JP2017504016A - マイクロ流体デバイス、システム及び方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、マイクロ流体システムにおいて使用するためのマイクロ流体デバイスに関するものである。剛性の基部構造体に、可撓膜が設けられる。外部磁気駆動体は、磁場を印加しながら、上記マイクロ流体デバイスの下を第１位置から第２位置へ移動する。磁性粒子を含む液滴は上記外部磁気駆動体へと引き寄せられる。上記可撓膜は薄いので、マイクロ流体デバイスは外部磁気駆動体に一層近づけられ得、かくして上記流体の滴に掛かる磁気力を増加させる。力が可撓膜上に生じ、該可撓膜を撓ませて、磁性粒子を含む上記液滴を外部磁気駆動体に一層近づける。増加された磁場の効果は、当該磁性液滴の充填密度を増加させるというものである。従って、より高い完全性を持ち、分離され難い液滴を、当該マイクロ流体デバイスを介して移動させることができる。

Description

本発明は、国防高等研究計画局により授与されたHR0011-12-C-0007の下でアメリカ合衆国政府の支援によりなされたものである。アメリカ合衆国政府は、本発明に特定の権利を有するものである。

本発明は、流体サンプル分析のためのマイクロ流体デバイスに関する。特に、本発明は複数の磁性粒子を含む流体を移動させるためのマイクロ流体デバイス、検査装置、流体の流れを制御する方法及びマイクロ流体システムに関する。

臨床診断における傾向は、ポイントオブケア解決策又は卓上（ベンチトップ）システムへと向かっている。このことは、診断検査を患者の一層近くで及び／又は分散されたシステムにおいて、大幅に短い時間尺度で実行しなければならないことを意味する。使い易さも、ポイントオブケア診断の又は工業、研究室若しくは臨床的使用の重要な特徴点である。何故なら、検査は患者により実行されねばならないかも知れず（ポイントオブケアの場合）、検査は余り拡張的ではあり得ない（工業、研究室又は臨床的使用）からである。重要である１つの固有のフィーチャは、ユーザがサンプルを分析器に簡単に挿入することができると共に結果を即座に得ることができる能力である。サンプルの準備には、しばしば、ミリリットル、マイクロリットル又はナノリットルの範囲のサンプル体積が関わる。従って、サンプルは試薬又は検体が浪費されることのないように注意深く準備されねばならない。

このようなシステムの幾つかのタイプにおいて、分析は、液体中に懸濁された磁気源により駆動することができる（例えば、サンプルを混合するため、又は更なる分析のためにサンプル中の目的物を捕捉するために）磁性粒子の使用を伴う。これらのシステム又はマイクロ流体デバイスにおいては、磁性粒子を第１マイクロ流体エレメント（例えば、格納容器、区画室、チェンバ、チャンネル等）から第２マイクロ流体エレメントへ、当該流体全てを該第１マイクロ流体エレメントから該第２マイクロ流体エレメントへ移動させることを要せずに移動させることが更に有効であり得、このことは、例えばＤＮＡ精製におけるようにマイクロ流体処理の異なる段階において磁性粒子を駆動するために有用であり得る。

国際特許出願公開第WO2009/083862号公報は、上記のような２つのマイクロ流体エレメントの間のバルブ状構造体であって、磁気駆動体を用いることにより当該粒子を第１マイクロ流体エレメントから第２マイクロ流体エレメントへ該バルブ状構造体を超えて引き込むものを開示している。

このように、マイクロ流体移行経路内で複数の磁性粒子を含む流体を制御可能に移動させるための強化された手段を提供する必要性が存在する。

本発明の上記目的は、独立請求項の主題により解決され、更なる実施態様は従属請求項に含まれる。

以下に記載される本発明の態様は、マイクロ流体システム及び流体の流れを制御する方法にも当てはまることに注意されたい。

本発明によれば、流体サンプル分析のためのマイクロ流体デバイスが提供され、外部磁気駆動体を有するマイクロ流体コントローラ内に配置されるように構成される。該マイクロ流体デバイスは、
− （例えば、剛性の）基部構造体と、
− 可撓膜（例えば、箔）と、
− 底部側において前記基部構造体の少なくとも一部により限定される一方、上部側において前記可撓膜の少なくとも一部により限定されると共に、第１領域に連通すべき少なくとも１つの流入口と第２領域に連通すべき少なくとも１つの流出口との間に延在するマイクロ流体移行経路（マイクロ流体移動経路）と、
を有する。

上記マイクロ流体移行経路は、上記基部構造体内に設けることができるか、又は該基部構造体と上記可撓膜との間に画定することができる。該マイクロ流体移行経路は、典型的には、前記第１マイクロ流体エレメントと前記第２マイクロ流体エレメントとの間の移行経路である。この移行経路は、特定の条件下で、前記流体の一部及び／又は該流体に含まれる要素が第１エレメントから第２エレメントへ移動することを可能にし、従って、第１マイクロ流体エレメントと第２マイクロ流体エレメントとの間のバルブ（弁）として作用する。

更に、当該マイクロ流体デバイスは、前記マイクロ流体コントローラ内に位置されると、前記可撓膜が前記外部磁気駆動体に接近して配置されるように構成される。該マイクロ流体デバイスは、更に、複数の磁性粒子を含むと流体が前記マイクロ流体移行経路に接近し、且つ、前記可撓膜の近傍で前記外部磁気駆動体により磁気力が印加された場合に、前記磁性粒子の少なくとも一部が前記基部構造体から前記可撓膜に向かって移動されるように構成される。前記可撓膜は前記基部構造体から離れる方向に撓み可能であるので、該可撓膜が撓まされた場合に、前記外部磁気駆動体の作用の下で、前記磁性粒子の少なくとも一部は、前記可撓膜の休止位置を超える領域に向かい移動されて位置され得る。上記可撓膜の休止位置とは、該可撓膜が自身に印加される機械的な力の下で撓まされていない位置である。上記磁性粒子は、当該システムの構成に依存して、前記流体を伴わないで又は前記流体の一部を伴って移動することができる。

有利にも、当該マイクロ流体デバイスにおける前記マイクロ流体移行経路を覆う表面は可撓性であるので、前記基部構造体の残部と比較して薄く、前記可撓膜が、従って前記流体の滴が外部磁気駆動体の一層近くに配置されることを可能にする。

従って、磁性粒子を含む流体が可撓膜上にあり、且つ、外部磁気源が該流体に磁場を印加する場合、該流体内の磁性粒子及び外部磁気駆動体の接近は、機械的力に変換される磁気力が可撓膜上に発生されるようにさせ得る。

