JP2016506509A - 流体ストップを備える流体システム - Google Patents

Abstract

本発明の一実施形態は、第１のチャネル２１０と第２のチャネル２３０とが流体ストップ２２０、例えば疎水性コーティングを有する領域及び／又は非毛細管内寸を有する構造２２０によって離隔される流体システム２００に関する。更に、流体システム２００は、流体ストップを越える媒質の流れを可能にするように変形可能な可撓性要素２４０を備える。

Description

本発明は、媒質を輸送するための流体システム、そのような流体システムを使用するための装置、及び流体ストップを越える媒質の流れを制御するための方法に関する。

米国特許出願公開第５６２７０４１Ａ１号は、生物学的試料の分析用のカートリッジを開示し、前記カートリッジは、「隔壁接続」を有するチャネルを備え、流体の毛細管流は、前記隔壁接続を克服するために流体に圧力、力、又は加速度が加えられるまで、隔壁接続に留まる。

特に流体システム内の流体の流れの代替のロバストな制御を可能にする手段を提供することが有利であろう。

この課題は、請求項１に記載の流体システム、請求項１２に記載の処理装置、請求項１３に記載の方法、及び請求項１４に記載の使用によって対処される。好ましい実施形態は、従属請求項に開示される。

第１の態様によれば、本発明の一実施形態は流体システムに関し、ここで、用語「流体システム」は、媒質がそこを通して輸送され得るチャネル、チャンバ、入口、出口など、接続された空洞を備えるデバイスを示すものとする。媒質は、特に流体、例えば生物由来の液体（血液、唾液、尿など）でよい。更に、システムは、好ましくは、その空洞の特徴的な直径又は平均の直径（例えば空洞内に完全に嵌まる最大の球の直径として測定される）が典型的には約１０００μｍ未満であるという意味合いで、「微小流体」システムである。

提案される流体システムは、流体ストップを介して接続された第１のチャネルと第２のチャネルとを備える。更に、この流体システムは、流体ストップを越えて輸送されるべき媒質の流れが可能にされるように、可撓性要素の外面に加えられる所定の機械的圧力が内面の局所変形をもたらすように構成された内面を有する可撓性要素を備える。

通常通り、用語「チャネル」は、そこを通して媒質が輸送され得る（任意の幾何形状の）空洞を表すものとする。典型的には、そのようなチャネルは、長方形、円形、又は多角形断面を有する細長い幾何形状を有する。

「流体ストップ」は、隣接するチャネルを通して媒質が輸送される条件（例えば媒質の圧力）の下で、前記媒質の流れ又は輸送が妨害、好ましくは遮断される任意の要素、ユニット、構造、又はデバイスであるものとする。したがって、上記の流体システムの第１のチャネル内に導入される媒質は、流体ストップに達するまでこのチャネルに沿って流れ、前記流れは流体ストップに留まる。

可撓性要素の外面に対する「圧力」の印加は、本出願に関連して、対応する力の印加に相当する。「所定の」圧力への言及は、印加される圧力が通常、所望の効果を誘発するため（即ち流体の流れを可能にするため）にある範囲又は間隔に入らなければならないことを表す。

一般に、「第１の」チャネルと「第２の」チャネルの役割は交換可能（対称的）である。以下では、適用中に、輸送される媒質で最初に充填されるチャネルが、典型的には「第１のチャネル」と見なされ、一方、媒質が流体ストップを通過後に初めて入るチャネルは、「第２のチャネル」と見なされる。

上記の流体システムは、媒質の流れの高信頼性のロバストな制御を可能にするという利点を有する。なぜなら、前記流れは、相当の外的手段、即ち可撓性要素の変形が行われるまでは、流体ストップで遮断されているからである。また、流体ストップを克服するために媒質内部の圧力が影響を及ぼされる必要がないことも有利である。

一般に、可撓性要素は、独立した部品又は構成要素でよい。このとき、可撓性要素は、好ましくは、第１のチャネル、第２のチャネル、及び／又は流体ストップに隣接して配設される。幾つかの実施形態では、可撓性要素は、第１のチャネル、第２のチャネル、及び／又は流体ストップの一部でよく、又はそれらの一部を備えていてもよい。

可撓性要素の内面の変形は、（材料の塑性変形の範囲に達した場合には）永久的なものでよい。しかし、好ましくは、前記変形は弾性的なものであり、したがって、変形を引き起こす圧力又は力が取り除かれたときに、変形された要素のその初期状態又は幾何形状への復帰を可能にする。

一般に、流体ストップを越える流れを可能にすることは、可撓性要素の変形に関係付けられる様々なメカニズムによって実現され得る。流体ストップは、例えば第１及び第２のチャネルから離れるように移動されてよく、それにより、媒質の流れに対する妨害的な影響をなくす。

