JP2015529815A - マイクロ流体システムのための使い捨てカートリッジ - Google Patents
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Abstract
Description
(a)液体に対して不浸透性で、デジタルマイクロ流体システムの電極アレイを利用して、基部層が前記電極アレイ上に配置されるとき、液滴内のサンプルを処理するための作業フィルムとして構成される第1疎水性表面と、
(b)下面、装填部に配置される少なくとも1つの貫通孔、及び、第2疎水面を備えた平坦な硬質カバープレートと、
(c)基部層の第1疎水面と硬質カバープレートの第2疎水面との間に形成される隙間と、
を備える。
本発明の第2使い捨てカートリッジは、
(a)下面、上面及び少なくとも1つの貫通孔を有する本体と、
(b)液体を透過させず、電極アレイで覆われる際、デジタルマイクロ流体システムの電極アレイを利用して、液滴中のサンプルを操作するためのワーキングフィルムとして構成される第1疎水面を有する下部層と、
(c)本体の下面に取り付けられ、第2疎水面が設けられる電気導電材料と、
(d)下部層の第1疎水面と電気導電材料の第2疎水面の間に設けた隙間と、
を備える。
(a)1つの使い捨てカートリッジを取り出すために構成される少なくとも1つのカートリッジ収容部を有するベースユニットと、
(b)ベースユニット7の少なくとも1つのカートリッジ収容部に配置され、下部基板によって指示され、ほぼ第1平面内を延び、複数の個々の電極を備える電極アレイと、
(c)前記電極アレイの個々の電極の選択を制御し、エレクトロウェッティングによって前記カートリッジの隙間内の液滴を操作するために個々の電極に電圧を印加する中央制御ユニットと、
(d)電極アレイ又は下部基板を貫通し、ベースユニットのカートリッジ収容部に設けられる複数の吸引孔と、
(e)真空スペース内に負圧を生成する真空源と、
(f)吸引孔を真空源に接続する複数の真空ラインと、
を備える。
本発明に係る第1代替方法は、
(a)第1疎水面を有する下部層の形態でワーキングフィルムを提供し、
(b)デジタルマイクロ流体システムに、ほぼ第1平面内を延び、下部基板によって支持されて、電極アレイの個々の電極の選択を制御し、これら電極に、エレクトロウェッティングによって第1疎水面上の液滴を操作するために個別に電圧を印加する中央制御ユニットに接続された多数の個々の電極を備えた電極アレイを提供し、
(c)カートリッジの第2疎水面と下部層の第1疎水面の間に隙間を形成するガスケットを提供する、
ステップを備える。
(d)デジタルマイクロ流体システムのカートリッジ収容部の最上面の軟質フィルムで構成された下部層を設けることにより、最上面によって形成される真空スペース、カートリッジ収容部にも設けられるガスケット及び軟質下部層を生成し、
(e)電極アレイ又は下部基板を貫通し、デジタルマイクロ流体システムのベースユニットのカートリッジ収容部に設けた複数の吸引孔に接続された真空源を使用して真空スペース内を負圧とし、ガスケットが真空スペースを封止し、真空スペース内の負圧により軟質下部層がデジタルマイクロ流体システムのカートリッジ収容部の最上面に取り付けられて覆い、
(f)軟質下部層の第1疎水面に処理液を付加し、
(g)硬質カバープレートに軟質下部層の下面を配置し、下面を軟質下部層の周辺部と共に下面に接触させて封止状態で取り付け、デジタルマイクロ流体システムのカートリッジ収容部に使い捨てカートリッジを組み付け、ガスケットが第1疎水面と第2疎水面の間に所定寸法を形成し、
(h)少なくとも1つのサンプル液滴を隙間に付加し、エレクトロウェッティングによってサンプル液滴を操作する、
ステップを備えることを特徴とする。
・軟質下部層とデジタルマイクロ流体システムのカートリッジ収容部の最上面の間のガスケットは、硬質カバーの幾何学的形状、軟質下部層、及び、軟質下部層の下方側に作用する負圧と共に、軟質下部層の疎水面と隙間を閉鎖する硬質カバープレートの下面の間に十分な隙間を形成する。