更に、上記流体内の磁性粒子と外部磁気駆動体との間の近さに関する該改善は、当該磁性粒子が受ける絶対磁場及び磁場勾配を増加させる。結果として、上記磁性粒子と磁気駆動体との間の吸引力は増加され、当該流体の滴内部の磁性粒子の一層高い充填密度が得られると共に、上記外部磁気駆動体が移動されたとしても、一層高い吸引力が得られる。このように、磁性粒子は前記移行経路に沿って一層良好に推進され、このことは、該移行経路のバルブ的機能の効率及び信頼性を改善する。

この撓みは、前記可撓膜と外部磁気駆動体との間の接近を、１００マイクロメートル未満まで可能にする。

更に、上記移行経路のバルブ的機能が改善されるので、前記マイクロ流体デバイスとマイクロ流体コントローラとの間に必要とされる位置合わせ許容誤差は一層大きなものとすることができ、一層高い信頼度の及び／又は一層頑丈で脆弱でないシステムをもたらす。

本発明によれば、マイクロ流体システムが提供される。該システムは、
− マイクロ流体デバイスホルダに適合するマイクロ流体デバイス配置領域、及び
− 該マイクロ流体デバイス配置領域に磁場を供給するように構成された磁気駆動体、を有するマイクロ流体コントローラと、
前記マイクロ流体デバイスと、
を有する。

本発明によれば、前記マイクロ流体デバイスに流動媒体を導入することができ、該マイクロ流体デバイスは前記マイクロ流体コントローラの前記マイクロ流体デバイス配置領域内に固定される。前記複数の磁性粒子が前記マイクロ流体デバイスの前記マイクロ流体移行経路に接近すると共に前記マイクロ流体コントローラにおける前記可撓膜の近傍で前記磁気駆動体により磁気力が印加された場合に、前記磁性粒子は前記磁気駆動体に向かって引き寄せられる。このことは、恐らくは、前記流体の少なくとも一部を伴わずに又は伴って、前記可撓膜上に力が生ぜられるようにさせ得る。該可撓膜は上記磁気駆動体の方向に撓み可能となる。このことは、前記磁性粒子を前記磁気駆動体に向かって、オプションとして前記流体の一部を伴って、移動させる。

また、本発明によれば検査装置が提供される。該検査装置は、
− 少なくとも２つの流体エレメントと、
− 前記マイクロ流体デバイスと、
− 前記マイクロ流体デバイスの下に配置される磁性粒子移動器と、
を有し、前記少なくとも２つの流体エレメントは前記マイクロ流体デバイスを通し、前記マイクロ流体移行経路を介して接続され、前記磁性粒子移動器は、使用時に、一定量の磁性粒子を前記少なくとも２つの流体エレメントにおける第１のものから第２のものへオプションとして流体を伴わないで又は流体の一部を伴って移動させる。

また、本発明によれば、流体の流れを制御する方法が提供される。該方法は、
ａ）複数の磁性粒子を含む流体をマイクロ流体デバイスに注入するか、又は流体を該流体に接触されるように配置された磁性粒子を収容したマイクロ流体デバイスに注入するステップであって、前記マイクロ流体デバイスがマイクロ流体移行経路を覆う可撓膜を有するステップと、
ｂ）前記マイクロ流体デバイスに磁場を印加して、前記磁性粒子が前記可撓膜に向かって引き寄せられるようにするステップと、
ｃ）前記可撓膜を前記磁性粒子の動きの方向に撓ませて、前記磁性粒子の少なくとも一部が前記流体と共に前記可撓膜の休止位置を超えて位置されるようにさせるステップと、
を有する。

前記ステップｂ）及びｃ）は同時に実施することができる。

前記ステップｃ）は少なくとも部分的に、ステップｂ）により前記可撓膜に向かって引き寄せられる前記磁性粒子の動きにより、前記流体が該可撓膜上に流体的力を生じさせて又は生じさせないで発生され得る。

上記可撓膜は、薄い材料から形成することができるもので、例えば箔とすることができ、この構成は、この可撓膜が一層厚い又は一層剛性の構造体、例えば１００マイクロメートルよりも大きな厚さを持つ構造体により置換された状況に対して、前記流体の滴内の一番近い磁性粒子と前記磁気駆動体との間の絶対距離を大幅に低減させる。

有利にも、このことは、前記流体内の複数の磁性粒子と前記磁気駆動体との間の近さの顕著な改善を可能にする。このことは、上記磁性粒子が受ける磁場勾配及び絶対磁場強度の両方を増加させる。この一層大きな勾配及び磁場強度は、当該粒子に対する磁気駆動体の吸引力を増加させ、その結果、該磁性粒子の一層高い充填密度及び上記磁気駆動体が移動された場合の一層高い吸引力が得られる。このように、例えば、上記磁性粒子を含む流体の滴が、当該マイクロ流体バルブ（即ち、マイクロ流体移行経路）を経て移動する間に幾つかの滴に分離することは起こりそうにない。

本出願において、“充填密度”なる用語は、流体内の磁性粒子を分ける平均距離の逆数に関係する、磁性粒子の密度を示す。磁性粒子を含む流体に磁気力が印加された場合、各磁性粒子間の磁気力は磁性粒子の平均離隔を減少させ、従って充填密度を増加させる。

本出願において、“マイクロ流体移行経路”なる用語は、少なくとも第１領域（又はマイクロ流体エレメント）と少なくとも第２領域（又はマイクロ流体エレメント）との間の、これら領域に連通するマイクロ流体経路（通路）を意味し、上記第１及び第２領域に対して固有のマイクロ流体特性を有する。好ましくは、このようなマイクロ流体特性（第１及び／又は第２領域の親水性に対する疎水性を含み得る）は、該マイクロ流体移行経路が、第１領域に含まれる流体の一部が第２領域に進むのを防止する一方、本発明による処理が実施されたなら（即ち、少なくとも磁気駆動体を使用することにより）前記磁性粒子の少なくとも一部が流体の少なくとも一部を伴わないで又は伴って当該マイクロ流体移行経路を横切るのを可能にするバルブ的機能を有するというようなものである。マイクロ流体移行経路は、幾らかの流体が特定の領域に閉じ込められる区画室の間に延在する当該マイクロ流体デバイスのチャンネルと考えることもできる。このようなチャンネル又は区画室の幾何学構造は多くの好適な形態を採用することができる。例えば、サンプルが更なる処理のために収集される円形の又は長方形の領域、及び前述した領域を接続する直線状のチャンネルも、マイクロ流体移行経路と見なすことができる。該マイクロ流体移行経路は、エッチング、フライス加工、エンボス加工、モールド加工及び印刷等の当業者により知られている種々の方法により基板材料内に設けることができる。