好ましい実施形態では、可撓性要素の内面の変形が、前記内面と対向する要素との間の距離を変える。「対向する要素」は、例えば、単に第１のチャネル、第２のチャネル、及び／又は流体ストップの表面でよく、又はそれらの表面を備えていてもよい。更に、内面と対向する要素との間の距離は、好ましくは、内面の変形中に減少される。例えば、流体ストップが親水性であって、隣接する第１のチャネルよりも低い親水性を有し、第１のチャネルが第２のチャネルに近付くように変形され得るシステムでは、チャネル間のギャップの減少が毛細管吸引力の増加をもたらすため、水性媒質は流体ストップを越えて進む。

任意選択的に、前述の距離の減少は、値ゼロへの減少であり、即ち可撓性要素の内面と対向する要素とが互いに接触するまでの減少である。次いで、これらの要素間のギャップが橋渡しされ、媒質の越流を可能にする。例えば、可撓性要素の内面の機械的変形が、親水性表面を水性媒質の流体メニスカスに触接させる場合、触接が毛細管吸引力の増加をもたらすため、媒質は流体ストップを越えて進む。

別の実施形態では、可撓性要素の内面の変形は、空洞又はチャネル内部の距離を増加させることがある。例えば、流体ストップが疎水性であるシステムでは、ギャップの増加が、流体ストップが耐えることができる流体圧力の減少をもたらすため、水性媒質は流体ストップを越えて進む。

可撓性要素の内面と対向する要素との間の距離が可撓性要素の変形によって変化される流体システムの更なる展開形態では、可撓性要素の前記内面及び／又は対向する要素に突起が提供されてよい。そのような突起は、反対側に存在する媒質のメニスカスに接触し、媒質が引き続き流れるためのよく画定されたブリッジを成す。

好ましい実施形態では、前述の突起は、流体システム内で輸送されるべき媒質に対する毛細管特性及び／又は濡れ性を有することがある。次いで、突起に接触する媒質は、前記突起によって容易に引き取られて先に送られる。突起の（高い）毛細管特性は、例えば毛細管溝を備える構造化された表面を突起に与えることによって実現され得る。突起の（高い）濡れ性は、輸送されるべき媒質に対して適切な表面化学特性を突起に与えることによって実現され得る。

第１及び／又は第２のチャネルは、特に、毛細管力による媒質の輸送を可能にするように設計され得る。輸送されるべき媒質のタイプに応じて、チャネルの内部幾何形状（断面、長さ）及び表面化学特性（親水性）は、媒質に対する毛細管力の発生を可能にするように適宜選択される。このとき、媒質の輸送は、前記力によって自動的に押し進められて生じる。

最も好ましくは、流体ストップに隣接する第１のチャネル及び／又は第２のチャネルの領域は、輸送されるべき媒質に対する特に高い毛細管特性を有する。したがって、可撓性要素の変形が生じるときに前記領域内に媒質が存在することが保証され得る。高い毛細管特性の領域が流体ストップの下流（例えば第２のチャネル内）にある場合、高い毛細管特性は、変形中及び変形後に媒質を容易に捕捉するという利点を有する。

媒質の流れを遮断する機能は、様々な手段によって流体ストップに提供され得る。一実施形態では、流体ストップは、例えば、隣接する第１のチャネル及び／又は第２のチャネルよりも低い濡れ性（又は親水性媒質が輸送される場合には親水性）を有する材料を含んでいてよい。

別の実施形態では、流体ストップは、輸送されるべき媒質に対して反撥性の構成要素でよく、又はそれを備えていてもよい。媒質が例えば水性液体である場合、流体ストップは、疎水性特性を有する材料、例えば流体ストップの適切な表面コーティングでよく、又はそれを含んでいてもよい。

別の実施形態によれば、流体ストップは、幾何寸法により、より低い毛細管特性を有することがあり、例えば、流体ストップは、隣接する第１のチャネル及び／又は第２のチャネルよりも大きい内寸を有する。任意の幾何形状に関して、チャネル又は流体ストップの「内寸」は、前記チャネル又は流体ストップに完全に嵌まる最大の球の直径として定義され得る。

別の実施形態によれば、流体ストップは、流体メニスカスのピニング又は流体メニスカスの移動の妨げをもたらす幾何構造、例えば、縁部若しくは稜部など高い曲率又は粗さを有する構造を含むことがある。

可撓性要素は、特に変形可能な壁でよく、又はそれを備えていてもよい。したがって、２つの接続される部品の移動を可能にするために、継手又はヒンジなどは必要とされない。そうではなく、可撓性要素を構成する材料の内部弾性及び／又は塑性が、所望の変形を実現するために利用される。最も好ましくは、壁は、対向する壁又は構造との接触を可能にする程度まで弾性変形され得る。

第１のチャネル、第２のチャネル、及び／又は流体ストップは、任意選択的に、輸送される媒質を濾過するための濾過要素を備えていてよい。好ましくは、そのような濾過要素は、媒質によって最初に充填されるチャネル（例えば第１のチャネル）内に位置される。これは、媒質の流れが流体ストップによって遮断される時間が濾過プロセスに利用され得て、濾過された媒質のみが流体ストップを越えればよいという利点を有する。