・またカートリッジとマイクロ流体システムのPCBの間のガスケットは、カートリッジの幾何学的形状、軟質下部層、及び、軟質下部層の下方側に作用する負圧と共に、隙間を閉鎖する2つのフィルムの間に十分な隙間を形成する。
・本発明の使い捨てカートリッジは、軟質下部層と、エレクトロウェッティングが施される隙間を閉鎖する硬質カバーの下面の間にスペーサを必要としない。また本発明の使い捨てカートリッジは、エレクトロウェッティングが施される隙間を閉鎖する2つのフィルムの間にスペーサを必要としない。
・ガスケットは、軟質下部層の一部としたり、PCBやカートリッジ収容部の最上面に固定したりすることができる。
・ガスケットは、使い捨てカートリッジの一部としたり、PCBや使い捨てカートリッジの最上面に固定したりすることができる。
・いずれの使い捨てカートリッジであっても、デジタルマイクロ流体システムのカートリッジ収容部に組み付けられているか否かに拘わらず、カートリッジ収容部から取り出し、さらに周辺環境や作業者を汚染させる危険性の全くない状態で処理又は処分することができる。
・左側では、本体47が平板構造で構成されている。
・右側では、本体47はフレーム構造で構成されている。
使い捨てカートリッジ2の本体47の下面48はほぼ平坦である。これにより、第9実施形態に従って構成された使い捨てカートリッジ2は、下面48を有する本体47と、上面49と、少なくとも1つの貫通孔19とを備える。少なくとも1つの貫通孔19は、ピペットチップ26によって接近可能に構成されたピペットオリフィス41´´´として設計されている。貫通孔19は、処理液、試薬又はサンプルをピペットで吸引し隙間6に排出することを可能とする。
(a)使い捨てカートリッジ2を吸引するように構成された少なくとも1つのカートリッジ収容部8を有するベースユニット7と、
(b)ベースユニット7のカートリッジ収容部8に配置され、下部基板11によって支持され、第1平面内を延び、複数の個々の電極10を備える電極アレイ9と、
(c)電極アレイ9の個々の電極10の選択を制御し、これら電極10にエレクトロウェッティングによってカートリッジ2内の液滴を処理するためにそれぞれ電圧を印加する中央制御ユニット14と、
を備える。
また第1の代替のデジタルマイクロ流体システム1は、
(d)電極アレイ9を貫通し、ベースユニット7のカートリッジ収容部8に配設される複数の吸引孔35と、
(e)真空スペース46内の低圧を生成する真空源33と、
(f)吸引孔35を真空源33に連通する複数の真空ライン34と、
を備える。
(a)1つの使い捨てカートリッジ2を吸引するように構成された少なくとも1つのカートリッジ収容部8を有するベースユニット7と、
(b)ベースユニット7の少なくとも1つのカートリッジ収容部8に設けられ、下部基板11を支持し、ほぼ第1面内を延び、複数の電極10を備えた電極アレイ9と、
(c)前記電極アレイ9の個々の電極10の選択を制御し、これら電極10に、エレクトロウェッティングによって前記カートリッジ2の隙間6内の液滴を処理するための電圧をそれぞれ印加するための中央制御ユニット14と、
を備える。
またこのデジタルマイクロ流体システム1は、
(d)電極アレイ9又は下部基板11を穿孔し、ベースユニット7のカートリッジ収容部8に設けられる複数の吸引孔35と、
(e)真空スペース46内の負圧を生成するための真空源33と、
(f)吸引孔35を真空源33に連通する複数の真空ライン34と、
を備える。
(a)カートリッジ収容部8の最上面52(例えば、最上面52を形成する絶縁層24)に完全に固定された、デジタルマイクロ流体システム1のカートリッジ収容部8、又は、
(b)軟質下部層3の周辺部40に完全に取り付けられた、使い捨てカートリッジ2の軟質下部層3
