JP2015534072A - 複数の流体の液滴を接触させることを可能にするマイクロ流体回路および対応するマイクロ流体方法 - Google Patents
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Abstract
Description
化学反応の動特性を分析するための従来技術について、様々な方法が知られている。これらの方法の一つは、槽内で試薬を混合しかつ混合後の瞬間に化学反応の動向を観測することから成る。この方法の施与は、混合フェーズの間に化学反応が生じるのを防ぐために、該試薬の特に素早い混合を必要とする。
また従来技術として知られている、化学反応の動特性を分析するための別の方法は、2つの試薬を混合しないで、それらを接触させることから成っている。試薬における化学反応の進行の観測は、この接触後の瞬間に、化学反応の動特性を計算することを可能にする。これらの方法は、まさに動特性での反応の観測に関して顕著に効果的でありうる。
また、Baroud, Okkels, Menetrier and Tabeling による論文「Reaction-diffusion dynamics: Confrontation between theory and experiment in a microfluidic reactor (反応−拡散動力学:マイクロ流体反応器内における理論と実験との対比)」(Physical Review, E 67 060104(R)(2003))を通して特に知られているのは、マイクロ流体方法であって、そこでは微量の試薬の2つの流れが混合されないで接触させられ、これが試薬間に生じる反応を観測することを可能にする。
別のマイクロ流体方法は、極少量の複数の試薬の複数の液滴を相互に接触させ、その後、反応を可能にするよう試薬を接触させるために液滴を合体させることから成る。そのような方法は、Huebner, Abell, Huck, Baroud and Hollfelder の論文「Monitoring a Reaction at Submillisecond Resolution in picoliter Volumes (ピコリットル量におけるサブミリ秒分解能での反応のモニタリング)」(Analytical Chemistry)に記載されている。
マイクロ流体回路であって、その中に、流体を収容するマイクロチャネルが画定され、該回路は少なくとも
- キャリア流体内で第1溶液の複数の液滴を形成するための1の第1デバイスであって、該第1溶液によって通過されるマイクロチャネル部分を備えているもの、
- 該複数の液滴の1つが第2溶液の液滴とその中で接触させられうる貯蔵領域へ、上記複数の液滴を案内するための第1手段、
を備えているもの、
を用いて達成される。
- 該キャリア流体内で第2溶液の液滴を形成するための第2デバイスであって、該第2溶液によって通過されるマイクロチャネル部分を備えているもの、および
- 該第2溶液の該液滴を、上記第2溶液の上記液滴の1つが該第1溶液の上記液滴と接触させられうるところの前記トラップ領域へ案内するための第2手段
を備える。
- マイクロ流体回路のマイクロチャネル内への第1溶液の導入;
- 上記第1溶液の表面張力の影響と結合された、上記マイクロチャネルの壁の離れることに起因する、キャリア流体内の上記第1溶液の第1液滴の分離;
- 上記第1液滴の表面張力の影響と結合された、上記マイクロチャネルの壁が離れることに起因する、領域の中で第2溶液の第2液滴と接触させられるところの該領域への上記第1液滴の移動;
を包含する、上記方法に関する。
- 上記マイクロ流体回路のマイクロチャネル内への上記第2溶液の導入;
- 上記第2溶液の表面張力の影響と結合された、上記マイクロチャネルの壁が離れていくことに起因する、上記キャリア流体内の上記第2溶液の第2液滴の分離;
- 上記第2液滴の表面張力の影響と結合された、上記マイクロチャネルの壁が離れていくことに起因する、上記領域の中で上記第1液滴と接触させられるところの上記領域への上記第2液滴の移動;
を包含する。
図1Aは、本発明の第1の実施態様に従うマイクロ流体回路(1)の平面で見た平面図であり、該回路は、数種の流体の液滴を接触させることを可能にする。この平面図は、このマイクロ流体回路内部に形成された異なるマイクロ流体チャネルを示している。このマイクロ流体回路はまた、図1Bにおいて断面図で示される。
6.2.液滴の形成
6.3.液滴の案内
6.4.液滴の捕獲
6.5.液滴の接触および併合
6.6.液滴の除去
6.7.傾斜壁の無い実施態様
6.8.複数のトラップ領域供給チャネルを有する実施態様
6.9.様々なサイズの液滴を有する実施態様
6.10.2つの連続する接触を可能にする実施態様
6.11.第1溶液の複数の液滴が他の異なる溶液と接触することを可能にする実施態様
6.12.丸い中央チャンバーを有する実施態様