流体システムは、一般に、その流体システムの特性が必要とされる任意のデバイス、装置、又は構成要素に組み込まれ得る。特に、流体システムは、カートリッジ内、即ち試料媒質を収容するための手段を備える輸送可能なユニット内に組み込まれ得る（又はカートリッジを構成し得る）。カートリッジは、典型的には、それを用いて試料媒質が処理用の装置に提供され得る交換可能な要素又はユニットである。通常、カートリッジは、単一の試料に関して１回のみ使用される使い捨て構成要素である。

本発明の更なる実施形態は、媒質を処理するための装置であって、以下の構成要素：
ａ）上述された種類の流体システム（即ち、流体ストップを介して接続された第１のチャネルと第２のチャネルとを有する流体システムであって、可撓性要素の内面が、流体ストップを越える媒質の流れを可能にするために前記可撓性要素の外面に対する圧力によって変形可能である流体システム）用の収容空間と、
ｂ）収容空間内に位置された流体システムの可撓性要素の外面に圧力を制御可能に印加するためのアクチュエータと
を備える装置に関する。

収容空間内に位置され得る流体システムは、好ましくは、単一の試料の処理のために１回のみ使用される使い捨てカートリッジである（使い捨てカートリッジに組み込まれる）。更に、流体システムは、概念上、装置の一部と見なしても、又は独立した構成要素と見なしてもよい。

典型的には、装置は、収容空間内に位置された流体システム内に提供される媒質の所望の処理のための手段又は構成要素を備える。この処理は、媒質の任意の操作、例えば媒質との物理的及び／又は化学的反応を含んでいてよい。最も好ましくは、処理は、特定の標的物質の存在及び／又は量などの特性が決定される検出処置を含む。この種の処理装置は、例えば、（参照により本明細書に組み込む）国際公開第２０１０／０７０５２１ Ａ１号に開示されている。

本発明の更なる実施形態は、流体システム、特に上記の種類の流体システムの第１のチャネルと第２のチャネルとの間の流体ストップを越える媒質の流れを制御するための方法に関する。この方法は、流体ストップを越える媒質の流れを可能にするために可撓性要素を変形することを含む。

方法、流体システム、及び装置は、同じ発明概念、即ち可撓性要素の変形による流体ストップを越える媒質の制御された前進の異なる実現形態である。したがって、これらの実現形態の１つに関して提供される説明及び定義は、他の実現形態に関しても有効である。

本発明は、更に、分子診断、生物学的試料分析、化学的試料分析、食品分析、及び／又は法科学分析のための上述の種類のカートリッジ又は装置の使用に関する。分子診断は、例えば、標的分子に直接又は間接的に取り付けられた磁性ビーズ又は蛍光粒子によって達成され得る。

本発明のこれら及び他の態様は、本明細書で以下に述べられる実施形態から明らかになり、それらの実施形態を参照して説明する。

第１のチャネル内に流体を有する初期静止状態での、本発明の第１の実施形態による流体システムを示す。 第１のチャネルが変形されたときの、本発明の第１の実施形態による流体システムを示す。 第２のチャネルが変形されたときの、本発明の第１の実施形態による流体システムを示す。 濾過要素と独立した可撓性要素とを備える本発明の第２の実施形態による流体システムを有するカートリッジを通る断面を概略的に示す。 可撓性要素が変形された、読取装置内に導入後の図２のカートリッジを概略的に示す。 可撓性要素が接触突起を備える、図２のカートリッジの修正形態を示す。 本発明の第３の実施形態によるカートリッジの３つの層の上面図を示す。 組み立てられた状態での図５のカートリッジの上面図を示す。 図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った断面を示す。 本発明の第４の実施形態によるカートリッジの４つの層の上面図を示す。 組み立てられた状態での図８のカートリッジの上面図を示す。 図９のＸ−Ｘ線に沿った断面を示す。 図９のＸＩ−ＸＩ線に沿った断面を示す。 突起を通る図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿った断面に関する３つの代替形態を示す。 媒質を先に送るために流体ストップの変形が使用され得る様子を示す。 媒質を先に送るために流体ストップの変形が使用され得る様子を示す。 媒質を先に送るために流体ストップの変形が使用され得る様子を示す。

図中、同様の参照番号又は１００ずつ異なる参照番号は、同一又は同様の構成要素を表す。

高速バイオセンシング用途において、例えば実験室外部での使用及び専門家でないユーザによる使用など、あまり整っていない環境でさえ高信頼性の結果を保証するために、単純で高品質の試料採取及び処理が重要である。好ましくは、高信頼性の測定は、小さな試料体積のみで行われ、試料採取は、痛みを発生すべきでない。小さな流体試料を得るための方法は、例えば、ピンプリック、注射針、毛細管などを含む。バイオセンシング用途に関して、試料採取を後続の処理、即ち（試料がカートリッジ内で取り扱われると仮定して）カートリッジ及び読取器技術と合わせて考えることが重要である。高速バイオセンシングのための技術の一例は、本出願人によって開発されているMagnotech（登録商標）技術である。以下に述べる流体システム及びカートリッジは、（とりわけ）このバイオセンシング技術と共に使用され得る。