の一部としてカートリッジ収容部8に設けるようにしてもよい。
代替の方法は、
(a)第1疎水面17´を有する下部層3の形態でデジタルマイクロ流体システム1を提供し、
(b)第1平面内を延び、下部基板11に支持され、電極アレイ9の個々の電極10の選択を制御し、これら電極10にエレクトロウェッティングによって第1疎水面17´で液滴23を処理するためにそれぞれ電圧を印加するための中央制御ユニット14に接続される複数の個々の電極10を備える電極アレイ9を有するデジタルマイクロ流体システム1を提供し、
(c)カートリッジ2の第2疎水面17´´と下部層3の第1疎水面17´の間に隙間6を形成するためのガスケット36を提供する、
ステップを備える。
代替の方法はさらに、
(d)デジタルマイクロ流体システム1のカートリッジ収容部8の最上面52に軟質フィルムとして構成される下部層3を配置し、その結果、前記最上面52、カートリッジ収容部8にも配置されるガスケット36及び軟質下部層3によって形成される真空スペース46を生成し、
(e)電極アレイ9又は下部基板11を穿孔し、デジタルマイクロ流体システム1のベースユニット7のカートリッジ収容部8に配置される複数の吸引孔35に連通する真空源33を使用することにより真空スペース46内を負圧とし、前記ガスケット36は真空スペース46を封止し、真空スペース46内の負圧により、軟質下部層3がデジタルマイクロ流体システム1のカートリッジ収容部8の最上面52に取り付けられて覆い、
(f)軟質下部層3の第1疎水面17´に処理液を追加し、
(g)硬質カバープレート12に軟質下部層3の下面48´を配置し、この下面48´に接触し、軟質下部層3の周辺部40に下面48´を取り付け、その結果、デジタルマイクロ流体システム1のカートリッジ収容部8に使い捨てカートリッジ2を組み付け、ガスケット36が第1疎水面17´と第2疎水面17´´の間に所定寸法を形成し、
(h)少なくとも1つのサンプル液滴23を隙間6に追加し、エレクトロウェッティングによってそのサンプル液滴23を処理する、
ステップを備える。
2 使い捨てカートリッジ
3 軟質下部層
4 上部層
5 スペーサ
6 隙間
7 ベースユニット
8 カートリッジ収容部
9 電極アレイ
10 電極
11 下部基板
12 カバープレート
13 上部基板
14 中央制御ユニット
15 電気導電材料
16 ヒンジ
17 疎水面
17´ 第1疎水面
17´´ 第2疎水面
18 穿孔部
19 貫通孔
20 穿孔ピペットチップ
21 コンパートメント
22 追加穿孔部
23 液滴
24 絶縁層
25 挿入ガイド
26 使い捨てピペットチップ
27 穿孔ピン
28 ピンプレート
29 転置部
30 閉鎖手段
31 穿孔可能膜
32 分離バー
33 真空源
34 真空ライン
35 吸引孔
36 ガスケット
37 クランプ
38 駆動要素
39 シール
40 (軟質下部層の)周辺部
41 装填部
41´ 穿孔部
41´´ 毛管口
41´´´ ピペットオリフィス
42 プランジャ
43 中心孔
44 弾性層
45 (カートリッジ収容部の)周辺部
46 真空スペース
47 本体
48 (本体の)下面
48´ (カバープレートの)下面
49 (本体の)上面
49´ (カバープレートの)上面
50 吸引スペース
51 吸引溝
52 (カートリッジ収容部の)最上面
53 オイル
54 剥離保護フィルム
55 フィルムシール
56 プラグ
57 光学透過性アレイ
Claims (27)
- 下部層(3)の第1疎水面(17´)と少なくとも1つの使い捨てカートリッジ(2)の第2疎水面(17´´)の間の隙間(6)内の液滴中のサンプルを処理するためのデジタルマイクロ流体システム(1)であって、
(a)1つの使い捨てカートリッジ(2)を吸収するように構成した少なくとも1つのカートリッジ収容部(8)を有するベースユニット(7)と、