6.13.平行な液滴形成ノズルを有する実施態様
2 流体
10、15 供給孔
11、16 供給チャネル(供給ダクト)
12、17 液滴形成ノズル
13 チャンバー
20、25 液滴
101、102 プレート
130 貯蔵領域(液滴トラップ)
131 傾斜領域
133,134 案内通路
133、333、433、533、 第1案内手段
Claims (19)
- マイクロ流体回路(1,3,4,5,6,7,8,9)であって、その中に、流体を収容するマイクロチャネルが画定され、前記回路は少なくとも
- キャリア流体内で第1溶液の複数の液滴(20)を形成するための1の第1デバイスであって、前記第1溶液によって通過されるマイクロチャネル部分を備えているもの、
- 前記複数の液滴(20)の1つが第2溶液の液滴(25)と接触させられうる貯蔵領域へ、前記複数の液滴(20)を案内するための第1手段(133,333,433,533,633,731,732,733,734)、
を備えており、
ここで、前記第1液滴形成デバイス(20)の前記マイクロチャネル部分の複数の該壁(131,531)は、前記第1溶液の表面張力の影響の下で前記第1溶液の液滴(20)を分離するように、離れていくこと、および、
前記第1案内手段(133,333,433,533,633,731,732,733,734)は、前記第1溶液の表面張力の影響の下で前記液滴(20)を移動させるように、離れていく前記マイクロチャネルの壁の部分を備えること、
を特徴とする、上記マイクロ流体回路(1,3,4,5,6,7,8,9)。 - 前記第1液滴形成デバイスは、前記第1溶液によって通過され且つチャンバー(13,33,43,53,63,73,83,93)内に現れるノズル(12、32,42,52,62,771,772,773,774,82,92,97)を備え、ここで、該チャンバーの複数の壁は該ノズルの壁よりも一層離れていることを特徴とする、請求項1に記載のマイクロ流体回路(1,3,4,5,6,7,8,9)。
- 前記チャンバー(13,33,43,53,63,73,83,93)の該複数の壁は、前記ノズル(12,32,42,52,62,771,772,773,774、82,92,97)から離れるにつれて、相互に離れていくことを特徴とする、請求項2に記載のマイクロ流体回路(1,3,4,5,6,7,8,9)。
- 前記チャンバー(13,33,43,53,63,73,83,93)の該壁は、前記案内手段および前記貯蔵領域(130,330,430,530,630,735,736,737,738,83,932)を画定するように構成されていることを特徴とする、請求項2または3に記載のマイクロ流体回路(1,3,4,5,6,7,8,9)。
- 前記貯蔵領域(130,330,430,530,630,735,736,737,738,83,932)は、液滴(20)が近傍領域におけるよりも低い表面エネルギーを示しうるところの前記複数のマイクロチャネルの1つの領域(1301,4301,5301)から成ることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載のマイクロ流体回路(1,3,4,5,6,7,8,9)。
- 前記貯蔵領域(130,330,430,530、630、735,736、737,738,83,932)は、各々が1の液滴(20、25)を受け取りうるところの少なくとも2つの隣接するトラップ領域(1301,1302,4301,4302,5301,5302)に分割されていることを特徴とする、請求項5に記載のマイクロ流体回路(1,3,4,5,6,7,8,9)。
- 前記貯蔵領域(130,330,430,530、630、735,736、737,738,83,932)は、「8」の字形状であるように部分的に交差するところの2つの実質的に円形のトラップ領域(1301,1302,4301,4302,5301,5302)に分割されていることを特徴とする、請求項6に記載のマイクロ流体回路(1,3,4,5,6,7,8,9)。
- また、前記キャリア流体内で第2溶液の液滴(25)を形成するための第2デバイスであって前記第2溶液によって通過されるマイクロチャネル部分を備えている第2デバイス、および前記第2溶液の前記液滴(25)の1つが該第1溶液の前記液滴(20)と接触させられうるところの前記トラップ領域(1302,4302,5302)へ前記第2溶液の液滴(25)を案内するための第2手段(134,4341,4342,4343,4344,534,634)を前記マイクロ流体回路が備えていること;前記液滴形成デバイスの前記マイクロチャネル部分の壁(132,532)は、前記第2溶液の表面張力の影響の下で前記第2溶液の液滴(25)を分離するように離れていくこと;および前記液滴(25)を案内するための前記第2手段(134,4341,4342,4343,4344,534,634)は、前記第2溶液の表面張力の影響の下で前記第2溶液の該液滴を移動させるように離れていく、前記マイクロチャネルの壁の部分を備えていること、を特徴とする、請求項1〜7のいずれか1項に記載のマイクロ流体回路(1,3,4,5,6,7,8,9)。