他の例として、上記チャンネルは、当該流体が該チャンネル内に又は外に閉じ込められたままとなるように、当該基板における周囲の表面とは異なる表面特性を持つ領域の形で存在することもできる。例えば、このようなチャンネルは、シランの疎水層により官能化されたガラス表面から作製することができる。これらの層は、次いで、当該マイクロ流体チャンネルを得るためにマスクを用いてエッチングすることができる。

本出願において、“可撓膜”なる用語は、前記基部構造体に対して対応する主面に垂直に印加される同様の機械的力の下で一層容易に撓まされ得る膜体であって、（ｉ）斯様なマイクロ流体デバイスにおいて全てが典型的に使用される例えば流体ポンプ等により流されるガスにより若しくは他の流体により生成される圧力不足若しくは過剰圧力によって、又は他の何らかの他のタイプのアクチュエータによって発生される外部的機械力を用いることにより撓まされ得る、及び／又は（ii）前記マイクロ流体移行経路における磁性粒子を含む流体若しくは液滴の動きにより生じる内部的機械力により少なくとも部分的に撓まされ得る膜体を意味すると理解されたい。この内部的動きは、これら磁性粒子の少なくとも一部に対して前記外部磁気駆動体により発生される磁場により開始され得るものである。

このような可撓膜は、薄い箔から形成することができる。

このような薄い箔は、例えば、大凡１００μｍ又はそれ未満の厚さを持つポリプロピレン等のポリマから形成することができる。例えば、このような箔のｍｍ当たり４〜４０μｍの撓みのためには、０.１mBar〜２００mBarの間、好ましくは０.１mBar〜２０mBarの間、０.１mBar〜１０mBarの間、又は０.１mBar〜５mBarの間（後者は、上述した（ii）が当てはまる場合に特に関係する）の圧力を当該可撓膜上に外部的に印加することができ（上述したケース（ｉ））、及び／又は磁性粒子の作動／動きによる前記移行経路内部の流体圧力により印加することができる（上述したケース（ii））。

本出願において、“面する（対面する）”なる用語は、或る品目と磁気駆動体との間の空間的関係を定義するために使用される。磁気駆動体は、当該品目の既定の表面において最大値に到達する磁場を、当該磁石が該品目に対して特定の向きにある場合に発生する。当該品目の上記表面上に作用する磁束が全強度の三分の二を超える場合、該磁石は該品目に対して“面する”と言われる。

本出願において、“近傍にある（近い、接近している）”なる用語は、可撓膜と外部磁気駆動体との間の距離に関する限りにおいて、上記外部磁気駆動体からの磁場が、前記移行経路内に含まれる又は該移行経路の近くの磁性粒子を有する液滴に依然として作用して、この液滴の少なくとも一部の前記可撓膜に対する動きを生じさせる位置にあることを意味すると理解される。好ましくは、“近傍にある（近い、接近している）”は前記可撓膜と前記外部磁気駆動体との間の、これらの各寸法に対して非常に小さな距離を意味する。

本出願において、“外部磁気駆動体”なる用語は、磁場の発生源を意味すると理解される。従って、斯様な外部磁気駆動体は、例えばネオジムから又は当業者により知られた何らかの他の永久磁気材料から形成された永久磁石とすることができる。代わりに又は組み合わせで、外部磁気駆動体は電磁石とすることもできる。このような電磁石は、例えばワイヤのコイルにより形成することができる。該ワイヤのコイルを介して電流が流れると、結果的に磁場が生じる。

上記外部磁気駆動体は前記マイクロ流体デバイスに対して、好ましくは前記マイクロ流体移行経路を辿る通路内を移動するように構成され、かくして、励起されると、磁性粒子を含む液体の滴は磁気力により該マイクロ流体移行経路を介して引きずられ得る。この外部磁気駆動体は、例えば、該外部磁気駆動体を移動させるための手段（例えば、モータ又はラック・ピニオン装置）上に配置することができる。

他の例として、上記外部磁気駆動体は例えば多極磁石から形成されるリニア位相ステップモータとすることができる。上記多極磁石を経る電流は、複数の磁性粒子を含む流体の滴が長距離にわたり引きずられ得るように制御することができる。該磁気駆動体は、前記マイクロ流体デバイスの１つの面上の又は複数の面上の複数の要素からなることができる。

更に他の例として、上記外部磁気駆動体は静止状態に留まることができ、前記マイクロ流体デバイスが該外部磁気駆動体に対して移動されるようにすることができる。

以下の説明において、“複数の磁性粒子を含む流体”なる用語は、複数の磁性粒子又は磁性ビード、例えば超常磁性粒子を含む流体を意味するものと見なされる。このような粒子の例は、Dynal（登録商標）M270粒子、Dynal（登録商標）シラン粒子、又はNuclisens（登録商標）粒子である。他の粒子も当業者により知られている。このような粒子は、マイクロ流体実験で使用される検体を含む流体内に懸濁することができる。勿論、単位体積当たり種々の量の磁性粒子を使用することができ、従って、“粒子負荷”なる用語を、単位体積当たりの粒子の相対数を表すために使用することができる。磁性粒子を用いるマイクロ流体分析システムの前後関係において、当該粒子は関心の生化学的成分、バイオマーカ、特定タンパク質、核酸、細胞片、細胞、ウイルス、又はこれらの何からの組み合わせに結合するリガンドを含むことができる。

本発明の上記及び他の態様は、後述する実施態様から明らかとなり斯かる実施態様を参照して解説されるであろう。

図１は、マイクロ流体デバイスの一例を示す。 図２は、同マイクロ流体デバイスを動作中において示す。 図３は、マイクロ流体デバイスの動作を示す。 図４は、動作中のマイクロ流体デバイスの一例を示す。 図５は、マイクロ流体デバイスの他の実施態様を示す。 図６は、同マイクロ流体デバイスの他の実施態様を示す。 図７は、マイクロ流体デバイスの一例を示す。 図８は、マイクロ流体システムの一例を示す。 図９は、マイクロ流体システムの動作を示す。 図１０は、検査装置の一例を示す。 図１１は、方法を示す。 図１２は、特定の例によるマイクロ流体デバイスの実験的配置を示す。 図１３は、特定の例による箔の曲がりを磁性粒子の量の関数として示す。 図１４は、特定の例による他の実験結果を示す。