(b)ベースユニット(7)の少なくとも1つのカートリッジ収容部(8)に配置され、下部基板(11)によって支持され、ほぼ第1面内を延び、複数の個々の電極(10)を備えた電極アレイ(9)と、
(c)前記電極アレイ(9)の個々の電極(10)の選択を制御し、エレクトロウェッティングによって前記カートリッジ(2)の隙間(6)内の液滴を処理するために、電極(10)に個別に電圧を印加する中央制御ユニット(14)と、
を備え、さらに
(d)電極アレイ(9)又は下部基板(11)を貫通し、ベースユニット(7)のカートリッジ収容部(8)に設けられる複数の吸引孔(35)と、
(e)真空スペース(46)を負圧とするための真空源(33)と、
(f)吸引孔(35)を真空源(33)に連通する複数の真空ライン(34)と、
を備え、
前記複数の真空ライン(34)は、前記カートリッジ収容部(8)で真空スペース(46)を封止するように構成され、前記使い捨てカートリッジ(2)、カートリッジ収容部(8)の最上面(52)及びガスケット(36)の軟質下部層(3)によって形成され、
前記真空スペース(46)の負圧により、カートリッジ収容部(8)に設けられる軟質下部層(3)がカートリッジ収容部(8)の最上面(52)に取り付けられて覆い、ガスケット(36)が前記第1疎水面(17´)と前記第2疎水面(17´´)の間に所定寸法を形成するデジタルマイクロ流体システム。 - 前記吸引孔(35)は、吸引溝(51)内に開口するように構成され、前記吸引溝(51)は、カートリッジ収容部(8)の最上面(52)に配置される請求項1に記載のデジタルマイクロ流体システム。
- 前記吸引孔(35)は、真空スペース(50)内に開口するように構成され、前記真空スペース(50)は、カートリッジ収容部(8)で、電極アレイ(9)又は下部基板(11)の下方に配置され、かつ、真空ライン(34)の少なくとも1つによって真空源(33)に連結されている請求項1に記載のデジタルマイクロ流体システム。
- 前記カートリッジ収容部(8)の最上面(52)は、電極アレイ(9)と下部基板(11)を覆う絶縁層(24)を備え、前記絶縁層(24)は、ベースユニット(7)の吸引孔(35)の一部に孔を有する請求項1から3のいずれか1項に記載のデジタルマイクロ流体システム。
- 前記ガスケット(36)は、カートリッジ収容部(8)の電極アレイ(9)と下部基板(11)を覆う絶縁層(24)に固定されている請求項1に記載のデジタルマイクロ流体システム。
- 前記ガスケット(36)は、電極アレイ(9)を支持する下部基板(11)に固定され、前記絶縁層(24)は、下部基板(11)、電極アレイ(9)及びガスケット(36)を覆う請求項4に記載のデジタルマイクロ流体システム。
- 前記ベースユニット(7)は、フレームで構成され、使い捨てカートリッジを収容する大きさに形成された挿入ガイド(25)を備える請求項1に記載のデジタルマイクロ流体システム。
- 前記カートリッジ収容部(8)の最上面(52)は、下部基板(11)と、個々の電極(10)の露出金属面とによって形成されている請求項1から3のいずれか1項に記載のデジタルマイクロ流体システム。
- 前記ベースユニット(7)は、カートリッジ収容部(8)の所望位置に使い捨てカートリッジ(2)を固定するように構成されたクランプ(37)を備える請求項1に記載のデジタルマイクロ流体システム。
- (a)液体を透過させず、下部層(3)が電極アレイ(9)を超えて配置される際、デジタルマイクロ流体システム(1)の電極アレイ()を利用して、液滴(23)中のサンプルを処理するためのワーキングフィルムで構成される第1疎水面(17´)を有する下部層(3)と、
(b)下面(48´)、装填部(41)に設けられる貫通孔(19)及び少なくともイオンを透過させる第2疎水面(17´´)を備える平坦な硬質カバープレート(12)と、
(c)下部層(3)の第1疎水面(17´)及び硬質カバープレート(12)の第2疎水面(17´´)の間に設けられる隙間(6)と、
を備え、