- 前記第1案内手段(133,333,433,533,633)は、前記第1溶液の該液滴(20)を前記貯蔵領域(130,330,430,530、630)の第1トラップ領域(1301,4301,5301)へ案内するように構成されていること、および前記第2案内手段(134,4341,4342,4343,4344,534,634)は、前記第2溶液の該液滴(25)を前記貯蔵領域(130,330,430,530,630)の第2トラップ領域(1302,4302、5302)へ案内するように構成されていること、を特徴とする、請求項6または7のいずれか1項との組合における請求項8に記載のマイクロ流体回路(1,3,4,5,6)。
- 液滴(20,25)を形成するための前記第1および前記第2デバイスは、異なるサイズの液滴を形成するように構成されていることを特徴とする、請求項8または9のいずれか1項に記載のマイクロ流体回路(5,6)。
- 前記貯蔵領域(530,631)は、異なるサイズの少なくとも2つのトラップ領域(5301,5302,6311,6312)を有し、1のトラップ領域(5301,6311)は、前記第1液滴形成デバイスによって形成された液滴を受け取るのに適したサイズであり、かつ別のトラップ領域(5302,6312)は、前記第2液滴形成デバイスによって形成された液滴を受け取るのに適したサイズであることを特徴とする、請求項6または7のいずれか1項との組合における請求項10に記載のマイクロ流体回路(5,6)。
- 前記キャリア流体内で第3溶液の液滴を形成するための少なくとも1つの第3デバイスと、前記第3液体の液滴を前記貯蔵領域(631)へ案内するための手段(635)とを備えていることを特徴とする、請求項9〜11のいずれか1項に記載のマイクロ流体回路(6)。
- 前記貯蔵領域(130,330,430,530,630,631,735,736,737,738,932)内に置かれた液滴を放出させるための手段を備えていることを特徴とする、請求項1〜12のいずれか1項に記載のマイクロ流体回路(1,3,4,5,6,7,9)。
- 前記放出手段は、前記液滴を前記貯蔵領域(130,330,430,530、630,631,735,736,737,738,932)から外へ駆動するために適したキャリア流体の流れを作るための手段を備えていることを特徴とする、請求項13に記載のマイクロ流体回路(1,3,4,5,6,7,9)。
- 請求項1〜14のいずれか1項に記載のマイクロ流体回路を形成するために流体で充填されるのに適したマイクロチャネルが規定されているところのマイクロ流体回路(1,3,4,5,6,7,9)。
- 異なる溶液の2つの液滴(20,25)を接触させるためのマイクロ流体方法であって、同時にまたは逐次に実行される、少なくとも以下の工程:
- マイクロ流体回路(1,3,4,5,6,7,9)のマイクロチャネル内への第1溶液の導入;
- 前記第1溶液の表面張力の影響と結合された、前記マイクロチャネルの壁が離れることに起因する、キャリア流体内の前記第1溶液の第1液滴(20)の分離;
- 前記第1液滴(20)の表面張力の影響と結合された、前記マイクロチャネルの壁が離れることに起因する、領域(130,330,430,530、630,631,735,736,737,738,83,932)の中で第2溶液の第2液滴と接触させられるところの該領域への前記第1液滴(20)の移動;
を含むことを特徴とする、上記方法。 - 前記第1液滴(20)および前記第2液滴(25)を併合させる最後の工程を包含することを特徴とする、請求項16に記載の方法。
- 請求項16および17のいずれか1項に記載のマイクロ流体方法であって、また次の工程:
- 前記マイクロ流体回路(1,3,4,5,6,7,9)のマイクロチャネル内への前記第2溶液の導入;
- 前記第2溶液の表面張力の影響と結合された、前記マイクロチャネルの壁が離れていくことに起因する、前記キャリア流体内の前記第2溶液の第2液滴(25)の分離;
- 前記第2液滴(25)の表面張力の影響と結合された、前記マイクロチャネルの壁が離れることに起因する、前記領域(130,330,430,530、630、735,736、737,738,83,932)の中で前記第1液滴(20)と接触させられるところの該領域への前記第2液滴の移動;
を含むことを特徴とする、上記マイクロ流体方法。 - 請求項1〜14のいずれか1項に記載のマイクロ流体回路(1,3,4,5,6,7,9)に実装されていることを特徴とする、請求項16〜18のいずれか1項に記載のマイクロ流体方法。
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