げたことである。第３に、本明細書に記載の本発明の以前は、開放チャネルへの流体の挿入または開放チャネルからの流体の除去を可能にするツールが欠如していた。既知の方法のすべては、正確な場所においておよび異なる時間に流体を挿入し得るネットワークを生成する能力を有するのではなくむしろ少量を採取するために単一装置を対象液体中に浸漬することに依存した。さらに、本明細書に記載の発明の以前のいかなる既知の方法もこれらのチャネルから流体を除去しない。したがって、当該技術領域では、改善された開放マイクロ流体チャネルとその関連システム、装置および方法が求められている。

本発明の基礎は、浅い開放マイクロチャネルの製造の利点にその中心におく。これは、製造が単独の成形またはエンボス工程で行われ得、チャネルを囲うための接着を必要としなく、これにより低コストでの複雑なネットワークの大規模製造を可能にするからである。これらの利点は開放マイクロチャネルネットワークを使い捨て診断装置（流体は低製造コストで精密な操作を要する）に特によく適するようにする。本明細書は、流体または人体試料を操作するための新しい方法を容易にするとともにマイクロ流体ネットワークとのインターフェースを新しいやり方で可能にする一組の方法と実施形態について説明する。記載された手法の好ましい実施形態は医療装置、在宅診断装置および実験室分析プラットホームに使用される。

開放マイクロ流体チャネル内の流れを生成する能力は機能的開放マイクロ流体ネットワークを生成するための必要条件である。開放マイクロ流体チャネルは開放液体／空気界面を含むので、圧力源は流体流れを駆動するための好ましい手法ではなく、むしろ自然毛細管流動（ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ ｃａｐｉｌｌａｒｙ ｆｌｏｗ）が流体流れのための信頼できかつスケーリング可能な駆動力を提供する。複雑な開放マイクロ流体ネットワーク内の流体を操作するために毛細管駆動流れを使用することは、開放マイクロ流体チャネルにおいて従来使用されていない新規な特徴である。チャネルの断面内に任意の数の開放液体／空気界面を含むチャネル内で自然毛細管流動（ＳＣＦ：ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ ｃａｐｉｌｌａｒｙ ｆｌｏｗ）が発生することを保証するために、「マイクロ流体チャネルの壁により与えられる毛細管力がマイクロ流体チャネルの開放断面により生じる抵抗力に打ち勝つ」ことを保証する設計ガイドラインを規定する毛細管力分析法が開発された。分析の結果は、「空気または別の媒体に対して開放された断面の長さにより定義される自由外周（ｐ_ｆ：ｆｒｅｅ ｐｅｒｉｍｅｔｅｒ）と固体親水性材料からなる断面の長さにより定義される濡れ外周（ｐ_ｗ：ｗｅｔｔｅｄ ｐｅｒｉｍｅｔｅｒ）との比は流体とチャンネル壁とのなす接触角（θ）の余弦未満でなければならない」とするＳＣＦ関係式で書かれる。ＳＣＦ関係式が満足される場合、チャネルはマイクロ流体ネットワークを通る流れを毛細管力により駆動することになる。重要なことには、ＳＣＦ関係式は開放液体／空気部と濡れ部とを含む大部分のチャネル構成まで拡張される。さらに、開放液体／空気部分同士は連続であるまたは隣接する必要はない。したがって、ＳＣＦ関係式は、チャネル内の同じ点に複数の開放液体／空気界面を含むチャネル（例えば、天井と床とが欠けたチャネル内の２つのレール間に完全に懸架された流体）だけでなく、チャネル上に開放「窓」を含む複雑なチャネル幾何学形状（例えば、チャネルの壁内の円形開口）に依然として当てはまる。ＳＣＦ関係式を検証した開放マイクロ流体チャネルはまた、矩形断面に限定されないという利点を有する。ＳＣＦ関係式は式（１）で書かれ得る。
ｐ_ｆ／ｐ_ｗ＜ｃｏｓ（θ） （１）

式（１）は、以下の特許に記載された開放マイクロ流体ネットワーク内の流体の操作のためのビルディングブロックの開発の基本的物理的背景を表す。重要なことには、開放マイクロ流体方法は、マイクロチャネル内で破局的となる気泡形成というマイクロ流体に固有の問題を無くし、そしてチャネルを密閉するための接着を必要としないため簡易製造を可能にする。発明者は、開放チャネル概念に基づく流体操作技術を開発した。この技術は人体液収集および分析に適するマイクロ流体操作ネットワークを生成するためのビルディングブロックである。本発明によりカバーされる２つの態様は、（１）マイクロ流体ネットワークに対する流体の操作と（２）マイクロ流体ネットワーク内の操作技術とに関する。開放マイクロ流体チャネル内の流れの条件を記述するための分析的モデルの開発は、開放マイクロ流体ネットワーク内の流れの幾何学的条件と開放マイクロ流体システムの機能の劇的な拡張を可能にする正確な設計ガイドラインとを詳述する式の確立に至った。このような開発を可能にする態様の１つは、浅い開放マイクロ流体溝、非矩形断面を有する開放マイクロ流体溝、非平面でありかつ傾斜のある開放マイクロ流体溝、および２つ以上の開放界面を有する（例えば、チャネル天井も床も無い）開放マイクロ流体システム内で流体を流す能力である。

開発された開放マイクロ流体操作法は、新規機構が流体をマイクロ流体ネットワーク内に取り込むおよびそれから取り出せるようにし、流体を人間の皮膚などの表面上のプールまたは液滴から、貯蔵槽から、または別の開放マイクロ流体チャネルから抽出する工程を含む方法を取り込み得る。式（１）に記載のＳＣＦ関係式により開発および明確にされた設計規則は、皮膚の表面上の血液プールを捕捉し（多くの診断用途の場合がそうであるように）、それを開放流体ネットワーク内へ転送することに適する開放毛細管ネットワークの構築を可能にし、加えて、１つの開放マイクロ流体ネットワークから別の開放マイクロ流体ネットワークへの流体の転送を可能にする開放相互接続機構の設計を可能にする。１つの開放マイクロ流体チャネルから別の開放マイクロ流体チャネルへ流体を抽出し交換する可能性は、予め製造された標準ビルディングブロックを組み立てることにより、または１つのネットワークから他のネットワークへの接触を可能にする一方で１つの開放マイクロ流体ネットワークを別のものの上に単純に配置することにより３Ｄ幾何学形状を活用することにより、複雑な組み立て部品を生成するために開放マイクロ流体装置を使用することを可能にする。重要なことには、これらの方法は、マイクロ流体チャネルの上に天井を含まないＵ字形断面を有するチャネル内などのようにチャネル内に少なくとも１つの開放液体／空気界面が存在するので、気泡形成にもかかわらず働き得る。さらに、開放マイクロ流体ネットワークは、チャネル内に存在する流体を２つの部分に分離するために、開放界面領域を活用して不混和性流体またはガスを挿入し得る。流体をいくつかの部分に分離する能力は、開放マイクロ流体ネットワーク内の流体流れに関する高度制御の基本となるユーザ作動式開放マイクロ流体弁の生成を可能にする。

浅い開放マイクロ流体方法はまた、マイクロ流体ネットワークとのロボットインターフェース（ｒｏｂｏｔｉｃ ｉｎｔｅｒｆａｃｉｎｇ）を行うために従来のピペット操作システムと容易にインターフェースされ得る流体ネットワークの生成を可能にする。開発された設計ガイドラインはまた、チャネルの壁全体ではなくチャネルの壁の一部だけを使用して流体の流れを駆動する能力を有するマイクロ流体溝の生成を可能にするので、流れは、通常はピン止め（ｐｉｎｎｉｎｇ）を引き起こすであろう端の周囲に推進され得る。流れパスピン止め（ｆｌｏｗ ｐａｓ ｐｉｎｎｉｎｇ）端および線はさらに、凹角と凸角周囲に流れるまたは主マイクロ流体チャネルから分岐する新しい面上へ流れる非平面チャネルの生成を可能にする。開発された設計規則はまた、マイクロ流体溝の壁または床上の異種パッチ（ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓ ｐａｔｃｈｅｓ）の上の流体の毛細管流動を可能にする。このようなパッチは、血液の捕捉のための吸収パッド、血液検体の検出のための反応部位、血液の光学分析のための半透明材料、またはマイクロ流体溝内の血液への物理的アクセスのための開口を含み得る。特に、物質固有除去領域に接続されたチャネルまたは別の開放流体との接触のためのまたは抽出法のための大きな容積の開口に接続されたチャネルに物質（例えば、化学的抽出用有機溶媒、検出用抗体装填ヒドロゲル、磁気ビーズ除去のための磁石）を加えるまたはそれから除去するために、開口が使用され得る。

開放マイクロ流体操作法の他の重要な態様はマイクロ流体ネットワーク内の流体の操作技術に関する。特定の一組の設計制約条件が、マイクロ流体ネットワーク内の流れを生成するために利用され得るので、同制約条件はまた、そうでなければ閉鎖マイクロ流体システムによりまたは他の開放マイクロ流体システムにより実現されないであろう開放マイクロ流体ネットワーク内の独自機能を生成するために活用され得る。開放マイクロ流体システムにより可能になる第１の一般的方法は、天井を欠いたチャネル内の流体をピン止めする独自能力に関する。設計ガイドラインは、開放マイクロ流体チャネル内の流れの条件を記述するための正確な幾何学的規則と、必然的に、流れが開放マイクロ流体溝内で発生し得ない条件とを与える。したがって、チャネルは、ある場所での流れの条件がユーザ作動式システムに基づき条件付きで満足されるように設計され得る。第２番目の一般的な一組の方法は、チャンネル壁を操作することまたは開放マイクロ流体ネットワーク内に独自の流れ環境を築くことに関する。これらの方法は、流体がこの表面でピン止めされないように流体をチャネルの床の開口の上に流す工程、流体がチャネル内に流れて乾燥物質を流体中に取り込むように乾燥物質をチャネルの壁上に配置する工程、一方の開放チャネルから他方の開放チャネルへ流体を毛細管で引くための機構を生成する工程、流体を任意の角度で複数の面へ導く工程、または気泡形成または損失無しに様々なチャネルからの非同期流体をより大きなチャネルまたは室内に取り込むことを可能にする機構を含み得る。後者の方法は、ガスが開放液体／空気部分から逃げることができ、いかなる場所のチャネル内に存在する２つの流体も気泡の封入を招かないので、開放マイクロ流体環境により可能になる。したがって、分岐領域内のいずれかの入力チャネルから来る２つの流体はマイクロ流体システムの突発故障の危険を冒すことなく合流し得る。加えて、開放マイクロ流体手法は、マイクロ流体ネットワークのさらなる使用を妨げる気泡の封入の危険を冒すことなく、複数のネットワーク同士の接続を可能にする。