前記下部層(3)は、デジタルマイクロ流体システム(1)のカートリッジ収容部(8)の最上面(52)に設けられ、真空スペース(46)内の負圧によって最上面(52)に取り付けられて覆う可撓性フィルムで構成され、
デジタルマイクロ流体システム(1)のカートリッジ収容部(8)に組み付けられ、
硬質カバープレート(12)の下面(48´)と軟質下部層(3)は、硬質カバープレート(12)の下面(48´)とデジタルマイクロ流体システム(1)のカートリッジ収容部(8)の最上面(52)を覆う軟質下部層(3)の周辺部(40)とを互いに接触させることにより軟質下部層(3)の周辺部(40)に沿って互いに封止状態で取付可能となるように構成され、
集められた使い捨てカートリッジ(2)は、下部層(3)と、平坦な硬質カバープレート(12)と、サンプル及び処理液を有する隙間(6)を備える1ピースのカートリッジ収容部(8)から取り出されるように構成される請求項1に係るデジタルマイクロ流体システム(1)で使用する使い捨てカートリッジ。 - 前記軟質下部層(3)は、デジタルマイクロ流体システム(1)のカートリッジ収容部(8)で、周辺部(40)に沿って硬質カバープレート(12)に、
(i)少なくとも1つの接着テープ、又は、
(ii)溶接
によって封止状態で取り付けられるように構成されている請求項10に記載の使い捨てカートリッジ。 - 前記装填部(41)は、穿孔部(41´)及び穿孔オリフィス(41´´´)を備えるグループから選択される請求項10に記載の使い捨てカートリッジ。
- 前記硬質カバープレート(12)の上面(49´)は、少なくとも1つの貫通孔(19)を封止するように構成された穿孔可能膜(31)を封止状態で設けられている請求項10に記載の使い捨てカートリッジ。
- 前記硬質カバープレート(12)の下面(48´)は、汚染されるのを阻止するように構成された剥離保護フィルム(54)を封止状態で設けられている請求項10に記載の使い捨てカートリッジ。
- 前記硬質カバープレート(12)は、下面(48´)に取り付けられ、第2疎水面(17´´)を提供する薄肉金属プレート、金属箔又は金属層の形態の電気導電材料(15)を備える請求項10に記載の使い捨てカートリッジ。
- 前記硬質カバープレート(12)は、電気導電ポリマー材料(15)を備え、下面(48´)には絶縁特性を有する第2疎水面(17´´)を設けられている請求項10に記載の使い捨てカートリッジ。
- 前記硬質カバープレート(12)の電気導電材料(15)は、不透明で、液滴操作を観察するための光学的透明部(57)の少なくとも1つのアレイを備える請求項16に記載の使い捨てカートリッジ。
- 前記軟質下部層(3)は、疎水材料の単一層で構成されている請求項10に記載の使い捨てカートリッジ。
- 前記軟質下部層(3)は、電気非導電材料の単一層で構成され、上面には疎水面(17)が設けられている請求項10に記載の使い捨てカートリッジ。
- 前記軟質下部層(3)は、下部層及び疎水上部層を備え、前記下部層は絶縁層(24)である請求項10に記載の使い捨てカートリッジ。
- 前記ガスケット(36)は、軟質下部層(3)の周辺部(40)に固定され、下部層(3)、平坦硬質カバープレート(12)、ガスケット(36)、及び、サンプル及び処理液を有する隙間(6)を備える1ピースのカートリッジ収容部(8)から取り出すように構成されている請求項10に記載の使い捨てカートリッジ。
- 前記ガスケット(36)は、デジタルマイクロ流体システム(2)に固定され、下部層(3)、平坦硬質カバープレート(12)、ガスケット(36)、及び、サンプル及び処理液を有する隙間(6)を備える1ピースのカートリッジ収容部(8)から取り出すように構成されている請求項10に記載の使い捨てカートリッジ。
- (a)第1疎水面(17´)を有する下部層(3)にワーキングフィルムを供給し、