以下、本発明の実施態様を、図面を参照して説明する。

本発明によれば、流体サンプル分析のためのマイクロ流体デバイス１０が提供される。該マイクロ流体デバイス１０は、
− 剛性基部構造体１４と、
− マイクロ流体移行経路１６と、
− 該マイクロ流体移行経路を少なくとも部分的に覆う可撓膜１８と、
を有し、上記マイクロ流体移行経路は上記剛性基部構造体により設けられる。

更に、上記可撓膜は外部磁気駆動体の近傍に配置されるように構成される。該外部磁気駆動体は永久磁石とすることができ、この永久磁石は例えば該磁石及び／又は当該マイクロ流体デバイスを備える装置を可動支持体上に取り付けることにより当該バルブ（弁）に対して移動可能となるように配設される。他の例として、該外部磁気駆動体は電磁石又は多極磁石を含むことができる。多極磁気コイルは、マイクロ流体デバイス１０を介して長距離にわたってビードを引きずるリニア位相ステップモータを構成するように制御することができる。

マイクロ流体デバイス１０は、複数の磁性粒子を含む流体が前記マイクロ流体移行経路に接近し、前記可撓膜の近傍で外部磁気駆動体により磁力が付与された場合、磁性粒子は該外部磁気駆動体に向かって引き寄せられる。上記可撓膜は該外部磁気駆動体の方向に撓み可能であり、上記磁性粒子は当該流体と共に外部磁気駆動体に向かって移動する。

当該マイクロ流体デバイス１０は、例えばマイクロ流体コントローラ（以下においては、所謂、マイクロ流体デバイスリーダ：マイクロ流体デバイス読取器）若しくは検査装置内にあり得る外部磁気駆動体の近傍に、又は該駆動体に面して配置されることが想定される。

図１ａは、マイクロ流体デバイス１０を示す。図１ａには、剛性基部構造体１４が示されている。該剛性基部構造体１４は、プラスチック材料、ガラス、シリコン又は他の如何なる実質的に剛性の材料から形成することもできる。該剛性基部構造体は、図１ｂに示されるように一体的な材料から形成することができるか、又は当該剛性基部の材料上に追加の剛性膜２０が付着された剛性基部材料１４から形成することができることが分かる。

上記剛性基部構造体が一体的な材料から形成される場合、マイクロ流体移行経路１６はフライス加工、エッチング、又は材料除去、材料成形若しくは材料付加の他の既知の方法により形成することができる。

剛性基部構造体１４は、当該マイクロ流体デバイス１０の取り扱い及び正確な機械的位置合わせのための手段を提供する。

可撓膜１８が、剛性基部構造体１４に取り付けられる。可撓膜１８は剛性基部構造体１４に接着することができ、又は任意の他の好適な取付け方法を用いて取り付けることもできる。

本発明の一実施態様によれば、可撓膜１８は外部磁石に対面するように構成されることが分かる。

本発明の一実施態様によれば、当該可撓膜はマイクロ流体移行経路１６の一部のみにわたって延在することができ、該マイクロ流体移行経路の残部は、可撓膜１８と比較して可撓的でない剛性基部構造体１４により形成することができる。

剛性基部構造体１４のために使用することができる典型的な材料は、ガラス（恐らくは、親水化された区画により画定されたマイクロ流体チャンネルを備える）、シリコン、プラスチック又は他の相対的に剛性な材料である。

可撓膜１８のために使用される典型的な材料は、例えば、薄い有機若しくは無機材料、薄い金属箔、薄いプラスチックシート、薄膜テフロン（登録商標）又はこれらの組み合わせとすることができる。

マイクロ流体デバイス１０は、２つのマイクロ流体反応チェンバの間に配置することができる。動作時において、磁性流体が第１チェンバ内に配置される。次いで、前記可撓膜の近傍に配置された外部磁気駆動体は活性化されて、複数の磁性粒子を含む該流体を当該マイクロ流体デバイス１０の入口に向かって引き寄せる。次いで、上記外部磁気駆動体は前記マイクロ流体移行経路に沿って印加される磁場を、当該マイクロ流体デバイス１０を介して移動させることができる。当該磁力は、磁場が上記外部磁気駆動体（又は、例えば同期リニアモータが使用される場合は、多極磁石の極）の動きに伴って移動するにつれて、当該複数の磁性粒子を含む流体をマイクロ流体移行経路へ及び該経路を介して引き寄せる。最終的に、該複数の磁性粒子を含む流体は、上記マイクロ流体移行経路の反対側の第２反応チェンバに位置される。

好ましくは、上記可撓膜の厚さは１００マイクロメートル以下とする。この構成は、剛性の基部がマイクロ流体移行チャンネルに使用される場合と異なり、当該マイクロ流体デバイスの底部と外部磁気駆動体との間の近さを１００マイクロメートル未満に改善する。

可撓膜の上記薄さにより、流体中の最も近くの磁性粒子と外部磁気駆動体との間の絶対距離を低減することができる。このように、流体中の最も近くの磁性粒子と外部磁気駆動体との間の近さの大幅な改善が存在し、このことは、磁性粒子が受ける絶対磁場強度及び磁場勾配の両方を増加させる。一層高い勾配及び一層高い磁場強度は、磁性粒子間の引力を増加させる。この結果、流体内の磁性粒子間の充填密度が一層高くなり、外部磁気駆動体が移動される際の吸引強度が一層高くなる。

可撓膜１８は、当該バルブの寸法に関する知識及び当該可撓膜を形成するために使用される材料のヤング率に関する知識を用いて設計される。これらのパラメータは、当該可撓膜が複数の磁性粒子を含む液体の滴を支持する場合において、外部磁場が印加された際に該可撓膜の外部磁気駆動体に向かう撓みが存在するように選択される。

この可撓膜の柔軟性は、可撓膜を備えないマイクロ流体バルブと比較して、前記剛性基部部材の機械的位置合わせに対する要件を低下させる。これは、該可撓膜の撓みが、磁気駆動体と磁性流体中の粒子との間の順応性のある接近を剛性基部構造体１４の初期的近さに余り依存せずに保証する故である。マイクロ流体装置の設計は、厳格な機械的許容誤差が遵守されることを要する。有利にも、マイクロ流体デバイス１０に可撓膜を使用することは、使用されるべきマイクロ流体デバイス又は読取器（リーダ）の設計許容誤差を緩和し、かくして、余り面倒でない製造工程が採用されることを可能にする。