これらの方法のすべては、多種多様な用途において役立ち得る複雑な流体ネットワークを生成するために使用され得、例えば、単純なポイントオブケア装置（乾燥または凍結乾燥試料をチャネル内に取り込み、中心位置方向へ複数のチャネルを合成する）において、または液体操作システムとインターフェースし得るより複雑な流体ネットワークにおいてのいずれかで使用され得る。装置製造を完了するためにいかなる接着も必要無いので、開放ネットワークは、これらの複雑な流体ネットワークを信頼できるものにし、さらにチャネルを高スループットで製造する能力を高める。

いくつかの例について以下に説明する。

実施例１では、マイクロ流体装置は毛細管作用により流体の流れを可能にするように構成された第１のマイクロスケールチャネルを含み、同チャネルは第１の断面を含む同チャネルの少なくとも一部分を有する。第１の断面は、親水性材料を含む濡れ表面と開放空気／液体界面を含む自由界面とを含む。濡れ表面はチャネル内を流れる流体と接触する。自由界面の断面長と濡れ表面の断面長との比は接触角の余弦未満であり、したがって自然毛細管流動を可能にする。

実施例２は実施例１によるマイクロ流体装置に関し、第１の断面はさらに、少なくとも２つの濡れ表面、高い接触角を有する界面、疎水性領域、または第２の自由液体／空気界面を含む。

実施例３は実施例２によるマイクロ流体装置に関し、第１の断面は矩形または台形形状を含み、自由界面は、第１の断面の上部に画定された第１の自由界面と第１の断面の底部に画定された第２の自由界面とを含む。

実施例４は実施例１によるマイクロ流体装置に関し、自由界面は、自由界面が表面上に貯留する一定容積の流体と接触し、これにより上記容積の少なくとも一部を捕捉させるとともに上記容積の溝内への流れを生じさせるように装置の底部に画定される。

実施例５は実施例１によるマイクロ流体装置に関し、第１のマイクロスケールチャネルはさらに、開放空気／液体界面または光学的透明材料のインサートを含む第２の自由界面を含み、第１のチャネルは第２の自由界面の上の流体の流れを可能にするように構成され、第２の自由界面は流体の蛍光または分光分析を行うために光が溝内の流体に当たるように構成された光路を画定する。

実施例６は実施例１によるマイクロ流体装置に関し、開放空気／液体界面はチャネルから流体試料を除去するためのまたは当該流体試料の任意の成分を除去するためのアクセスを提供するように構成される。

実施例７は実施例６によるマイクロ流体装置に関し、開放空気／液体界面は第２の毛細管路を受け入れ、これにより第２の流体ネットワーク内への流体流れを可能にするように構成される。

実施例８は実施例１によるマイクロ流体装置に関し、第１のチャネルはさらに、第１の構成と第２の構成を含む第２の断面を含む。第１の構成は、接触角の余弦より大きな自由界面の断面長と濡れ表面の断面長との比を有し、これにより自然毛細管流動を防ぐ。第２の構成は、接触角の余弦未満である自由界面の断面長と濡れ表面の断面長との比を有する。

実施例９は実施例８によるマイクロ流体装置に関し、第２の断面を第１の構成から第２の構成へおよび第２の構成から第１の構成へ変換するように構成された変換機構をさらに含む。

実施例１０は実施例９によるマイクロ流体装置に関し、変換機構は、不混和性流体が濡れ表面の一部を構成するように第２の断面の開放空気／液体界面の少なくとも一部の上に不混和性流体の有無を含む。

実施例１１は実施例１１によるマイクロ流体装置に関し、変換機構は、固体材料が濡れ表面の一部を構成するように、第１のチャネルに隣接しない位置と第１のチャネルへ連結された位置間を移動するように構成された固体材料を含む。

実施例１２は実施例９によるマイクロ流体装置に関し、変換機構は第１の構成と第２の構成間の第１のチャネルの壁の運動を含む。

実施例１３は実施例１によるマイクロ流体装置に関し、チャネルは流体の少なくとも一部を除去するように構成された材料を含む。

実施例１４は実施例１３によるマイクロ流体装置に関し、チャネルはチャネル内に画定された開口を含み、開口は外部環境への流体アクセスを提供する。

実施例１５は実施例１３によるマイクロ流体装置に関し、材料はヒドロゲル、紙または別の液体吸収材料を含む。

実施例１６は実施例１３によるマイクロ流体装置に関し、材料は無機相、有機溶媒、抗体装填ヒドロゲルまたは別の検体抽出材料を含む。

実施例１７は実施例１によるマイクロ流体装置に関し、チャネルは水平に対し任意の角度での流れを可能にするように構成される。

実施例１８は実施例１によるマイクロ流体装置に関し、チャネルは針の表面に沿って画定される。

実施例１９は実施例１８によるマイクロ流体装置に関し、第１のチャネルは針に連結可能な基部の表面上の第２のマイクロスケールチャネルに連結可能である。

実施例２０は実施例１によるマイクロ流体装置に関し、自由界面の断面長と濡れ表面の断面長との比は第１のチャネルの長さ方向に沿って減少し、これにより、チャネルの入口へ加えられた液滴は第１のチャネルの長さ方向に沿って自力推進される。

実施例２１は実施例１によるマイクロ流体装置に関し、第２の断面と、第１と第２の断面間の遷移領域とをさらに含む。第２の断面は第１の断面と比較して寸法が大きい。第１と第２の断面間の遷移領域は流体の流れのピン止めを引き起こすので、流れは液体が上記幾何形状変化の下流に供給される場合だけ可能である。

実施例２２は実施例１によるマイクロ流体装置に関し、第１のチャネルは共用領域と流体連通し、少なくとも１つの追加チャンネルもまた共用領域と流体連通し、これにより同期流体追加（ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚｅｄ ｆｌｕｉｄ ａｄｄｉｔｉｏｎ）と無関係な装置充填（ｄｅｖｉｃｅ ｆｉｌｌｉｎｇ）を可能にする。

実施例２３は実施例１によるマイクロ流体装置に関し、第１のチャネルは第１のチャネルの表面上に配置された材料を含み、これにより、材料は流体が第１のチャネル内を流れる際に溶液中に取り込まれるように構成される。

実施例２４では、マイクロスケールチャネル使用法が、流体を第１のマイクロスケールチャネルから供給するまたは流体をそれから除去する工程を含む。第１のチャネルは、親水性材料を含む濡れ表面と、開放空気／液体界面を含む自由界面とを含む第１の断面を含む。濡れ表面はチャネル内を流れる流体と接触する。自由界面の断面長と濡れ表面の断面長との比は接触角の余弦未満であり、これにより自然毛細管流動を可能にする。

実施例２５は実施例２４による方法に関し、流体を第１のマイクロスケールチャネルへ供給する工程は流体を自動流体分配システムにより第１のチャネル内に挿入する工程を含む。

実施例２６は実施例２５による方法に関し、自動流体分配システムは手動または自動ピペットである。

実施例２７は実施例２４による方法に関し、流体を第１のマイクロスケールチャネルへ供給する工程は、第１のチャネルと表面上に貯留する流体とを接触させ、これにより流体を第１のチャネル内に引き込む工程を含む。

実施例２８は実施例２７による方法に関し、流体は血液であり、表面は皮膚の表面である。

実施例２９は実施例２４による方法に関し、流体を第１のマイクロスケールチャネルから除去する工程は第１のチャネルと第２のチャネルとを流体連通させる工程を含み、第２のチャネルは第１の断面の比より小さい自由界面の断面長と濡れ表面の断面長との比を有する第２の断面を有する。

実施例３０は実施例２４による方法に関し、流体を第１のマイクロスケールチャネルへ供給する工程は第１のチャネルの端部を第２のチャネル内に置く工程を含み、第２のチャネルは第１の断面の比より大きな自由界面の断面長と濡れ表面の断面長との比を有する第２の断面を有する。

実施例３１は実施例２４による方法に関し、流体を第１のマイクロスケールチャネルから除去する工程はチャネル内に画定された開放空気／液体界面窓を通して流体から物質を除去する工程を含む。

実施例３２は実施例３１による方法に関し、流体から物質を除去する工程は窓に磁力を印加することにより磁気ビーズを除去する工程を含む。

実施例３３は実施例３２による方法に関し、磁気ビーズを除去する工程は、窓において固体表面を液体の表面のほぼ近傍に配置するまたはそれに接触させることにより磁気ビーズを固体表面上にトラップする工程を含む。

実施例３４は実施例３１による方法に関し、流体から物質を除去する工程は窓において流体を不混和性流体に接触させることにより流体から粒子を抽出する工程を含む。

実施例３５は実施例３１による方法に関し、流体から物質を除去する工程は、窓において流体界面に接触して配置された材料上に粒子をトラップすることにより粒子を除去する工程を含み、材料は粒子同士を結合するように構成された化合物を含む。