例えば血液、尿、唾液など体液中の成分の分析のための使い捨てカートリッジは、しばしば、毛細管流のメカニズムに基づく。特定の用例に関して、カートリッジが分析器の外部にある状態で、カートリッジ内に試料を取り込むことが有利である。しばしば、所期のアッセイは、分析器によって制御下で実施される幾つかの迅速に行われる必要があるプロセスを含む。これは、カートリッジが分析器に装填される前に、試料がアッセイ／検出領域を濡らすべきでないことを示唆する。エンドユーザが使用しやすい解決策は、カートリッジ内部での試料の保管、及び分析器によって望みの時点でトリガされる試料の解放に基づいていてよい。そのような解決策は、望みの時点で毛細管流を開始することが可能な弁に依存する。

図１は、本発明の第１の実施形態による流体システム１００を示し、この流体システム１００によって上記の問題が対処される。図に示される要素は、典型的には、より大きな流体システム、特に、試料媒質（例えば生物学的液体）を取り込んで読取装置に提供するために使用され得る使い捨てカートリッジ内に組み込まれる流体システムの一部である。この図は、流体ストップの周辺の重要な構成要素を主に示している。これらの構成要素は、以下のものを備える。
− 例えば長方形断面を有する幅ｗの空洞として実現された第１のチャネル１１０。第１のチャネル１１０は、典型的には、その左側で、前記第１のチャネル内に試料媒質を導入するための更なる構成要素（図示せず）に接続される。第１のチャネルは、任意選択的に、その右端に、（輸送されるべき媒質に対して）高い毛細管特性の領域１１４を備える。前記の高い毛細管特性は、例えば、より低いチャネル高さ及び／又は特定の表面コーティングによって実現され得る。
− 第１のチャネルと一直線上に配設されるが、幅Δのギャップによって第１のチャネルから離隔された第２のチャネル１３０。第２のチャネル１３０は、その右端で、輸送される媒質の更なる処理が行われる更なる構成要素（図示せず）（例えば標的分子のための捕捉部位を有する試料チャンバ）に接続される。
− 第１のチャネル１１０と第２のチャネル１３０との間の前述のギャップ内に配設された流体ストップ１２０。流体ストップ１２０は、第１のチャネル１１０内で生じる媒質の流れ又は輸送を遮断するように設計される。特に、これは、例えば流体ストップのより大きな内寸、適切な表面コーティング（例えば水性媒質が輸送される場合には疎水性コーティング）、及び／又はメニスカスのピニング若しくは移動の妨げをもたらす構造による、流体ストップの低い毛細管特性によって実現され得る。

前述のように、上記の流体システム１００は、典型的には、試料流体を取り込むための入口部分（図示せず）を有するカートリッジ内に組み込まれ、前記入口部分は、第１のチャネル１１０に接続され、試料流体が流体ストップ１２０に達するまで前記第１のチャネルに沿った試料流体の流れを可能にする。そのような充填状態が図１ａ）で仮定されている。

例えば前記第２のチャネル内又はその下流での検出アッセイを開始するために、第２のチャネル１３０内への媒質の更なる前進を可能にするために、前記流体ストップに隣接して位置された可撓性要素の変形によって流体ストップ１２０を克服することが提案される。この可撓性要素は、独立した構成要素でよく、第１のチャネル（図１ｂ）、第２のチャネル（図１ｃ）、及び／又は流体ストップ（図２〜図１５）の一部でもよい。

図１ｂ）は第１の代替形態を示し、この代替形態では、第１のチャネル１１０が、その側壁（外面１１１）に作用する適切な圧力又は力Ｆによって変形される。この力Ｆにより、第１のチャネルは、その内面１１３が第２のチャネル１３０に接触するまで隆起する。この時点で、流体メニスカスが触接され、第１のチャネルを満たす媒質は、第２のチャネル内に越流することができ、それにより流体ストップ１２０を克服し、第２のチャネル内への／第２のチャネルを通る媒質の流れを継続する。力Ｆは、例えばユーザによって手動で発生されてよく、又は例えば分析器の一部としての何らかの中間機器によって発生されてもよい。

図１ｃ）は第２の代替形態を示し、この代替形態では、第２のチャネル１３０が、その側壁１３１に作用する適切な力Ｆによって変形される。ここでも、これは、第１のチャネルと第２のチャネルの内面１３３との接触をもたらし、それにより、第２のチャネル内への媒質の越流を可能にする。

一般に、輸送されるべき媒質に触接する流体システムの部分は、好ましくは、流体媒質に対する良好な濡れ性を有する。例えば水性媒質と親水性材料との触接は、濡れ、したがって媒質の流出の促進をもたらす。