一例において、該可撓膜の底面は前記剛性基部構造体に壁エレメントにより、接着化合物により、又は当該可撓膜と剛性基部構造体との熱融着により接続される。もっとも、当業者によれば如何なる好適な付着技術も使用することができると理解される。

本発明によるマイクロ流体デバイス１０又は磁気システムに適用される流体に使用される磁性粒子の直径は、３ナノメートル〜15,000ナノメートルの間、好ましくは１０ナノメートル〜5,000ナノメートルの間、更に好ましくは１５ナノメートル〜3,000ナノメートルの間の範囲内に入る。

本発明に適用される磁性粒子は、生物学的目的物の担体として用いることができる。磁性粒子は、他の物質を結合するための生物学的に活性な層により被覆することができる。他の例として、磁性粒子自体を検出目的で利用することもできる。検出は、磁気抵抗効果、ホール効果等の当該粒子の何らかの特性に基づくもの、又は光学的方法を介してのものとすることができる。磁性粒子が蛍光染料を備え、蛍光発光、化学発光、吸収又は散乱等の光学的方法を可能にすることもできる。

図２ａは、動作時のマイクロ流体デバイス１０を示す。複数の磁性粒子を含む流体２０が、第１反応チェンバ２２と第２反応チェンバ２４との間の移行状態で示されている。勿論、複数のマイクロ流体デバイス１０が接続された３以上のチェンバを設けることもできることが分かる。

一実施態様において、第１及び第２チェンバの底面２６及び２９並びに当該マイクロ流体移行経路の上面１４は剛性の表面を有している。

図２に示される外部磁気駆動体２８は第１チェンバ２２と第２チェンバ２４との間の移行部の中間にあることが分かる。可撓膜１８は外部磁気駆動体２８に向かって撓んでいる。これは、外部磁気駆動体２８が流体２０内の磁性粒子に対して磁気力を及ぼしているからである。外部磁気駆動体２８により引き付けられる磁性粒子の力は可撓膜１８に掛かる。従って、該可撓膜は外部磁気駆動体２８に向かって距離ｄだけ撓む。

図２ａに複数の磁性粒子を含む流体２０を囲む小さな内側を指す矢印により表されたように、外部磁気駆動体２８への接近の増加は該流体内の磁性粒子の充填密度を改善し、可撓膜により生ぜられる摩擦力に抗して該流体の滴に一層高い完全性を付与する。

図２ａの場合において、マイクロ流体デバイス１０の寸法は、複数の磁性粒子を含む滴がマイクロ流体移行経路の剛性の上部に接触しない程度である。事実、他の実施態様では、該移行経路の上側の面は必要とされない。図２ａの場合、当該流体がマイクロ流体移行経路の剛性上部に余り接触しないという事実により、該上側の面からの摩擦が減少し、毛管力が減少する。

図２ｂも、第１チェンバ２２を第２チェンバ２４に接続するマイクロ流体デバイス１０を示す。この場合、マイクロ流体移行経路１６の寸法は、複数の磁性粒子を含む流体２０の滴が剛性の基部構造体１４との接触を失わないように設定される。この場合、滴２０は、より多くの摩擦を受け、毛管力も存在する。外部磁気駆動体２８は当該磁性流体内の磁性粒子を引き寄せる。従って、可撓膜１８は該外部磁気駆動体２８の方向に撓まされる。

図３は、従来のマイクロ流体デバイス１０の問題を示す。図３ａにおいては、剛性底部を持つマイクロ流体デバイスが設けられ、該デバイスは第１チェンバ３０と第２チェンバ３２との間で移行する。マイクロ流体移行経路３４は、これら２つのチェンバを接続する。外部磁気駆動体３６は、複数の磁性粒子を含む流体を第１チェンバ３０の出口に引き寄せる。次いで、図３ｂに示されるように、外部磁気駆動体、即ち多極磁石の活性点はマイクロ流体チャンネル３４の外側に沿って移動される。当該外部磁気駆動体は、上記チャンネルと該外部磁気駆動体との間の剛性表面により、マイクロ流体チャンネル３４の底部から相対的に大きな距離で離れているので、複数の磁性粒子を含む該流体はチェンバ間での移行の間に２つの滴に分離することが分かる。第１の滴３８は当該マイクロ流体チャンネルを介して移送され続ける。第２の滴４０は該マイクロ流体チャンネル３４の入口に留まる。このような“集団の分離（滴の分離）”は、滴と磁気毛細管バルブにおける表面との間の複雑な力平衡関係により生じる。

流体滴内の粒子間で粘性摩擦が生じ、粒子とマイクロ流体デバイス表面との間で表面摩擦が生じ、又は流体とマイクロ流体チャンネル表面との間で接触線摩擦が生じる。内部摩擦が、滴内の粒子間の摩擦から生じる。

毛管力は、チェンバ間移送を通しての幾つかのフェーズを特徴とする。

最後に、粒子負荷（流体内での滴内の粒子の数）は、磁気力、毛管力及び摩擦力を決定するための有用なパラメータである。

流体内の磁性ビードの数の低減は摩擦力も低減させることができ、集団の分離を防止する助けになり得る。マイクロ流体バルブにおける可撓性（撓み可能な）部材の使用は、より大きな磁場により、より小数の磁性粒子が当該磁気流体バルブを通過することを可能にする。実際に、測定された結果は、０.５mmの剛性部材が使用された場合と比較して、ビードの数の４倍の低減が可能であることを示している（０.０３mm厚の可撓性部材により）。

滴と外部磁気駆動体との間の磁気力は該滴の粒子負荷に伴って増加することが知られている。一次近似によれば、該増加は磁性粒子の量に対して線形である。しかしながら、滴の直径の増加に伴い、粒子は一層広い横方向距離にわたって分散されることも知られている。このことは、上記線形性を非線形に低下させる。このように、流体バルブ装置の表面を“濡らす”ために必要とされる力は、滴直径の増加に伴い増加する。滴直径を増加させることは、該滴が受ける粘性摩擦も増加させる。表面摩擦は、磁気垂直力の増加により増加する。これらの効果は、全て、図３に示された滴の分離の問題を一層生じさせ易くさせる。