実施例３６では、マイクロスケールチャネル使用法は第１のマイクロスケールチャネル内で流体を移動する工程を含む。第１のチャネルは、親水性材料を含む濡れ表面と、開放空気／液体界面を含む自由界面を含む第１の断面とを含む。濡れ表面はチャネル内を流れる流体と接触する。自由界面の断面長と濡れ表面の断面長との比は接触角の余弦未満であり、これにより自然毛細管流動を可能にする。

実施例３７は実施例３６による方法に関し、流体を第１のチャネル内で移動する工程は、第１のチャネルと少なくとも１つの他のチャネルとを通じて流体を共通チャネルまたは保持室内に推進する工程を含み、第１のチャネルと少なくとも１つの他のチャネルのそれぞれの中の流れは独立しており、これにより、気泡形成の無い異なる流れの混ぜ合わせを可能にする。

実施例３８は実施例３６による方法に関し、第１のチャネルは、接触角の余弦より大きな自由界面と濡れ表面との比を含む流れ制御断面を含む流れ制御場所を含み、本方法はさらに、流れ制御断面の比を接触角の余弦より小さな値に低減する工程を含む。

実施例３９は実施例３８による方法に関し、流れ制御断面の比を低減する工程はさらに、不混和性流体が第１のチャネルの自由界面の一部に跨るように不混和性流体をチャネルへ加える工程を含む。

実施例４０は実施例３８による方法に関し、流れ制御断面の比を低減する工程はさらに、第１のチャネルの自由界面の一部を覆う材料を移動する工程を含む。

実施例４１は実施例３８による方法に関し、流れ制御断面の比を低減する工程は、第１のチャネルの少なくとも１つの壁を移動し、これにより自由界面の長さを低減する工程を含む。

実施例４２は実施例３６による方法に関し、第１のチャネル内で流体を移動する工程はさらに、流体を、任意の角度で配向された第１の面上を流れさせる工程と第１の面に対し任意の角度で配向されたコネクタにより流体に第２の面を横断させる工程とを含む。

実施例４３は実施例４２による方法に関し、コネクタは２つの濡れ表面だけを有する開放マイクロ流体チャネルを含む。

実施例４４は実施例３６による方法に関し、第１のチャネル内で流体を移動する工程はさらに、第１のチャネルの壁上に配置された異種領域の上を流体が流れるようにする工程を含む。

実施例４５は実施例４４による方法に関し、異種領域は開放液体／空気界面である。

実施例４６は実施例４４による方法に関し、異種領域は吸収材料であり、これにより規定の液量を吸収させる。

実施例４７は実施例４４による方法に関し、異種領域は第２の不混和性流体である。

実施例４８は実施例３６による方法に関し、第１のチャネル内で流体を移動する工程はさらに、流体が第１のチャネルの上部上の外気と底部と流体連通するように第１のチャネルの底部の開口の上を流体が流れるようにさせる工程を含む。

実施例４９は実施例３６による方法に関し、第１のチャネル内で流体を移動する工程はさらに、流体がチャネル内を移動されるにつれて試薬が流体中に溶解するように第１のチャネルの表面上に乾燥形態の試薬を塗布する工程を含む。

実施例５０は実施例３６による方法に関し、第１のチャネル内で流体を移動する工程はさらに、第１のチャネルの少なくとも１つの壁の少なくとも一部を試薬で被覆する工程を含み、試薬は対象粒子を含む。

複数の実施形態が開示されたが、本発明のさらに他の実施形態が、本発明の例示的実施形態を示し説明する以下の詳細説明から当業者にとって明白となる。理解されるように、本発明は、本発明の精神と範囲から逸脱すること無く様々な明白な態様すべてにおいて修正が可能である。したがって、添付図面と詳細説明は、本来例示的であり、限定的ではないとみなすべきである。

開放界面を含むマイクロチャネルの例示的実施形態の斜視図である。 開放界面を含むマイクロチャネルの例示的実施形態の斜視図である。 開放界面を含むマイクロチャネルの例示的実施形態の斜視図である。 開放界面を含むマイクロチャネルの例示的実施形態の斜視図である。 開放界面を含むマイクロチャネルの例示的実施形態の側面図である。 開放界面を含むマイクロチャネルの例示的実施形態の側面図である。 開放界面を含むマイクロチャネルの例示的実施形態の側面図である。 開放界面を含むマイクロチャネルの例示的実施形態の斜視図である。 表面上に貯留する流体を収集するために使用されるマイクロ流体チャネルの例示的実施形態の斜視図である。 表面上に貯留する流体を収集するために使用されるマイクロ流体チャネルの例示的実施形態の斜視図である。 表面上に貯留する流体を収集するために使用されるマイクロ流体チャネルの例示的実施形態の斜視図である。 例示的実施形態による表面上に貯留する流体を収集するために使用されるマイクロ流体チャネルの下側斜視図である。 例示的一実施形態による、チャネルから流体中の粒子または流体自体の一部を抽出するために使用される開放界面を有する開放マイクロ流体チャネルの斜視図である。 例示的一実施形態による、チャネルから流体中の粒子または流体自体の一部を抽出するために使用される開放界面を有する開放マイクロ流体チャネルの斜視図である。 例示的一実施形態による、チャネルから流体中の粒子または流体自体の一部を抽出するために使用される開放界面を有する開放マイクロ流体チャネルの斜視図である。 例示的一実施形態による、チャネルから流体中の粒子または流体自体の一部を抽出するために使用される開放界面を有する開放マイクロ流体チャネルの斜視図である。 いくつかの例示的実施形態による、開放マイクロ流体チャネル内の異種パッチの上を流れる液体の斜視図である。 いくつかの例示的実施形態による、開放マイクロ流体チャネル内の異種パッチの上を流れる液体の斜視図である。 いくつかの例示的実施形態による、開放マイクロ流体チャネル内の異種パッチの上を流れる液体の断面図である。 いくつかの例示的実施形態による、開放マイクロ流体チャネル内の異種パッチの上を流れる液体の断面図である。 いくつかの例示的実施形態による、開放マイクロ流体チャネル内の異種パッチの上を流れる液体の断面図である。 一実施形態による開放マイクロ流体チャネルの斜視図である。材料が同マイクロ流体チャネルの開放界面部分と接触してまたはそれから離されてのいずれかで配置され、同マイクロチャネル内の流れを制御可能にする。 一実施形態による開放マイクロ流体チャネルの斜視図である。材料がマイクロ流体チャネルの開放界面部分と接触してまたはそれから離されてのいずれかで配置され、同マイクロチャネル内の流れを制御可能にする。 一実施形態による開放マイクロ流体チャネルの斜視図である。同チャネルに印加される力は、ある場所において自由外周を増減し、これにより同チャネル内の流体の流れを可能にするまたは妨げ得る。 一実施形態による開放マイクロ流体チャネルの斜視図である。同チャネルに印加される力は、ある場所において自由外周を増減し、これにより同チャネル内の流体の流れを可能にするまたは妨げ得る。 いくつかの例示的実施形態による、第１の面において始まるとともに第２の面上の開放マイクロ流体チャネル内に流体を取り込む開放マイクロ流体チャネルに流入する液体の斜視図である。 いくつかの例示的実施形態による、第１の面において始まるとともに第２の面上の開放マイクロ流体チャネル内に流体を取り込む開放マイクロ流体チャネルに流入する液体の斜視図である。 いくつかの例示的実施形態による、第１の面において始まるとともに第２の面上の開放マイクロ流体チャネル内に流体を取り込む開放マイクロ流体チャネルに流入する液体の斜視図である。 例示的一実施形態による、針の基部における第２の開放マイクロ流体チャネル内に接続する同針内に画定された開放マイクロチャネルの斜視図である。 図７Ａの例示的実施形態による、針の基部における第２の開放マイクロ流体チャネル内に接続する同針内に画定された開放マイクロチャネルの斜視図である。 例示的実施形態による、徐々に狭くなる断面を有する開放マイクロ流体チャネルの例示的実施形態の斜視図である。 例示的実施形態による、徐々に狭くなる断面を有する開放マイクロ流体チャネルの例示的実施形態の斜視図である。 例示的実施形態による、徐々に狭くなる断面を有する開放マイクロ流体チャネルの例示的実施形態の斜視図である。 例示的実施形態による、徐々に狭くなる断面を有する開放マイクロ流体チャネルの例示的実施形態の斜視図である。 例示的実施形態による、徐々に狭くなる断面を有する開放マイクロ流体チャネルの例示的実施形態の斜視図である。 例示的実施形態による、徐々に狭くなる断面を有する開放マイクロ流体チャネルの例示的実施形態の斜視図である。 例示的実施形態による、徐々に狭くなる断面を有する開放マイクロ流体チャネルの例示的実施形態の斜視図である。 いくつかの例示的実施形態による、突然狭くなる断面を有し、これにより、気泡の形成を妨げる空気排気口が動作する必要を無くす毛細管弁の生成を可能にする開放マイクロ流体チャネルの斜視図である。 例示的実施形態による、流体の２つの源が結合することを可能にするＹチャネルであって、一方の分岐は気泡を生成するリスク無しに他方の分岐の前に充填され得るＹチャネルの斜視図である。 例示的実施形態による、流体の２つの源が結合することを可能にするＹチャネルであって、一方の分岐は気泡を生成するリスク無しに他方の分岐の前に充填され得るＹチャネルの斜視図である。 例示的実施形態による、流体の２つの源が結合することを可能にするＹチャネルであって、一方の分岐は気泡を生成するリスク無しに他方の分岐の前に充填され得るＹチャネルの斜視図である。 例示的実施形態による、流体の２つの源が結合することを可能にするＹチャネルであって、一方の分岐は気泡を生成するリスク無しに他方の分岐の前に充填され得るＹチャネルの斜視図である。 例示的実施形態による、流体の２つの源が２つの他のチャネルに配送されることを可能にするＹチャネルであって、一方の源は気泡を生成するリスク無しに他方の源の前に充填され得るＹチャネルの斜視図である。 例示的実施形態による、流体の２つの源が結合することを可能にするＹチャネルであって、一方の分岐は気泡を生成するリスク無しに他方の分岐の前に充填され得るＹチャネルの斜視図である。 例示的実施形態による、流体の２つの源が結合することを可能にするＹチャネルであって、一方の分岐は気泡を生成するリスク無しに他方の分岐の前に充填され得るＹチャネルの斜視図である。 一実施形態による、１つの開放マイクロ流体チャネルから別の開放マイクロ流体チャネルへの流体の流れを可能にする方法の斜視図である。 一実施形態による、より大きな開放マイクロ流体ネットワークの内部に構築された開放マイクロ流体ネットワークの斜視図である。 一実施形態による、１つの開放マイクロ流体チャネルから別の開放マイクロ流体チャネルへの流体の流れを可能にする方法または装置の斜視図である。 一実施形態による、１つの開放マイクロ流体チャネルから別の開放マイクロ流体チャネルへの流体の流れを可能にする方法または装置の斜視図である。 一実施形態による、１つの開放マイクロ流体チャネルから別の開放マイクロ流体チャネルへの流体の流れを可能にする方法または装置の斜視図である。 一実施形態による、１つの開放マイクロ流体チャネルから別の開放マイクロ流体チャネルへの流体の流れを可能にする方法または装置の斜視図である。 一実施形態による、１つの開放マイクロ流体チャネルから貯蔵槽内への流体の流れを可能にする方法または装置の斜視図である。 一実施形態による、１つの開放マイクロ流体チャネルから貯蔵槽内への流体の流れを可能にする方法または装置の斜視図である。 一実施形態による、１つの開放マイクロ流体チャネルから貯蔵槽内への流体の流れを可能にする方法または装置の斜視図である。 一実施形態による、開放マイクロ流体チャネルを使用することにより表面上の過剰な流体の捕捉を可能にする方法または装置の斜視図である。 一実施形態による、開放マイクロ流体チャネルを使用することにより表面上の過剰な流体の捕捉を可能にする方法または装置の斜視図である。 一実施形態による、開放マイクロ流体チャネルまたは貯蔵槽への物質の添加を可能にする方法または装置の斜視図である。 一実施形態による、開放マイクロ流体チャネルまたは貯蔵槽への物質の添加を可能にする方法または装置の斜視図である。 一実施形態による、開放マイクロ流体チャネルまたは貯蔵槽への物質の添加を可能にする方法または装置の斜視図である。 一実施形態による、開放マイクロ流体チャネルまたは貯蔵槽への物質の添加を可能にする方法または装置の斜視図である。