図２は、流体ストップ２２０によって離隔された第１のチャネル２１０と第２のチャネル２３０とを備える流体システムの第２の実施形態を構成するカートリッジ２００を示す。この場合、流体ストップは、複数のチャネルを並列に有する構造、例えば櫛状構造及び／又は濾過要素を含む。この例では、濾過要素２２４が流体ストップ２２０内に配設され、前記濾過要素は、任意選択的に、小さな微小流体寸法を有する櫛状支持構造２２５、２２６の間に保持される。チャネル２１０、２３０は、親水性表面を有していてよく、毛細管力による流体媒質の輸送を可能にする。必要であれば、濾過要素２２４の縁部は、疎水性材料２２７で塞がれてもよい。

この実施形態では、流体ストップ２２０の流れ遮断メカニズムは、対向する壁２４０及び第２のチャネル２３０から濾過要素２２４（及びその下側支持体２２６）を離隔する空のギャップによって実現される。前述の対向する壁は、濾過要素２２４及びその支持体２２６に面する内面２４３と、外面２４１とを有する。更に、対向する壁は変形可能であるものとし、この実施形態では、流体ストップを克服するために使用される「可撓性要素」を構成する。

これに関連して、流体ストップに属するものとしての構成要素の割当ては、ある程度は任意であることに留意すべきである。上の説明では、支持構造２２５及び２２６と、濾過要素２２４と、変形可能な壁２４０とは全て、流体ストップ２２０に属するものと見なされた。代替として、流体ストップは、下側支持体２２６と変形可能な壁２４０との間の空のギャップのみと見なされ得る（この場合、支持構造２２５、２２６及び濾過器２２４は、第１のチャネルの一部として見なされることになり、変形可能な壁は、独立した構成要素と見なされることになる）。しかし、これら又は他の可能な定義のどれが選択されるかは、説明される実施形態によって実現される全般的な概念に影響を及ぼさない。

媒質が第１のチャネル２１０内に導入される場合、媒質は、毛細管力によって押し進められて、濾過要素２２４及び隣接する支持体２２６を満たすまで前進する。媒質は、流体ストップ２２０における下側支持体２２６と変形可能な壁２４０との間のギャップにより、更には進まない。

例えば、全血の試料が第１のチャネル２１０内に導入される場合、赤血球は、濾過要素２２４内に留まり、血漿は、濾過器支持体２２６内に流れる。濾過要素２２４及びその任意選択的な濾過器支持体２２６は、高い毛細管力を有する領域となる。（親水性）カートリッジの残りの部分との接触はないため、流体の流れはこの段階で止まる。

図３は、カートリッジ２００内に提供された試料媒質中の標的成分（例えば分子）を検出するための読取装置２５０などの装置への導入後のカートリッジ又は流体システム２００を示す。カートリッジ２００は、読取装置２５０の収容空間２５１内に配設される。この位置で、装置２５０の可動アクチュエータ２５２が可撓性要素２４０の外面２４１に接触し、外面２４１を変形し、それにより、可撓性要素２４０の内面２４３が、対向する支持体２２６及び／又は濾過要素２２４に接触する。したがって、流体ストップは破壊され、媒質（例えば血漿）は、第２のチャネル２３０内に越流することができる。

図４は、カートリッジ２００の任意選択的な修正形態を示し、この修正形態では、可撓性要素２４０の内面２４３は、濾過要素２２４の支持体２２６に面する突起２４２を備える。可撓性要素２４０の変形時、この突起２４２は、第１のチャネルに及びチャネル内の媒質に早めに接触し、それにより、可撓性要素の必要な変形を最小限にする。

上記の実施形態の根底にある原理は、毛細管作用下での液体輸送に関して、液体とその液体が進むべき表面との間の物理的な接触が必要とされるものである。表面と液体との間の物理的接触がない場合、「引っ張る」毛細管力が存在しない。この要件により、複数の層から構成されるデバイス内の１つの層から別の層に向けて液体を移送することはしばしば難しい。

複数の層から構成されたデバイスの一例は、ハイブリッドデバイス又はカートリッジであり、そのようなデバイス又はカートリッジでは、射出成形部品が、微小流体構造を含む箔又は箔の積層と組み合わされる。そのようなハイブリッドデバイスでは、箔区域内の流体構造の可撓性／変形性を使用して、液体を接触領域、特に成形部品の突起（例えばピン）と物理的に接触させることができる。

この手法については、以下で、微小流体デバイス内の１つの部品から同じデバイス内の他の部品へ液体を移送するための構造を備える実施形態に関してより詳細に述べる。この構造は、液体が進まなければならない部品に組み込まれた突起（又はピン）からなる。突起は、濡らされた部品から依然として乾燥している部品に液体を移送するために、他方の（濡らされた）部品にある毛細管構造内の液体に物理的に触接しなければならない。