図４ａ〜図４ｃに示されるように、第１チェンバ２２と第２チェンバ２４との間での移行の間において、複数の磁性粒子を含む流体の滴２０はマイクロ流体移行経路１６の入口に位置される。外部磁気駆動体２８は、図４ｂでは該マイクロ流体移行経路に沿って移動するように図示されている。磁性粒子を含む流体の該滴は外部磁気駆動体に向かって引き付けられ、従って可撓膜１８を当該磁石に向かって撓ませる。接近の初期的増加は、当該可撓膜の固有の薄さにより生じる。更なる接近は該可撓膜の外部磁気駆動体１８に向かう撓みにより生じる。このことは、当該滴に対する磁気力を増加させ、従って、有利にも当該滴における磁性粒子の一層高い充填密度を可能にする。従って、図４ｃに示されるように、複数の磁性粒子を含む流体の滴は、チェンバ２２とチェンバ２４との間において幾つかの滴に分離することなく移送される。言い換えると、集団の分離は発生しない。

本発明の一実施態様によれば、複数の磁性粒子を含む流体２０を有するマイクロ流体デバイス１０が設けられる。上記流体は、外部磁気駆動体２８が磁気チャンネルの近傍で磁気力を印加する際に該マイクロ流体チャンネル１６を介して移動する。マイクロ流体デバイス１０が磁性粒子を含む流体を含んで設けられる場合、有利にも、該マイクロ流体デバイス１０のユーザは磁性粒子を含む流体を外部から供給する必要はない。

一実施態様によれば、可撓膜１８が１００マイクロメートルの、好ましくは８０マイクロメートル未満の、より好ましくは６０マイクロメートル未満の、最も好ましくは４０マイクロメートル未満の厚さを有するマイクロ流体デバイス１０が設けられる。該薄い可撓膜は最も近い磁性粒子と磁石との間の絶対距離を低下させ、従って、上記磁気力を更に増加させる。

一実施態様によれば、上記可撓膜が当該マイクロ流体移行経路における剛性基部構造体に面する面上に粗面化された表面を有するマイクロ流体デバイス１０が設けられる。

より粗い可撓膜が複数の磁性粒子を含む流体の滴に対して一層大きな摩擦を付与することが理解される。マイクロ流体移行経路内での磁気力、摩擦力及び毛管力の力平衡に関する先の説明から推測されるように、このような粗さは当該マイクロ流体移行経路における摩擦を不都合にも増加させ得る。このことは、マイクロ流体移行経路内の液滴を、該経路を介して移行する際に分離させ得る。

従って、有利には、可撓膜１８が外部磁気駆動体に対して一層近くまで撓み得るようにして、粗面化された表面の使用に潜在する付加的な摩擦を、当該液滴に掛かる一層高い磁気力により相殺されるようにする。従って、当該マイクロ流体デバイス１０の製造に、余り高価でない一層粗い表面を持つ箔を使用することができる。

代わりに、粗面化された表面は、表面が波状であるので、一層高い曲げの柔軟性を呈し得る。波状表面は機械的に一層容易に撓む。

表面粗さを特徴付けるために使用される量は、当業者により知られているように、算術平均値Ｒａ、平方平均Ｒｑ及び最大粗さ高Ｒｔである。

ここで説明するマイクロ流体デバイスにおいては、０.０３ミリメートル厚の可撓膜が使用される場合、２０マイクロメートルまでのＲｔとして、０.３マイクロメートルまでのＲａが許容され得る。これは、マイクロ流体チャンネルの底部が剛性で厚い底面から形成される場合とは相違する。通常使用されるガラス板は、１.１mmの厚さを有し得る。許容可能な集団分離性能に対する斯様なガラス板の表面粗さの要件は、僅か１０ナノメートルのＲａ及び０.３マイクロメートルのＲｔの程度に小さいことが分かっている。これは、当該ガラス板の厚さに起因する磁性流体と外部磁気駆動体との間隔の増加により生じる磁気力の低下によるものである。上記Ｒａ及びＲｔの値は、０.５ｘ０.５ミリメートルの寸法の面積に対して決定された。このように、マイクロ流体移行チャンネルに可撓膜を設けることは、有利にも、当該マイクロ流体移行チャンネルの粗さ要件の緩和を可能にすることが分かる。

他の態様で見ると、薄い箔の表面が使用される場合、当該マイクロ流体チャンネルに掛かる同一の磁場を、外部磁気駆動体２８において一層低いエネルギを用いて達成することができる。何故なら、該マイクロ流体チャンネルは外部磁気駆動体に一層近いからである。このことは、電磁石又は多極磁石が使用されると共に、装置読取器が手持ちのものであり、あり得る電池駆動装置である場合に、重要な考慮事項となる。より低い磁場強度しか必要とされない場合、電池は一層長くもつ。

一実施態様によれば、可撓膜デフレクタ４２又は４６を更に有するマイクロ流体デバイス１０が提供される。可撓膜は該可撓膜デフレクタにより剛性部材の表面に接触するように機械的に撓ますことができ、これにより蠕動的流体移送のための縮流位置を形成する。機械式表面デフレクタの一例は、当該可撓膜に接触すると共に超小型又はＭＥＭＳサーボエレメントにより駆動される機械エレメントであり得るが、他の構成も可能である。

図５ａは、このような装置を示す。可撓膜デフレクタ４２はマイクロ流体移行チャンネル１６の下に配置されている。該可撓膜デフレクタは、マイクロ流体移行チャンネルを制限し又は閉じるように上方に移動することができる。更に、該可撓膜を撓ませる手段４２は閉塞の位置を移動させるようにマイクロ流体移行チャンネルに沿って移動させることができる。このようにして、蠕動的移送機構が形成される。

可撓膜デフレクタの更なる例が、図５ｂ及び図５ｃに示されている。図５ｂにおいては、流体的に密閉されたチェンバ４４が可撓膜１８を取り囲み、該可撓膜はダイヤフラムを形成すると言うことができる。空気又は他の液体等の流体をポンプ４６によりチェンバ４４に送り込むことができる。結果的な可撓膜１８の撓みが、マイクロ流体移行経路を形成する剛性部材１４に向かって生じる。このようにして、該マイクロ流体移行通路の２つの面が互いに密閉される。代わりに、中程度の流体圧の印加は当該マイクロ流体移行経路１６を介しての流れを単に制限し、該マイクロ流体移行経路が流れ抵抗として作用するようにすることができる。

図５ｃの実施態様において、チェンバ４４は、ここでも、ダイヤフラムとして機能する可撓膜１８の周りに、該可撓膜に密閉的に接触するように配設される。しかしながら、この実施態様において、空気又は液体等の流体はチェンバ４４からポンプ４６を用いて吸い出すことができる。従って、可撓膜１８は剛性部材１４の対向する面から離れるように下方に吸引される。このような構成は、液滴を当該マイクロ流体移行経路に引き込むために有効であり得る。図５ａ、図５ｂ及び図５ｃに示された実施態様は、前述したような外部磁気駆動体と共に、単独で又は組み合わせで使用することができると理解される。