本明細書に開示される様々なシステムおよび装置は医学的処置およびシステムに使用される装置に関する。より具体的には、様々な実施形態は、マイクロ流体ネットワークに関する開放装置、方法、およびシステムを含む様々な医療装置に関する。

本明細書において開示される装置と関連方法およびシステムの様々な実施形態は任意の他の既知の医療装置、システム、および方法に取り込まれ得るまたはそれらと共に使用され得るということが理解される。例えば、本明細書において開示される様々な実施形態は、同時係争中の２０１２年１月２５出願の米国特許出願第６１／５９０，６４４号明細書、表題“Ｈａｎｄｈｅｌｄ Ｄｅｖｉｃｅ ｆｏｒ Ｄｒａｗｉｎｇ，Ｃｏｌｌｅｃｔｉｎｇ，ａｎｄ Ａｎａｌｙｚｉｎｇ Ｂｏｄｉｌｙ Ｆｌｕｉｄ”と２０１３年１月２５日出願の米国特許出願第１３／７５０，５２６号明細書、表題“Ｈａｎｄｈｅｌｄ Ｄｅｖｉｃｅ ｆｏｒ Ｄｒａｗｉｎｇ，Ｃｏｌｌｅｃｔｉｎｇ，ａｎｄ Ａｎａｌｙｚｉｎｇ Ｂｏｄｉｌｙ Ｆｌｕｉｄ”に開示される医療装置およびシステムのいずれかに取り込まれ得るまたはそれと共に使用され得、その全体を参照として本明細書に援用する。

図面を概して参照すると、「開放マイクロ流体溝」は、流体が開放空気／液体界面の上に跨る１つまたは複数の部分と流体が親水性材料と接触する１つまたは複数の部分を含む断面とを有するチャネルとして定義される。開放マイクロ流体溝はまた、本明細書では、開放マイクロ流体溝、開放マイクロ流体ネットワーク、開放マイクロ流体チャネル、マイクロ流体チャネル、マイクロ流体溝、またはより一般的にはチャネルまたは溝と呼ばれる。１つまたは複数の溝またはチャネルがネットワークを構成し得るということが理解される。マイクロ流体溝内の各点において、親水性材料と接触する断面の部分の長さは濡れ外周と呼ばれ、残りの部分の長さは自由外周と呼ばれる。さらに、自然毛細管流動が開放マイクロ流体チャネル内に発生するかどうかを判断するＳＣＦ関係式は、マイクロ流体溝の自由外周と濡れ外周との比がマイクロ流体溝の壁を構成する親水性材料上の流体の接触角の余弦未満でなければならないということを規定する。特殊機能を行うために設計されたまたは他のマイクロ流体部品と共に組み立てられたマイクロ流体溝は開放マイクロ流体ネットワークと呼ばれる。

表面張力現象だけでなくマイクロ流体溝の開放態様を活用することで、マイクロ流体溝を通る流れの制御とより大きな開放マイクロ流体ネットワークの生成とを可能にする多種多様な流体部品が開発され得る。マイクロ流体溝の自由外周と濡れ外周との比が流体の接触角の余弦未満であるとする設計規則は、いくつかの開放液体／空気界面を含むマイクロ流体チャネル、または濡れ外周の全体が機能する必要が無い（したがって、組み立て部品内の気泡または隆起により部分的に阻止されたとしても流体が依然として流れ得る）チャネルの設計を可能にする。開放マイクロ流体チャネルまたはマイクロ流体溝は、天井の欠けたＵ字形断面を有するチャネル、または例えば天井と床の欠けた矩形断面を有するチャネルとして設計され得る。別の例は、天井が欠けるとともにその床に円形開口を含む矩形断面を有するチャネルである。いくつかの他の実施形態は、Ｖ字形断面、台形断面、円形または複数のギザギザの有る断面を有するチャネルを含む。これらのチャネルの実施形態は、物質をマイクロ流体ネットワークへ挿入またはそれから除去するための簡単なアクセスを可能にするチャネルの設計を可能にする。

一般的マイクロ流体手法は、診断、携帯、および分析用途のためのそれらの信頼性と使い易さとを制限するいくつかの固有な挑戦的課題を含む。これらの挑戦的課題の１つは、しばしば接着工程を必要とする完全密閉型マイクロ流体チャネルを製造する困難性である。開放マイクロ流体チャネルは、１つの単純なエンボス加工工程で製造され得るマイクロ流体ネットワークの生成を可能にするのでこの問題を解決する。一般的マイクロ流体ネットワークの第２の挑戦的課題は、マイクロ流体システム全体の致命的故障のしばしば同意語である気泡の形成および封入である。一般的回避方法は、封入された気泡を逃がし、これによりマイクロ流体チャネル内の流体接続を維持する空気逃がしの配置に関わる。開放マイクロ流体ネットワークは、すべての場所で気泡が逃げられるようにすることによりこれらの従来技術の制限を解決する。

マイクロ流体システムにおける第３の挑戦的課題は、マイクロスケールチャネルとマクロスケール現実世界との相互接続である。ほとんどの従来のマイクロ流体システムでは、使用可能装置の製造は、マイクロ流体装置内に入る管と同装置自体との間の防水または気密接続の確立に依存する。開放マイクロ流体チャネルは、液滴をチャネルに単純に接触させることにより、または第２の開放マイクロ流体ネットワークを第１の開放マイクロ流体ネットワークに挿入することにより、流体のチャネル内への入力およびそれからの出力を可能にする。さらに、開放マイクロ流体チャネルは、磁気的力、拡散力、物理的力、または他の相互作用力により抽出用開放界面を活用することにより、開放マイクロ流体チャネル内に含まれる流体からの粒子の除去を可能にする。

次に添付図面を参照して、開放マイクロ流体ネットワークの使用に関連する装置、システム、および方法について詳細に説明する。図１Ａ〜図１Ｄは、開放マイクロ流体チャネル１１の様々な例示的実施形態の斜視図である。これらの開放マイクロ流体チャネル１１は通常、少なくとも１つの自由表面１２と少なくとも１つの濡れ表面１３とを含む。いくつかの例示的実施形態では、マイクロ流体チャネル１１の断面は、少なくとも１つの自由表面１２の上に跨る断面の長さと少なくとも１つの濡れ表面１３の上に跨る断面の長さとの比は濡れ表面１３上の流体１４の接触角の余弦未満であるとするＳＣＦ関係式を検証し、流体１４が毛細管力によりチャネル１１に沿って自然に流れるということを保証する。