図５〜図７は、上記の原理に従って設計された流体システム又はカートリッジ３００を示す。カートリッジ３００は、上から下へ、以下の層を備えるハイブリッドデバイスである。
− 貯留部の拡大された円形の上部区域３２４につながるホットエンボス加工された（親水性の）第１のチャネル３１０を有する上部箔３０１。更に、この箔３０１には小さな空気孔３２５が提供される（これは、離れた位置に配設されるべきである。さもないと、貯留部を満たす液体によって閉塞され得る）。
− 円形穴（上記の貯留部の中央区域を形成する）を有する接合層３０２。この層は、例えば接着剤又は両面テープから成っていてよい。
− 第２のチャネル３３０、貯留部の底部区域３２６、（親水性の）突起又はピン３２２、及び凹部３２７を有する射出成形（プラスチック）部品。凹部３２７は、上部箔３０１が下に押されたときに、上部箔３０１を受け入れるのに有用であり得る。これは、ピン３２２の上部が、射出成形部品３０３の上面の高さにあるか、又はそれよりも下にある場合に必要である。また、部品３０３が貯留部３４４の上部に触接して貯留部３４４を閉じる危険を防止する。

上記の層は、図５における上面図に個別に示されている。組み立てられたカートリッジ３００の上面図が図６に示されており、図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線にわたる断面が図７に示されている。

図７から理解され得るように、貯留部３４４の周辺の構造全体が、流体ストップ３２０と見なされる。更に、上部箔３０１（又はより正確には、貯留部３４４の上方のこの箔の領域）が、「可撓性要素」３４０を構成し、可撓性要素３４０は、その外面３４１に対する力Ｆの印加によって変形され得る。そのような力の印加時、箔３０１は、突起３２２に向かって湾曲し、最終的には、可撓性要素３４０の内面３４３と前記突起との間のギャップがゼロになるか、又は少なくとも、突起への、及び突起から第２のチャネル３３０内への流体の越流を可能にするのに十分に小さくなる。

上部箔３０１の小さな穴３２５は、箔の圧縮によって引き起こされる圧力変化の発生を防止するために使用される。圧力変化は、検出チャンバ内での望ましくない液体移動をもたらすことがある。

図８〜図１１は、カートリッジ４００の代替実施形態を示す。このカートリッジは、カートリッジ３００と実質的に同じ設計を有するが、貯留部４４４の上部区域４２４が、（チャネル３１０におけるように）ホットエンボス加工されているのではなく、箔４０１にダイカットされている。このダイカットされた穴４２４は、通気孔４２５を有する親水性の蓋４０４によって覆われる。

上記の設計により、貯留部４４４の上部の楔部がより鋭利にされ得て、これは、貯留部の上部の毛細管充填を改良する。また、射出成形部品４０３での貯留部の底部の濡れは、適切な親水性材料を選択することによって改良され得る。このようにして、貯留部の充填はより容易に実現され得る。

図１０は、第１のチャネル４１０がこの箔の上側に位置される、即ち箔４０１の材料によって射出成形部品４０３から離隔される様子を示す。

箔３０１、４０１内の微小流体構造は、ロールツーロールホットエンボス加工、フラットベッドホットエンボス加工、ダイカット、又はそれらの組合せなど、箔内に微小流体構造を作成することを可能にする任意の技術によって形成され得る。

カートリッジ３００、４００の突起３２２、４２２を通る液体輸送は、任意選択的に、突起の改良された濡れ性（より小さい接触角）によって向上され得る。これは、例えば、突起の適切な親水性によって実現され得る。追加又は代替として、突起を通る液体輸送は、毛細管チャネルとして作用する突起の溝の作成によって向上され得る。

図１２は、これに関して、図１１の突起４２２の可能な代替断面を示す。図示される例は、突起４２２の「通常の」円形断面と、突起４２２’’の十字形の断面と、それらの中間の形状を有する突起４２２’の断面とを含む。

図１３〜図１５は、前記ストップを克服するために流体ストップの変形が使用され得る３つの例示的な形態を示す。これらの実施形態では、流体ストップ（又はその壁の少なくとも１つ）は、同時に可撓性要素でもあり、可撓性要素は、その外面に対する圧力によって変形され得る。

図１３において、第１のチャネル５１０と第２のチャネル５３０との間の流体ストップ５２０は、（輸送されるべき媒質が親水性であると仮定して）より低い親水性を有する領域を備える。力Ｆによる流体ストップの変形は、毛細管距離を減少させ、それにより毛細管力を高め、媒質の通過を可能にする。

図１４において、第１のチャネル６１０と第２のチャネル６３０との間の流体ストップ６２０は、その壁間でのより大きなギャップにより、より低い毛細管特性を有する領域を備える。力Ｆによる流体ストップの変形は、毛細管距離を減少させ、それにより毛細管力を高める。