一実施態様において、外部磁気駆動体は機械的に撓ませる手段でもあるものとすることができる。

本発明の一実施態様によれば、マイクロ流体移行経路１６内の流体を移動させるための局部的な圧力不足を形成するように構成されたマイクロ流体デバイス１０が提供される。従って、撓みの長さ及び表面を調整することにより形成される圧力不足の定められた体積は、流体の流れが設計された以上に発生することを防止する。これは、流体停止（fluidic stop）とも称される。

一実施態様によれば、ヒータ（加熱器）４８を更に有するマイクロ流体デバイス１０が提供される。このヒータが作動されると、該ヒータによりマイクロ流体チャンネル１６に横方向の温度勾配が付与される。このことは、該マイクロ流体チャンネル内で熱処理動作が実行されることを可能にする。

図６は、斯様なヒータの一例を示す。更に、対流と組み合わされた横方向温度勾配により、液滴内の溶質の濃縮を実施することができる。

上記横方向温度勾配はＲＮＡ、ＤＮＡ及びタンパク質等の溶質の溶解度を調整するために使用することができることが分かる。もっとも、多くの他の使用法も存在する。

一例によれば、マイクロ流体移行経路における上記温度勾配は、ミリメートル当たり７０℃以上の大きさを有することができる。

一例によれば、上記ヒータはバルブ装置の特定の部分の下に配置することができる。

一実施態様によれば、可撓膜１８は、外部駆動体により駆動された際に、機械的接触力、圧力の力、真空力、音響若しくは音の力、毛管力及び電磁場力の群から選択される力により撓み可能であり得る。

一例によれば、可撓膜１８上に生ぜられる最大の力が該可撓膜の破断力より小さいマイクロ流体デバイス１０が提供される。従って、磁気力の増加により生じる当該可撓膜の破壊の危険性は存在しない。

一例によれば、カートリッジ保持手段５４，５６を備えたカートリッジハウジング５２を有するカートリッジ５０が提供される。該カートリッジは、少なくとも２つの流体チェンバ５８及び６０も有している。更に、該カートリッジは上述したようなマイクロ流体デバイス１０を有している。カートリッジ保持手段５４及び５６はカートリッジリーダ装置に装着することができ、上記少なくとも２つの流体チェンバはマイクロ流体デバイス１０により接続される。

従って、前述した有利な挙動を伴うマイクロ流体デバイス１０を備えたカートリッジが提供される。該マイクロ流体デバイス１０の可撓膜は当該カートリッジの底面を形成することができる。従って、該カートリッジがカートリッジリーダに挿入された場合、該カートリッジの底面は該カートリッジリーダに極めて接近する。

該カートリッジは、流体注入口６２を有し、該注入口は測定に先立ち該カートリッジに試薬のサンプルが供給されることを可能にする。

一実施態様によれば、マイクロ流体デバイス１０には磁性粒子を含む乾燥試薬が供給される。従って、使用時には、上記磁性試薬に流体が加えられ、磁性粒子を含む流体を形成する。このことは、磁性粒子を含むマイクロ流体デバイスが長期間にわたり乾燥状態で貯蔵されることを可能にする。

本発明によれば、マイクロ流体システム６４が提供される。該システムは、マイクロ流体デバイスリーダ（読取器）６６を有する。該マイクロ流体デバイスリーダは、前述したカートリッジ等のマイクロ流体デバイスに適合したマイクロ流体デバイス配置領域６８を有している。外部磁気駆動体が、該マイクロ流体デバイス配置領域の近傍に配置される。該外部磁気駆動体は、該マイクロ流体デバイス配置領域に磁場を印加するように構成されると共に、当該マイクロ流体デバイスの下で移動することができ、内部に収容された磁性粒子を含む液滴を操作することができる。更に、当該マイクロ流体システムは先に記載したようなマイクロ流体デバイス５２を有する。

他の例として、上記外部磁気駆動体は静止的であるものとすることができ、当該マイクロ流体システムは、マイクロ流体デバイス（カートリッジ）をマイクロ流体デバイス配置領域内で移動させて、磁性粒子を含む液滴を移動させるための所要の相対運動を実現するように構成することもできる。

使用時において、流動性媒体が当該マイクロ流体デバイスに導入され、次いで、該マイクロ流体デバイスはマイクロ流体デバイスリーダのマイクロ流体デバイス配置領域６８内に固定される。複数の磁性粒子がマイクロ流体デバイス１０のマイクロ流体移行経路１６に接近し、外部磁気駆動体により該マイクロ流体デバイスの可撓膜１８に磁気力が供給されると、これら磁性粒子は該外部磁気駆動体に向かって引き寄せられる。上記可撓膜は少なくとも該外部磁気駆動体の方向に撓み可能であり、当該磁性粒子を流体と共に該外部磁気駆動体に向かって移動させる。

図８は、このような磁気流体システム６４を図示している。当該リーダ（読取器）は、有利にも、例えば医療的状態の測定がポイントオブケアの近くでなされることを可能にする。リーダ６６は、表示器７０及び制御パネル７２を有している。マイクロ流体デバイス５２がマイクロ流体デバイス（カートリッジ）配置領域６８内に配置されると、該リーダ６６はマイクロ流体デバイス５２に対して複数の測定及び動作を実行し、これらは、潜在的に当該マイクロ流体デバイス内の磁性粒子を含む流体を操作するための移動する外部磁気駆動体の使用を含む。次いで、結果はカートリッジから該リーダに読み込まれ、該結果は該リーダの表示器７０上に直接表示することができる。上記結果は、更なる使用のために記憶することができるか、又は該結果は送信することができる。尚、斯様な使用の説明は限定するものではなく、当該マイクロ流体デバイスから読み取られた情報の他の使用法も可能である。

有利にも、マイクロ流体デバイス（カートリッジ）５２内に含まれるマイクロ流体チャンネル１６の可撓膜は、当該マイクロ流体デバイスを手持ち装置６６内に含まれる外部磁気駆動体に一層大幅に近く配置することができるということを意味する。マイクロ流体デバイス５２は、マイクロ流体チャンネル内の磁性粒子を含む流体の移動に対して一層大幅に効果的な制御を可能にする。この結果、検体及び試薬の一層効果的な使用及び当該マイクロ流体デバイスの一層信頼性のある動作が達成され、このことは一層良好な品質の結果につながる。