描写された実施形態は、矩形断面１５を有するチャネル内に１つの開放界面を有する流体チャネル（図１Ａに示すような）、平行レール形態１６内の流体チャネル（図１Ｂに示すような）、様々な自由および濡れ表面１７を有する流体チャネル（図１Ｃに示すような）、湾曲面１８と第２の接触面１９とを有する流体チャネル（図１Ｄに示すような）のものであり、そのすべては流体がチャネル１１内で自由に流れることを可能にする。しかし、自由表面１２と濡れ表面１３とに関わる他の実施形態はこの技術を使用することにより可能にされ、特に、くさび形チャネル、開口を有するチャネル、Ｖ字形断面２０を有するチャネル（図１Ｅに示すような）、Ｕ字形断面２１を有するチャネル（図１Ｆに示すような）、および円形断面２２を有するチャネル（図１Ｇに示すような）を含み得る。さらに、図１Ｅに描写されたＶ字形断面は、気泡、製造欠陥、または局所親水性処理欠陥などの要因により損なわれた濡れ外周の一部を有する場合でも流体の毛細管流動を可能にする開放マイクロ流体溝の生成を可能にする。

図１Ｈに描写される例示的実施形態では、開放マイクロ流体チャネル１１の壁２３ａは、そうでなければ当該場所で流体のピン止め、したがってチャネルの閉塞を引き起こすだろう隆起または製造欠陥２４ａの上の流れを可能にするように、設計基準を単独で検証する。他の実施形態が可能である。

図２Ａ〜２Ｄは、表面２３上に存在する貯留液体２２と接触する開放マイクロ流体チャネル１１の斜視図である。貯留液体２２は血液であり得、皮膚などの表面２３上に貯留し得る。一例として、図２Ａに描写するように、開放マイクロ流体チャネル１１は、互いに接続されるとともに流体２２がチャネルに流入するようにし得る捕捉領域２４とチャンネル領域２５とを含み得る。開放マイクロ流体チャネル１１は、少なくとも１つの自由表面１２の上に跨るチャネル１１の断面の長さと少なくとも１つの濡れ表面１３の上に跨るチャネル１１の断面の長さとの比は濡れ表面１３上の流体１４の接触角の余弦未満であるとするＳＣＦ関係式を満足する自由表面１２と濡れ表面１３とからなる。

図２Ａ〜２Ｃに描写される装置実施形態は、例えば開放マイクロ流体チャネル１１の捕捉領域２４を表面２３上の貯留液体２２に接触して配置して流体がマイクロ流体チャネル１１に自由に入れるようにすることにより使用され得る。流体を完全に除去すると、またはユーザが望めば、チャネル１１は流体２２から切り離され、チャネル内の流体の流れは停止する。図２Ｄに描写された実施形態では、開放マイクロ流体ネットワークと表面上の血液貯留との接触を容易にするために拡張開放領域２６が捕捉領域２４に設計されている。

図２Ａでは、捕捉領域２４とチャンネル領域２５は、その末端が流体２２と接触し得る天井または上部の欠けた開放チャネルにより表される。捕捉領域２４は貯留流体の広範な捕捉を容易にするためにチャンネル領域２５より広い。別の実施形態では、捕捉領域２４の壁はより広いキャプション領域２４の生成を可能にするように隆起または拡張され得る。

図２Ｂに描写された別の実施形態では、捕捉領域２４は貯留流体２２の捕捉を容易にするために表面２３（または、「底部」）近傍で開放されている。チャンネル領域２５は、流体の表面２３への露出を防止するために表面２３（または、「上部」）から離れた場所で開放されている。捕捉領域２４からチャンネル領域２５への遷移領域は、上部に対する開放から底部に対する開放への急な遷移領域により、またはチャネル１１が上部と底部の両方に対し閉鎖された重畳領域により、上部と底部の両方に対し開かれたチャネルの小部分で構成され得る。

図２Ｃに描写された別の実施形態では、捕捉領域２４は、表面２３に対して、上部と底部の両方に対し開放され、これにより流体２２の捕捉と、流体の表面２３への露出を防止するために上部においてだけ開放されたチャンネル領域２５への接続とを可能にする。これらの実施形態は、より背の高い濡れ表面１３を提供するように、チャネル１１の、チャンネル領域２５の、または捕捉領域２４の断面幾何学形状により開発され得る。一例として、このような実施形態はＶ字形断面、台形状断面、または円鋸歯形状断面を含み得る。

図３Ａ〜３Ｄは、開放マイクロ流体プラットホーム内から当該物質の流体または成分を除去するのに使用するための開放マイクロ流体チャネル１１のいくつかの実施形態の様々な斜視図である。図３Ａに、溶媒、石油、ガス、ヒドロゲル、または別の物質などの別の環境に対して開放された開口２７を有する開放マイクロ流体チャネル１１を示す。開放マイクロ流体チャネル１１は、開口２７を含む少なくとも１つの自由表面１２の上に跨るチャネル１１の断面の長さと少なくとも１つの濡れ表面１３の上に跨るチャネル１１の断面の長さとの比は濡れ表面１３上の流体１４の接触角の余弦未満であるとするＳＣＦ関係式に従う。これらの実施形態は、マイクロ流体溝に流入する液体１４中に存在するいかなる検体も開口２７の上を流れるようにするので、検体は開口２７を通る流体１４から抽出され得るまたは流体１４中に観察され得る。

図３Ｂは、検体２２または流体１４がパッド２８の上を通るにつれてチャネルの底部を通じて流体１４として抽出されるように、チャネル１１の中心にさらにパッド２８を含む開放マイクロ流体チャネル１１の実施形態の斜視図である。毛細管流動はチャネル１１の上で発生し（パッド２８が存在しない場合でも）、これにより溝１１内の流体１４とパッド２８との信頼できる接続を保証するということが理解される。

図３Ｃは、流体１４が貯蔵槽２９から開放マイクロ流体ネットワーク１１内に抽出されるように開放貯蔵槽２９内に浸漬する懸架チャネル１１を描写する。

図３Ｄは、第１の開放チャネル１１が第２の開放チャネル３０内に配置され、これにより第１のチャネル１１へ流れ落ちる流体が第２のチャネル３０と接触し第２のチャネル３０に沿って流れるようにする別の例示的実施形態を示す。第１の開放マイクロ流体ネットワークと第２のマイクロ流体ネットワーク間の流体の交換を容易にする他の実施形態を考案し得る。１つの概念は、第２のマイクロ流体ネットワークの濡れ表面を第１のマイクロ流体ネットワークの自由表面の上に延ばし、第２のネットワークの表面に接触して自然毛細管流動により流体が駆動され、その後流体が第２の流体ネットワークに沿って流れるようにすることである。後者の実施形態は、例えば互いに嵌合した開放マイクロ流体ネットワークを使用することにより実現され得る。

図４Ａは、開放マイクロ流体チャネル１１に入りマイクロ流体チャネル１１の壁１３内の異種領域３１の上を流れる液体１４を示す例示的実施形態の斜視図である。異種領域３１は様々な実施形態では開放界面、吸収パッド、または不混和性流体であり得る。これらの実施形態では、開放マイクロ流体チャネル１１は、床３２無しに機能し得る濡れ表面１３を許容し、したがって流体１４が異種パッチ３１の上に流れるように設計される。検体３３は、捕捉物質が装填されたヒドロゲル、捕捉物質を含むパッド、磁石、または別の固相捕捉システムであろう捕捉機構により異種パッチとの接触を介し流体１４から抽出され得る。異種パッチはまた、流体１４中に溶解された検体３３への光学的アクセスを可能にする透明材料でもあり得る。

図４Ｂは、図４Ａに関連して説明した異種パッチの実施形態の斜視図である。これらの例示的実施形態では、開口３４はチャネル１１内を流れる流体１４を別の流体３５または気体環境３５へ接続する。この第２の流体環境３５は、所望により、流体１４中に含まれる化学成分または流体１４の一部を抽出するための特定の液相または気相であり得る。

図４Ｃは、図４Ｂの実施形態の断面図であり、濡れ表面１３と２つの自由表面１２とを有し開口３４を含む開放マイクロ流体チャネル１１を示す。チャネルは、開口３４を含む少なくとも１つの自由表面１２の上に跨るチャネル１１の断面の長さと少なくとも１つの濡れ表面１３の上に跨るチャネル１１の断面の長さとの比は濡れ表面１３上の流体１４の接触角の余弦未満であるとするＳＣＦ関係式を検証したので、流体１４は開口３４の上を流れることができる。

図４Ｄに描写された別の実施形態では、対象検体を拘束（ｂｉｎｄ）するために使用される流体３７中の磁気ビーズが、液体１４により運ばれ、例えば磁石３７により生成される磁力によりチャネルの外側の環境３８内へ抽出される。マイクロ流体溝から抽出されると、液体３８からの磁気ビーズは化学的または分子的分析のために診断装置または機器に入れられ得る。他のビーズ抽出手段は当業者により周知であり、装置内に組み込まれ得る。

図４Ｅに描写された実施形態では、流体１４は開口３４の場所において不混和性流体３９の上を流れる。２つの流体の接触が、流体１４により運ばれる検体３７の拡散または他の電気的力を介しビーズ３８の抽出を可能にする。非混合相に入ると、検体３３は、その後の分析のためにマイクロ流体ネットワークから除去され得る、または分析領域または分析部品へ流され得る。