(b)デジタルマイクロ流体システムに、ほぼ第1平面内を延び、複数の個別の電極(10)を備えた電極アレイ(9)を提供し、前記電極(10)は、下部基板(11)に支持され、電極アレイ(9)の個々の電極(10)の選択を制御し、これら電極(10)に、エレクトロウェッティングによって前記第1疎水面(17´)上の液滴(23)を処理するためにそれぞれ電圧を印加するデジタルマイクロ流体システム(1)の中央制御ユニット(14)に接続され、
(c)カートリッジ(2)の第2疎水面(17´´)と下部層(3)の第1疎水面(17´)の間の隙間(6)を形成するためのガスケット(36)を提供する、
ステップを備えた、
デジタルマイクロ流体システム(2)又は装置のワーキングフィルムの疎水面(17)に付着する液滴(23)中のサンプルを処理するための方法であって、
(d)デジタルマイクロ流体システム(1)のカートリッジ収容部(8)の最上面(52)上の軟質フィルムで構成される下部層(3)を設け、前記最上面(52)、カートリッジ収容部(8)にも設けられるガスケット(36)、及び、軟質下部層(3)によって形成される真空スペース(46)を形成し、
(e)電極アレイ(9)又は下部基板(11)を穿孔し、デジタルマイクロ流体システム(1)のベースユニット(7)のカートリッジ収容部(8)に設けられる複数の吸引孔(35)に接続される真空源(33)を使用して、前記真空スペース(46)内の負圧を生成し、ガスケット(36)が真空スペース(46)を封止し、真空スペース(46)内の負圧により、軟質下部層(3)がデジタルマイクロ流体システム(1)のカートリッジ収容部(8)の最上面(52)に取り付けられて覆い、
(f)前記軟質下部層(3)の第1疎水面(17´)に処理液を付加し、
(g)硬質カバープレート(12)を軟質下部層(3)上の下面(48´)に配置し、接触させ、軟質下部層(3)の周辺部(40)と共に封止状態で取り付けることにより、デジタルマイクロ流体システム(1)のカートリッジ収容部(8)に使い捨てカートリッジ(2)を組み付け、ガスケット(36)が前記第1疎水面(17´)と第2疎水面(17´´)の間に所定の距離を形成し、
(h)前記隙間(6)に少なくとも1つのサンプル液滴(23)を付加し、エレクトロウェッティングにより前記サンプル液滴を処理する、
デジタルマイクロ流体システム(1)のカートリッジ収容部(8)の最上面(52)に取り付けられて覆う方法。 - 前記ガスケット(36)は、
(a)デジタルマイクロ流体システム(1)のカートリッジ収容部(8)であって、
(i)最上面(52)を形成する絶縁層(24)、又は、
(ii)個々の電極(10)の露出金属面と共に最上面(52)を形成する下部基板(11)
に固定されるカートリッジ収容部(8)、若しくは、
(b)ガスケット(36)が周辺部(40)に固定される、使い捨てカートリッジ(2)の軟質下部層(3)の一部としてカートリッジ収容部(8)に設ける請求項23に記載の方法。 - 硬質カバープレート(12)を軟質下部層(3)の下面(48´)に配置して接触させ、周辺部(40)と共に封止状態で取り付けることは、カートリッジ収容部(8)のクランプ(37)を利用して硬質カバープレート(12)を押圧することにより強化される請求項23に記載の方法。
- 前記隙間(6)に少なくとも1つのサンプル液滴(23)を付加することは、液体操作システムの穿孔ピペットチップ(20)と共に使い捨てカートリッジ(2)の穿孔可能膜(31)を穿孔し、所望量のサンプル液滴を隙間(6)内に補給することにより行う請求項23に記載の方法。
- 前記第1疎水面(17´)で、エレクトロウェッティング又は幾らかの液滴(23)中のサンプルを分析することによって液滴(23)を処理した後、使い捨てカートリッジ(2)をデジタルマイクロ流体システム(1)のベースユニット(7)のカートリッジ収容部(8)から取り出し、分析又は処分する請求項23に記載の方法。
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