図１５において、第１のチャネル７１０と第２のチャネル７３０との間の流体ストップ７２０は、（輸送されるべき媒質が親水性であると仮定して）疎水性を有する領域を備え、又は例えばある程度のメニスカスピニングによってメニスカスの移動を妨げる幾何構造を有する領域を備える。力Ｆによる流体ストップの変形は、毛細管距離を増加させ、それにより停止力を減少させる。

上記の実施形態の修正形態では、突起は、箔部品に作成され得て、（例えば箔の積層から形成されるカートリッジ内で）ある箔から別の箔への移送を可能にする。更に、上記の概略では、流体ストップの周囲の弁に主に焦点を当てた。典型的には、成形部品及び箔部品は、ここに示されるチャネルの単純な接続よりも多くの流体工学的機能を含む。

上記の流体システムは、毛細管（「受動」）充填の原理を保つ。したがって、流体への外力の印加は必要ない。流体への外力の印加は、しばしば、（例えば気密ゴムや回転ディスクなどを含む）複雑な、したがって高価な解決策をもたらす。更に、適正位置での液体の停止を保証するように圧力／体積を制御するのは難しいことがある。毛細管微小流体において、液体の停止は、デバイスの固定の幾何形態によって制御される。

上記の流体システムにおける流体ストップ及び変形可能な要素は、本質的に弁作用を示す。任意選択的に、そのような弁は、外部作動力を取り除くことによって変形がなくされたときに再び閉じられ得る。このようにして、「開放」弁ではなく、「開／閉」弁が実現される。上記のタイプの弁は、同じ出口に排出するチャネル内で連続して複数適用され得る（そのような一連の弁は、排出穴を１つだけ開放しても可能にはならないであろう）。

要約すると、上記の実施形態は、毛細管微小流体デバイスのための弁を示す。弁は、第２の濡れていない部品に突起を備えていてよい。液体は、第１の濡らされた部品にあるチャネル又は構造内に存在するとき、毛細管力によって、濡らされた部品から乾燥した部品へ流れることができる。突起が、液体移送を引き起こすにはわずかに短く、濡らされた部品が変形可能な箔である場合、箔は、移送を引き起こすために外力によって変形され得る。このようにして、条件付き移送（弁調整）が実現され、外圧が液体に印加される必要はない。外力は、分析器によって印加され得る。

カートリッジ２００、３００、４００は、試料採取ユニット（「ＳＴＵ」）と検出アッセイユニット（「ＤＡＵ」）がただ１つの部片に組み込まれるという意味合いで、「完備型カートリッジ」として実現され得る。

そのようなカートリッジを使用するための１つの方法は、カートリッジが関連の読取器装置の外部にある状態で、ユーザが試料をカートリッジ内に配置し、次いで、装填された一体型のカートリッジを前記読取器内に配置することである。この手法の利点は、ユーザが読取器なしで試料を採取することができること、身体での試料採取領域を選択することができる自由、患者が移動することができる自由、試料位置を読取器位置から離すことができる自由、患者のストレスがより小さくなり得る（カートリッジが患者に寄り、患者が読取器に向けて引き寄せられない）ことである。

そのようなカートリッジを使用するための別の方法は、カートリッジが読取器内部にある状態で、ユーザがカートリッジ内に試料を配置するというものである。この手法の利点は、読取器が、試料採取プロセスを制御及び監視し、カートリッジが読取器内のストック（例えばカルーセル）から供給され得ることである。

代替として、カートリッジ２００は、独立した試料採取ユニット（「ＳＴＵ」）及び検出アッセイユニット（「ＤＡＵ」）を有するカートリッジとして実現され得る。

そのようなカートリッジを使用するための１つの方法は、ユーザが試料をＳＴＵ内に採取し、ＤＡＵを読取器内に挿入し、ＤＡＵが読取器内にあるときに、満たされたＳＴＵをＤＡＵに嵌めるというものである。この手法の利点は、ＤＡＵが、読取器内のストック（例えばカルーセル）から供給され得ることである。

そのようなカートリッジを使用するための別の方法は、ユーザが試料をＳＴＵ内に採取し、ＤＡＵを読取器内に入れる前に、満たされたＳＴＵをＤＡＵに嵌め、その後、ＳＴＵをＤＡＵと共に読取器内に嵌めるというものである。

要約すると、第１のチャネルと第２のチャネルとが流体ストップ、例えば疎水性コーティングを有する領域及び／又は非毛細管内寸を有するチャンバによって離隔された流体システムの実施形態が説明されている。第１のチャネル、第２のチャネル、及び流体ストップの少なくとも１つは、流体ストップを越える媒質の流れを可能にするように変形可能である。

上記の実施形態によるカートリッジは、以下の好ましい特徴を有する試料採取ユニット（ＳＴＵ）及び検出アッセイユニット（ＤＡＵ）を備えていてよい。

ＳＴＵは、以下の４つの機能モジュールを含む。
− 試料進入ポート又は入口部分（例えば、注射針、箔、皮膚接着剤を含む）、
− 試料又はアッセイチャンバ、
− 吸引メカニズム（例えば、予備真空、真空生成モジュール）、
− 抽出ポート（例えば隔膜、ＤＡＵへの出口）。