図５Ａ〜５Ｂは、開放マイクロ流体チャネル１１の断面内の自由界面の材料閉鎖部の位置に依存してその長さ方向に沿った流体流れを制御可能に許容する開放マイクロ流体チャネル１１を含む例示的実施形態の斜視図である。親水性壁１３を有するＵ字形断面を有する開放マイクロ流体チャネル（または、ネットワーク１１）と天井上の開放液体／空気インターフェース１２は、開口２７を含む少なくとも１つの自由表面１２の上に跨るチャネル１１の断面の長さと少なくとも１つの濡れ表面１３の上に跨るチャネル１１の断面の長さとの比は濡れ表面１３上の流体１４の接触角の余弦未満であるとする設計基準を検証し、流体がその長さ方向に沿って流れるようにする。マイクロ流体チャネルの長さ方向のある点において、断面はＳＣＦ関係式をもはや検証しないように変更される。この変更は、流体がチャネル１１に沿った特定場所において前進することを停止するように緩やかであっても突然であってもよい。突然の変更の場合、隆起５０が規定場所において、前進する流体１４のピン止めを引き起こす。移動可能材料は、図５Ａに表された開放マイクロ流体溝に隣接しない位置５１から図５Ｂに表されたマイクロ流体溝に隣接する位置５２へ移動することが許される。ユーザまたは電子回路の命令により開位置５１から閉位置５２へ移動されると、移動可能材料はマイクロ流体溝に流入する流体１４と接触することが許され、これによりマイクロ流体溝の濡れ外周を増加させて自由外周と濡れ外周との比の変化をもたらす。本システムは、この比が流体の接触角の余弦未満の第１の値から流体の接触角の余弦より高い第２の値へ変化し、これにより自発性毛細管流動を可能にするように設計され得る。最後に、開放マイクロ流体溝内を流れ、元々、材料が開位置５１に置かれるとチャネル内で阻止される流体１４は、閉位置５２に置かれると材料の上を流れ、開放マイクロ流体溝１１に沿って流れ続け得る。ＳＣＦ関係条件を検証しない幾何学形状からＳＣＦ関係式を検証した幾何学形状への切換えを行い、これにより自然毛細管流動を可能にするために使用される材料は、固体プラスチック、ヒドロゲル、または別の混和性または不混和性流体のいずれかであり得る。

流体１４がマイクロ流体チャネル内の特定場所５３において停止される別の実施形態を図５Ｃと５Ｄに示す。ここでは、開放マイクロ流体チャネルの幾何学形状は、開口２７を含む少なくとも１つの自由表面１２の上に跨るチャネル１１の断面の長さと少なくとも１つの濡れ表面１３の上に跨るチャネル１１の断面の長さとの比は濡れ表面１３上の流体１４の接触角の余弦未満であるとするＳＣＦ関係式を検証しない。ユーザ作動力５３が図５Ｃに表される開放マイクロ流体溝上で与えられ、図５Ｄに表されるマイクロ流体チャネル１１の壁５４の移動を引き起こすと、上述の比はマイクロ流体チャネル内の流体の接触角の余弦未満の値まで低減され、流れはチャネル１１の長さ方向に沿って継続することが許される。

図６Ａは、第１の面６０で始まる開放マイクロ流体チャネル１１に流入し、傾斜面または湾曲面の周囲を流れ、第１の面６０と異なる新しい面６１上のマイクロ流体溝の延長部分に流入する流体１４の斜視図である。重要なことには、これらの実施形態では、２つの面の角度は１８０度未満である。この実施形態では、開放マイクロ流体チャネルは、開口２７を含む少なくとも１つの自由表面１２の上に跨るチャネル１１の断面の長さと少なくとも１つの濡れ表面１３の上に跨るチャネル１１の断面の長さとの比は濡れ表面１３上の流体１４の接触角の余弦未満であるとするＳＣＦ関係式を満足する必要がある。

図６Ｂに示す実施形態では、第１の面６０と第２の面６１との角度は１８０度より大きい。具体的には、この実施形態は、マイクロ流体チャネル１１が天井と壁または床の両方に欠けた開放マイクロ流体チャネルに使用されるものと等価なより厳格なＳＣＦ関係式を満足することを保証することにより、屈曲線６２における流体のピン止めを防止する。本質的に、これらの実施形態は、チャネルの壁だけにより与えられる毛細管力により流体１４が屈曲線６２を流れ落ちるようにする。

図６Ｃに描写された実施形態では、上部が開放されたマイクロ流体チャネル１１が平面６３上に画定され、前述のＳＣＦ関係式に従って設計され、これによりマイクロ流体チャネル内の流体の流れを保証する。第１のチャネル１１内のある場所において、面６５内に構築された第２のマイクロ流体チャネル６４がチャネル１１と交差する。ＳＣＦ関係式は、流体が第１のチャネル１１内を流れ、そして第２のチャネル６４に沿って流れるように、第１のチャネル１１と第２のチャネル６４との接合部を生成できるようにする。これを実現するために、第２のチャネル６４は、流体が、２つの側壁６６、６７を利用した毛細管流動により流れるように、天井と床の両方が欠けたチャネルを少なくとも部分的に使用することにより第１のチャネル１１に食い込む。このシステムは、ある機能を有する第１のマイクロ流体ネットワークと、第１のマイクロ流体ネットワークの上に重ねられ直立開放コネクタシステムを介し第１のマイクロ流体ネットワークに接続された第２のマイクロ流体ネットワークとの間のマイクロ流体ネットワークに流入する流体を分流できるようにする。

図７Ａ〜７Ｂは、ユーザの皮膚または流体の貯蔵槽を覆う膜などの膜７１に侵入するように設計された針７０に沿って配置された開放マイクロチャネル１１（自由外周と濡れ外周との比は接触角の余弦より小さい、とするＳＣＦ関係式を再び検証する）を含む様々な例示的実施形態の斜視図である。（図７Ａに描写するような膜７１に元々非接触の）針が膜７１を貫通し血液または試薬などの流体１４にアクセスすると、流体１４は図７Ｂに描写するように針７０の側面に沿ってマイクロ流体チャネル１１に流入することができる。針７０の基部７２において、針は開放マイクロ流体溝７４を含む表面７３と接触する。これらの実施形態もまた、所与の流体１４のＳＣＦ関係式を検証する。針内の開放マイクロ流体溝１１は、流体１４がマイクロ流体溝１１からマイクロ流体溝７４内に沿って流れるように、同一面内のまたは傾斜接合におけるベース面内の開放マイクロ流体溝７４に接触する。こうして、マイクロ流体ネットワークは、膜により保護された源から、特注針を通して、流体を、他の分析、化学または診断流体部品を含む開放マイクロ流体ネットワーク内に引き込めるようにする。さらに、このようなシステムは、能動または受動分析部品を有し得るマイクロ流体ネットワーク内へ流体１４を常時引き込めるようにする。

図８Ａ〜８Ｂは、図８Ａに示すように、広い構成８０から狭い構成８１へ徐々に狭まる濡れ表面１３の断面を有する開放マイクロ流体チャネル１１の斜視図である。但し、すべての点において、濡れ表面断面積１３に対する自由表面断面積１２は、チャネル内に流される流体と濡れ表面１３との接触角の余弦未満である。図８Ｂに示すように液滴８２がマイクロ流体チャネル１１内に置かれると、マイクロ流体溝１１の狭端部８１に面する液滴の第１の面（すなわち「前縁」）８３は溝１１の広端部８０に面する液滴の第２の面（すなわち「後縁」）８４より小さな自由断面と濡れ断面との比を有する。このようなシステムでは、少なくとも１つの開放液体／空気界面を含む液滴８２はマイクロ流体チャネル１１を通って広端部８０から狭端部８１へ自己推進することになる。さらに、これらの実施形態では、これは、当業者に明らかなように、天井の欠けたチャネル、天井と床の欠けたチャネル、または天井が欠け床に開口を含むチャネルなどの１つまたは複数の開放界面により実現され得る。

図８Ｃ〜８Ｄに描写される実施形態では、チャネル長さ方向に沿った幾何学形状の変化は緩やかではなく、むしろ有限の幾何学的段差８５を含む。これらの例示的実施形態では、チャネルの幾何学形状が、一定容積の流体をチャネル内の１つの段差から次の段差へ跨るようにするやり方で設計されるという条件で、チャネル内に挿入された液滴８２はより狭い端部８１方向にチャネル１１に沿って均等に流れることになる。

図８Ｅ〜８Ｇでは、十分な量の容積が挿入されればチャネルに沿った流体流れだけを許容する開放型容積制御弁の生成を可能にする別の実施形態が描写される。図８Ｅでは、液滴８２は、マイクロ流体溝１１内に挿入され、先に説明した機構により、前縁８３における自由外周と濡れ外周との比が後縁８４における自由外周と濡れ外周との比より小さい限り、前方に自己推進することができる。後縁８４が幾何学形状８６の突然変化部に達すると、液滴８２は前縁が上述の条件を検証しなければ停止する。

図８Ｆは、同様な表面エネルギーの液体（低表面エネルギーの液体）からなる追加流体８７の添加を描写する、すなわち、不混和性流体がチャネル内に挿入され得、それ自体は第１の液滴８２と同様なやり方でチャネル１１内に流れ落ちることになる。チャネルの開放態様は、空気が領域８８内の２つの流体８２、８７間で漏れる可能性があるのでチャネル内の気泡形成を防止することになる。

図８Ｇに示すように、追加流体８７が液滴８２と混合可能であり、元の液滴８２に接触すれば、追加流体の容積は液滴の容積を増加させ、増加された液滴８９はその後の幾何学的変化部９０と接触するのに十分な容積を含み得る。追加流体８７が液滴８２と不混和性であり、元の液滴８２と接触すれば、２つの液滴同士は連結するが混合しなく、流体８７はくびれ部の向こう側まで流体８２を推進する。この自己マイクロ流体推進方法では、チャネル１１は、不混和性逆流体８７の表面エネルギーが元の流体８２より小さい限り特殊な幾何学形状が欠けてもよい。液滴８９が幾何学的変化部９０に接触すると、全液滴は前方に流れマイクロ流体ネットワーク内に入ることができる。

図９Ａ〜９Ｅは、濡れ外周９２を有する第２のチャネル９１へ突然拡大しピン止め線９３を生成する断面濡れ表面１３を有する第１の開放マイクロ流体チャネル１１の実施形態の斜視図である。重要なことには、２つの濡れ外周１３、９１は異なる幅と高さでなければならなく、両方のチャネル１１、９１は「自由表面断面積１２と濡れ表面断面積１３との比が流体１４と濡れ表面１３との接触角の余弦未満である」というＳＣＦ関係式を検証しなければならない。

図９Ａに示すように、流体１４が第１のチャネル１１に入ると、幾何学形状の変化が面９３上の流体ピン止めを引き起こす。第２のチャネル９１内に挿入された流体９４は、図９Ｂ〜９Ｃに示すように空気がマイクロ流体チャネルの開放界面９５から逃げ得るので、第１のチャネル１１の方向に流れる。流体１４と９４が接触すると、図９Ｄ〜９Ｅに描写するように、線９３上のピン止めは解除され、次に流体は毛細管力または任意の他の圧力源により生成される自然な圧力勾配に従って流れ得る。逆の言い方をすると、ネットワークに入る第１の流体がチャネル９１内の流体９４であれば、幾何学形状が広くなるのではなく狭くなるのでピン止めは観測されなくなる。

図９Ｄ〜９Ｅの実施形態では、制御可能開放毛細管弁について説明する。同様に、開放マイクロ流体チャネル１１へ流れ落ちる流体１４は、図９Ｄに描写するように、幾何学形状の突然の拡張部に達し、装置面９３において流体１４のピン止めを引き起こす。流体の堆積の手動または電子制御を可能にする開放領域９６が面９３のすぐ後ろに置かれる。流体が領域９６内に加えられると、図９Ｅに示すように、面９３上の液体１４のピン止めを除去し、流れ９７が自然な圧力勾配に従ってチャネルに沿って進めるようにする。逆に、流体１４が領域９６から除去されると、開放マイクロ流体チャネル１１からの流体は面９３で再度ピン止めされる。

図１０Ａと図１０Ｂは、単一合成領域、この場合は第３のチャネル１０１へ合成される第１と第２の開放マイクロ流体チャネル９９、１００をさらに含む開放マイクロ流体ネットワーク９８を含む実施形態の斜視図である。チャネル９９、１００、１０１のそれぞれはさらに、自由表面断面積１２と濡れ表面断面積１３との比は、自然毛細管流動が発生するように、流体１４と濡れ表面１３との接触角の余弦未満であるというＳＣＦ関係式を検証する。これらの例示的実施形態では、第１のチャネル９９に入る流体１０２はチャネルを流れ落ち、チャネル９９、１００、１０１間の交差点に達し、第３のチャネル１０１を流れ落ちることができる。いくつかの実施形態では、第２のチャネル１００を流れ落ちるのを防ぐために図９Ａに描写されるような毛細管弁を追加し得る。

例示的実施形態では、図１０Ｂに描写するように、ガスが開放界面から逃げ得るので気泡をトラップするリスク無しに、第２の流体１０３が第２のチャネル１００へ加えられ同チャネルを流れ落ち得る。第１のチャネル９９内の流体１０２へ連結されると、流体１０３は、流体１０３の容積と第３のチャネル１０１に流れ込む流体１０２の容積とを合成し、流体１０２、１０３の両方からなるその結果の流れ１０４を生成し得る。これらの実施形態は、両方の源により送出された液体同士を混合するように流体を、気泡を生成するリスク無しに、同期的に送出し得る複数の源からの流体を混合する装置の生成を可能にする。これらの実施形態は、マイクロ流体ネットワークにおいて流体を混合する際の用途、または複数の源からのより効率的な人体液収集のための用途を有し得る。

図１０Ｃ〜１０Ｅは、第１のチャネル９９と第２のチャネル１００間の接続幾何学形状１０５が、合成領域／第３のチャネル１０１を充填する第１の流体１０２の能力を高めるために、丸くされた別の実施形態を説明する。同様に、図１０Ｅ〜１０Ｇは、図１０ＥのＸ字形断面などの異なるプロフィールを有する開放マイクロ流体チャネルを使用する実施形態を描写する。一例として、そして図１０Ｆ〜１０Ｇに描写するように、Ｖ字形断面１０６は、第１のチャネル９９と第２のチャネル１００から第３のチャネル１０１内に流れ落ちる流体のより信頼できる接続を可能にする。Ｖ字形断面の下端１０７は、第１のチャネル９９の第３のチャネル１０１への接続部と第２のチャネル１００の第３のチャネル１０１への接続部との両方に沿って毛細管張力を高める。これは、流体がこれらのチャネルすべてを繋ぎ合わせた同じ単一線に追随し得るからである。この方法は、開放マイクロチャネル、パッド、貯蔵槽、または流体が集まるための任意の他の一般的領域を含む任意の第３のチャンネル領域１０１へ流体が流入するようにし得る。

図１１Ａ〜１１Ｂは、標準化開放マイクロ流体部品を組み立てることにより開放マイクロ流体ネットワークの構築を可能にする手法で１つの開放マイクロ流体チャネルから別の開放マイクロ流体チャネルへおよびその逆の流体の流れを可逆的に可能にする別の実施形態の斜視図である。この方法では、開放マイクロ流体チャネル１１は、ピン止めにより流体の流れを止めるであろう末端１０８で終わる。これらの実施形態では、第２の開放マイクロ流体チャネル１０９は第１のチャネル１１の極近傍に置かれ、一方のチャネルから他方のチャネルへの流体輸送は、第２のチャネル１０９に接続されるとともにチャネル１１内に達する構造１１０の追加により可能になる。流体は第１のチャネル１１に沿った毛細管力により流されるので、構造１１０に接触する。構造１１０は流体が間隙１１１を埋めチャネル１０９の濡れ表面と接触するようにする。逆の言い方をすると、構造１１０は、チャネル１０９に沿って流れる流体の、第１のチャネル１１の壁と接触する能力を高めることになる。

図１１Ｂは、さらに別の実施形態であるより大きな開放マイクロ流体ネットワーク内の開放マイクロ流体ネットワークの斜視図である。第１のチャネル１１は、流体１４が毛細管力によりその長さ方向に沿って流れることができるようにＳＣＦ関係式を検証した。第１のチャネル１１は、第２の開放マイクロ流体チャネル１１２（これもＳＣＦ関係式を検証する）の表面の内部に構築され、流体１１３がチャネル１１２の長さ方向に沿って流れるようにする。これらの実施形態では、第１の流体はマイクロ流体ネットワーク内に流され、そして反応、培養、または作用され得、第２の分散媒または希釈流体がその後流され得る。これらの実施形態の用途としては、血液などの対象流体試料の希釈、対象流体試料と反応する化学試薬の挿入、またはより大きなチャネル内に挿入される対象流体試料と反応することになる化学的処理のマイクロチャネルの表面上の堆積が挙げられる。後者の例では、溶解バッファまたは抗凝固因子などの化学試薬、または官能化ヒドロゲルまたは磁気ビーズなどの検知／捕捉材料が堆積され得る。

図１１Ｃ〜１１Ｄは、標準的開放マイクロ流体部品により容易に組み立ておよび分解され得る開放マイクロ流体ネットワークの構築を可能にする手法で１つの開放マイクロ流体チャネルから別の開放マイクロ流体チャネルへの流体の流れを可能にする実施形態の斜視図である。この方法では、開放マイクロ流体チャネル１１は、ピン止めにより流体の流れを止めるであろう末端１１４で終わる。第２の開放マイクロ流体チャネルまたはチャネル１１５の一部はチャネル１１の極近傍に置かれ、一方のチャネルから他方のチャネルへの流体輸送は、チャネル１１５内部の一部と末端１１４との接触により可能になる。流体はチャネル１１に沿った毛細管力により流れるので、流体はチャネルの接触表面積またはチャネル１１５の一部により強化された、流体１１３をチャネル１１からチャネル１１６内に流れさせる構造１１５に接触することになる。

図１１Ｅ〜１１Ｆは、標準的開放マイクロ流体部品により容易に組み立ておよび分解され得る開放マイクロ流体ネットワークの構築を可能にする手法で１つの開放マイクロ流体チャネルから別の開放マイクロ流体チャネルへの流体１１３の流れを可能にする別の実施形態の斜視図である。この方法では、開放マイクロ流体チャネル１１はピン止めにより流体１１３の流れを止めるであろう末端１１７で終る。この末端１１７はチャネル１１内で直接対向して配置された２つの開口を有するだろう。第２のマイクロ流体チャネル１１８の一部はチャネル１１内のこれらの２つの開口を直接通して置かれ、一方のチャネルから他方のチャネルへの流体輸送は、末端１１７に対する内部構造１１８であるチャネルの一部の接触により可能になる。流体１１３はチャネル１１に沿った毛細管力により流れるので、流体は末端１１７までの構造１１８内部の深さにより強化された、流体をチャネル１１からチャネル１１９内に流れさせる内部構造１１８に接触することになる。

図１２Ａ〜１２Ｃは、少なくとも１つの開口からアクセス可能な可変容積の開放マイクロ流体貯蔵槽の充填を可能にする手法で、１つの開放マイクロ流体チャネルからより大きな容積貯蔵槽内への流体の流れを容易にする様々な別の実施形態の斜視図である。これらの実施形態では、開放マイクロ流体チャネル１１は貯蔵槽１２０の表面積を増大する流体接触隆起１２１を含む貯蔵槽１２０に入る。これらの流体接触隆起１２１同士は、流体接触隆起１２１が開放マイクロ流体チャネル１１から貯蔵槽１２０内へ流体１１３を転送するように、そして毛細管力が流体接触隆起数および表面積１２１により強化された貯蔵槽１２０内に流体を維持すように、離間され得る。