ＳＴＵ−ＤＡＵインターフェースは、以下のものを備える。
− チャネル、
− 任意選択的な弁機構（例えば、毛細管ストップ、透過性粘弾性媒質、解放可能な機械的障害物、通気孔を有するＤＡＵ内でのガス閉じ込め、ダイオード弁）。

ＤＡＵは以下のものを含む。
− 試料入口ポート、
− チャネル、
− 輸送メカニズム（例えば、毛細管力、重力、予備真空、生成された真空、機械的な可変容量型ポンプ）、
− アッセイチャンバ（例えば、磁性ナノ粒子、バイオセンシング表面）。

上記の構成要素にわたって分散される任意選択的な機能は、以下のようなものである。
− 試料濾過、
− 試薬保管及び解放、
− 試料妥当性センサ／インジケータ。

本発明は、図面及び上記の説明で詳細に図示され説明されているが、そのような図示及び説明は、例説又は例示と見なされるべきであり、限定と見なされるべきではない。本発明は、開示される実施形態に限定されない。開示される実施形態に対する他の変形形態は、図面、本開示、及び添付の特許請求の範囲の検討により、当業者には理解され得て、特許請求される発明を実施する際に実施され得る。特許請求の範囲において、語「備える」は、他の要素又はステップを除外せず、不定冠詞「a（１つの）」及び「an（１つの）」は、複数を除外しない。単一の処理装置又は他のユニットが、特許請求の範囲に記載される複数の項目の機能を満たすこともある。特定の手段が互いに異なる従属請求項に記載されていることだけでは、これらの手段の組合せが有利に使用され得ないことは示さない。コンピュータプログラムは、他のハードウェアと共に、又は他のハードウェアの一部として供給される光記憶媒体又はソリッドステート媒体など適切な媒体に記憶／分散されてよいが、インターネット又は他の有線若しくは無線電気通信システムを介するものなど他の形態で分散されてもよい。特許請求の範囲における任意の参照符号は、範囲を限定するものと解釈されるべきではない。

Claims (14)

1. 媒質を輸送するための流体システムであって、
   − 第１のチャネルと、
   − 第２のチャネルと、
   − 前記第１のチャネルと前記第２のチャネルとを接続する流体ストップと、
   − 内面を有する可撓性要素であって、前記流体ストップを越える媒質の流れが可能にされるように、前記可撓性要素の外面に加えられる所定の機械的圧力が前記内面の局所変形をもたらす、可撓性要素と
   を備える、流体システム。
2. 前記可撓性要素が、前記第１のチャネル、前記第２のチャネル、及び／又は前記流体ストップの一部を備えることを特徴とする、請求項１に記載の流体システム。
3. 前記可撓性要素の前記内面の変形が、前記内面と対向する要素との間の距離を変えることを特徴とする、請求項１に記載の流体システム。
4. 前記可撓性要素の前記内面及び／又は前記対向する要素が、突起を備えることを特徴とする、請求項３に記載の流体システム。
5. 前記突起が、前記媒質によって濡らすことが可能である、及び／又は毛細管力によって前記媒質の輸送を可能にすることを特徴とする、請求項４に記載の流体システム。
6. 前記第１のチャネル及び／又は前記第２のチャネルが、毛細管力による前記媒質の輸送を可能にすることを特徴とする、請求項１に記載の流体システム。
7. 前記流体ストップが、前記第１のチャネル及び／又は前記第２のチャネルよりも低い毛細管特性を有することを特徴とする、請求項６に記載の流体システム。
8. 前記流体ストップが、媒質反撥性の構成要素、又はメニスカスの少なくとも部分的なピニングのための幾何構造を備えることを特徴とする、請求項１に記載の流体システム。
9. 前記流体ストップが、前記第１のチャネル及び／又は前記第２のチャネルよりも大きい内寸を有することを特徴とする、請求項１に記載の流体システム。
10. 並列の複数のチャネル及び／又は濾過要素を備えることを特徴とする、請求項１に記載の流体システム。
11. カートリッジ内に組み込まれることを特徴とする、請求項１に記載の流体システム。
12. − 請求項１に記載の流体システム用の収容空間と、
    − 前記収容空間内の流体システムの前記可撓性要素の前記外面に圧力を制御可能に印加するためのアクチュエータと
    を備える、処理装置。
13. 流体システム内で第１のチャネルと第２のチャネルとの間の流体ストップを越える媒質の流れを制御するための方法であって、前記流体ストップを越える前記媒質の流れを可能にするために可撓性要素を変形することを含む、方法。
14. 分子診断、生物学的試料分析、化学的試料分析、食品分析、及び／又は法科学分析用の請求項１に記載の流体システム又は請求項１２に記載の処理装置の使用。

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