図１３Ａ〜１３Ｂは、開放マイクロ流体チャネル１２３を介し表面１２２上の余分な流体１１３の捕捉を可能にして液体を表面１２２から単純なやり方で乾燥または除去する方法の実施形態の斜視図である。この方法では、開放マイクロ流体チャネル１２３は、表面１２２上の流体１１３がチャネル１２３と接触し、チャネル１２３内に引きこまれ、表面１２２から離れるように表面１２２に接近する。

図１４Ａ〜１４Ｂは、含まれた流体に処理を施す単純な方法として、物質１２４の開放マイクロ流体チャネル１１または貯蔵槽１２０への添加を可能にする方法の様々な実施形態の斜視図である。この物質１２４は乾燥され得る、またはそうでなければ紙、プラスチック、ゴムまたは別の材料を含みチャネル１１または貯蔵槽１２０の底部に配置されるであろう表面１２５へ固定され得る。この方法では、物質１２４は流体が当該領域に入るとチャネル１１または貯蔵槽１２０へ転送され、これにより物質は流体中に溶解するようになる。別の実施形態では、図１４ＢＣと１４Ｄは、物質１２４が乾燥される実施形態、またはそうでなければ紙、プラスチック、ゴムまたは別の材料を含みチャネル１１または貯蔵槽１２０の上部に配置されるであろう表面１２５へ固定される実施形態を描写する。これらの実施形態では、物質１２４は、表面１２５がチャネル１１または貯蔵槽１２０内の流体と接触したときに流体がその領域内に既に含まれていればチャネル１１または貯蔵槽１２０へ転送される。

いくつかの実施形態が示され描写されたが、以下の特許請求の範囲に定義されるようなその広い態様における技術から逸脱することなく当該技術における通常の技能に従って変更と修正がなされ得るということを理解すべきである。

本明細書に例示的に記載された実施形態は、本明細書に具体的に開示されなかったいかなる素子、制限が無くても好適に実施され得る。したがって、例えば、用語「からなる」、「含む」、「構成される」などは、拡張的に読まれるものとし、限定するものではない。加えて、本明細書で採用された用語と表現は、限定の用語ではなく説明の用語として使用された。示され説明された特徴のいかなる等価物またはその一部も排除するような用語および表現の使用を意図していないが、請求技術の範囲内で様々な変更が可能であるということが理解される。

本開示は、本出願に記載され、様々な態様の具体例として意図された特定の実施形態の観点で限定されるべきではない。当業者にとって明らかなように本開示の精神と範囲から逸脱することなく多くの修正と変更がなされ得る。本明細書に列挙されたものに加えて本開示の範囲内の機能的に等価な構成、装置、および方法は前述の説明から当業者にとって明らかである。このような修正と変更は添付の特許請求範囲に入るように意図されている。本開示は、添付の特許請求範囲の各項と、このような特許請求範囲が権利を与えられる等価物の全範囲とだけにより限定されるべきである。本開示は、特定の方法、試薬、化合物組成または生体系に限定されなく、これらは当然変わり得るということを理解すべきである。また、本明細書で使用される用語は、特定の実施形態を説明することだけを目的とするものであり、限定することを意図するものではないことも理解されたい。

他の実施形態は以下の特許請求の範囲に記載される。

Claims (24)

1. 毛細管作用により流体の流れを可能にするように構成された第１のマイクロスケールチャネルを含むマイクロ流体装置であって、前記チャネルは、
   （ａ）親水性材料を含む濡れ表面であって、前記チャネル内を流れる流体と接触する濡れ表面と、
   （ｂ）開放空気／液体界面を含む自由界面であって、前記自由界面の断面長と前記濡れ表面の断面長との比が接触角の余弦未満であり、これにより自然毛細管流動を可能にする、自由界面とを含む第１の断面を含む前記チャネルの少なくとも一部を有する、装置。
2. 前記第１の断面は矩形または台形形状を含み、前記自由界面は前記第１の断面の上部に画定された第１の自由界面と前記第１の断面の底部に画定された第２の自由界面とを含む、請求項１に記載の装置。
3. 前記自由界面は、前記自由界面が表面上に貯留する一定容積の流体と接触し、これにより前記容積の少なくとも一部を捕捉し、前記容積の溝内への流れを生じさせるように前記装置の底部に画定される、請求項１に記載の装置。
4. 前記開放空気／液体界面は前記チャネルから流体試料を除去するためのまたは前記流体試料の任意の成分を除去するためのアクセスを提供するように構成される、請求項１に記載の装置。
5. 前記開放空気／液体界面は第２の毛細管路を受け入れ、これにより第２の流体ネットワーク内への前記流体の流れを可能にするように構成される、請求項４に記載の装置。
6. 前記チャネルは前記チャネル内に画定された開口を含み、前記開口は外部環境への流体アクセスを提供する、請求項１に記載の装置。
7. （ａ）前記第１の断面と比較して寸法が大きい第２の断面と、
   （ｂ）前記第１の断面と前記第２の断面間の遷移領域とをさらに含む請求項１に記載の装置であって、
   前記遷移領域は流体の流れのピン止めを引き起こし、その結果前記流れは液体が幾何形状変化の下流に供給される場合だけ可能になる、装置。
8. 第１のチャネルは共用領域と流体連通し、少なくとも１つの追加チャンネルもまた前記共用領域と流体連通し、これにより流体追加の同期と無関係な装置充填を可能にする、請求項１に記載の装置。
9. 前記自由界面の断面長と前記濡れ表面の断面長との前記比を低減する追加突起機構が前記チャネルの底部に追加され、より広い開放マイクロ流体チャネルの上の毛細管充填とより大きな容積の流体の収集とを可能にした、請求項２に記載の装置。
10. 第１のチャネルは前記第１のチャネルの表面上に配置された材料を含み、これにより、前記材料は流体が前記第１のチャネル内を流れる際に溶液中に取り込まれるように構成される、請求項１に記載の装置。
11. マイクロスケールチャネル使用法であって、
    （ａ）親水性材料を含む濡れ表面であって、前記チャネル内を流れる流体と接触する濡れ表面と、
    （ｂ）開放空気／液体界面を含む自由界面であって、前記自由界面の断面長と前記濡れ表面の断面長との比は接触角の余弦未満であり、これにより自然毛細管流動を可能にする、自由界面とを含む第１の断面を含む第１のマイクロスケールチャネルへ流体を供給するまたはそれから流体を除去する工程を含む方法。
12. 流体を前記第１のマイクロスケールチャネルへ供給する前記工程は、第１のチャネルと表面上に貯留する流体とを接触させ、これにより前記流体を前記第１のチャネル内に引き込む工程を含む、請求項１１に記載の方法。
13. 前記流体は血液であり、前記表面は皮膚の表面である、請求項１２に記載の方法。
14. 前記流体を前記第１のマイクロスケールチャネルから除去する前記工程は第１のチャネルと第２のチャネルとを流体連通させる工程を含み、
    前記第２のチャネルは前記第１の断面の比より小さい自由界面の断面長と濡れ表面の断面長との比を有する第２の断面を有する、請求項１１に記載の方法。
15. 前記流体を前記第１のマイクロスケールチャネルから除去する前記工程は前記チャネル内に画定された開放空気／液体界面窓を通して前記流体から物質を除去する工程を含む、請求項１１に記載の方法。
16. 前記流体から前記物質を除去する前記工程は窓に磁力を印加することにより磁気ビーズを除去する工程を含む、請求項１５に記載の方法。
17. 前記磁気ビーズを除去する前記工程は、前記窓において固体表面を液体の表面のほぼ近傍に配置するまたはそれに接触させることにより前記磁気ビーズを前記固体表面上にトラップする工程を含む、請求項１６に記載の方法。
18. 前記流体から前記物質を除去する前記工程は、前記窓において流体界面に接触して配置された材料上で粒子をトラップすることにより粒子を除去する工程を含み、前記材料は粒子同士を結合するように構成された化合物を含む、請求項１５に記載の方法。
19. マイクロスケールチャネル使用法であって、
    （ａ）親水性材料を含む濡れ表面であって、前記チャネル内を流れる流体と接触する濡れ表面と、
    （ｂ）開放空気／液体界面を含む自由界面であって、前記自由界面の断面長と前記濡れ表面の断面長との比は接触角の余弦未満であり、これにより自然毛細管流動を可能にする、自由界面とを含む第１の断面を含む第１のマイクロスケールチャネル内で流体を移動する工程を、含む方法。
20. 前記流体を第１のチャネル内で移動する前記工程は、前記第１のチャネルと少なくとも１つの他のチャネルとを通じて流体を共通チャネルまたは保持室内に推進する工程を含み、前記第１のチャネルと前記少なくとも１つの他のチャネルのそれぞれの中の流れは独立しており、これにより、気泡形成無しに異なる流れの合成を可能にする、請求項１９に記載の方法。
21. 第１のチャネル内で流体を移動する前記工程はさらに、前記流体を、任意の角度で配向された第１の面上を流れさせる工程と前記第１の面に対し任意の角度で配向されたコネクタにより前記流体が第２の面を横断させるようにする工程とを含む、請求項１９に記載の方法。
22. 第１のチャネル内で流体を移動する前記工程は、前記流体が前記第１のチャネルの上部の外気と前記第１のチャネルの底部とに流体連通するように前記第１のチャネルの底部内の開口の上を前記流体が流れるようにする工程を含む、請求項１９に記載の方法。
23. 第１のチャネル内で前記流体を移動する工程はさらに、前記流体が前記チャネル内を移動されるにつれて乾燥形態の試薬が前記流体中に溶解するように前記第１のチャネルの表面上に前記試薬を塗布する工程を含む、請求項１９に記載の方法。
24. 第１のチャネル内で前記流体を移動する前記工程はさらに、前記第１のチャネルの少なくとも１つの壁の少なくとも一部を試薬で被覆する工程を含み、前記試薬は対象粒子を含む、請求項１９に記載の方法。

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