図９は、使用時の当該磁気流体システムを示す。マイクロ流体デバイス５２には、例えばピペット７４により流体が供給される。該流体は、例えば、血液検査からの血液であり得る。該流体は、ピペットを用いてマイクロ流体デバイスの流体入力領域６２に供給される。

他の実施態様においては、試薬が追加される前に、水等の追加の流体を加えることができる。このことは、例えば、複数の磁性粒子を含む乾燥試薬の加湿を可能にする。流体がマイクロ流体デバイス５２に供給されたなら、該マイクロ流体デバイス５２は、次いで、手持ちリーダ６６のマイクロ流体デバイス配置領域６８内に挿入される。次いで、分析処理を開始することができる。

一実施態様によれば、複数の磁性粒子を含む流体６２を収容したマイクロ流体デバイス１０を更に有する磁気流体システム６４が提供され、該流体は外部磁気駆動体２８がマイクロ流体チャンネル１６の近傍に配置された場合に該マイクロ流体デバイス１０のマイクロ流体チャンネル１６を介して移動するようにされる。

本発明の一実施態様によれば、マイクロ流体デバイスリーダ６６がマイクロ流体デバイス配置領域６８を撮像するように構成されたカメラを更に有し、マイクロ流体デバイスの可撓膜１８は透明であり、使用時において該マイクロ流体デバイスがマイクロ流体デバイスリーダ内に配置され、磁性粒子が撮像されることを上記カメラが可能にするような磁気流体システム６４が提供される。

上記可撓膜は、当該マイクロ流体デバイスが外部磁気駆動体に一層接近して配置されることを可能にする。従って、当該マイクロ流体デバイス内で生じる反応を撮像するために使用される追加の集束光学系は必要とされない。このことは、有利にも、手持ちリーダの費用を低減させる。

勿論、上述した磁気流体システム又は検査装置に挿入可能なマイクロ流体デバイスは、前記例において説明したカートリッジの形態をとることができる。

一実施態様によれば、前記マイクロ流体デバイス配置領域６８は外部磁気駆動体２８を密閉可能に覆うように配置された保護層を更に有し、これにより、当該磁気流体システムの内部を流体の侵入から保護する。

上記保護層の追加の結果として、外部磁石を有する当該リーダの上面と、マイクロ流体デバイスの可撓膜（可撓層）の底部との間の最小分離距離は該保護層の厚さに等しくなる。

一実施態様によれば、検査装置が提供され、該検査装置は、
− 少なくとも２つの流体チェンバと、
− 前述したマイクロ流体デバイス１０と、
− 該マイクロ流体デバイス１０の下に配置される磁性粒子移動器と、
を有する。

上記少なくとも２つの流体チェンバはマイクロ流体デバイス１０により接続され、使用時において、上記磁性粒子移動器は一定量の流体を上記少なくとも２つの流体チェンバのうちの第１のものから第２のものへ移動させる。

このようにして、マイクロ流体デバイス１０を例えばカートリッジの形態で受け入れることができると共に、マイクロ流体の滴を一層効率的に処理することができる、例えば試験室において有用であり得るような検査装置が提供される。

本発明によれば、流体の流れを制御する方法が提供され、該方法は、
ａ）複数の磁性粒子を含む流体を、可撓膜を備えるマイクロ流体デバイス１０に注入するステップと、
ｂ）マイクロ流体デバイス１０に外部磁場を印加して、上記可撓膜に対して力を生じさせ、これにより該可撓膜を外部磁気駆動体の方向に撓ませると共に、上記磁性粒子を当該流体と共に上記外部磁気駆動体に向かって移動させるステップと、
を有する。

従って、磁性粒子を含む流体を第１チェンバから第２チェンバへ移動させる方法であって、該流体の滴と外部磁気駆動体との間の近さの改善を可能にする方法が提供される。この方法は、磁性粒子が受ける絶対磁場及び磁場勾配の改善を可能にする。このことは、上記粒子と磁石との間の吸引力を増加させ、結果として、当該磁石が移動される場合においても、一層高い充填密度及び一層高い吸引力が得られる。このことは、流体の滴の完全さを維持させ、滴の分離を防止する。

本発明の一態様によれば、流体サンプル分析のための部品のキットが提供され、該キットは、
− 前述したようなマイクロ流体デバイスと、
− 流体を含むカートリッジと、
を有し、該カートリッジは流体試薬を上記マイクロ流体デバイスのマイクロ流体移行経路に供給するように構成される。

従って、マイクロ流体デバイスと共に使用するための流体は、該マイクロ流体デバイスにより使用するために一層容易に準備することができる。一例において、上記カートリッジは、当該マイクロ流体デバイスのマイクロ流体移行経路に流体試薬を注入するように寸法決めされた、例えばノズル等の注入手段上に“1回限り”使用の破断可能なストッパを備えるプラスチック製使い捨てアンプルである。該カートリッジは、ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリプロピレン又はＰＥＴ等から形成することができる。

上記流体は、水、磁気流体アッセイに使用するのに適した試薬、又は水に溶解された緩衝塩を有し得る。一例において、上記流体試薬は磁性粒子を有することもできる。

使用時において、上記破断可能なストッパはアンプルから除去される。内部の試薬は、マイクロ流体デバイスにおけるサンプル材料を収容した領域に供給される。該マイクロ流体デバイスは、次いで、サンプルの分析のためにリーダに供給することができる。

以下には、前述した作用効果を示すために、実験的に決定された測定値によるマイクロ流体バルブの特定の例の説明が続く。該バルブは図１２ａ及び図１２ｂに示されている。バルブは、剛性部材１４として、図１２ａに層Ｔ_２により示されたNitto Denko corporation（登録商標）により供給される感圧接着テープ“1505P”（0.18mm iso 0.22mm）を用いて構築された。マイクロ流体チャンネルは、該剛性部材内にレーザ加工法により形成された。次いで、該剛性部材は一方の側において、図１２ａに層Ｔ_３により示されるポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）プレートを用いて補強され、上記接着テープにおけるものに対応する構造が該プレートからレーザ加工除去された。

可撓膜は、３０マイクロメートル±３マイクロメートルの厚さを有する２軸延伸ポリプロピレン（ＰＰ）箔を用いて作製された。この箔は、１.５ＧＰａのヤング率、並びに０.３マイクロメートルのＲ_ａ値及び１５マイクロメートルのＲ_ｔにより定められる表面粗さを有する。図１２ａにおいて、この箔は層Ｔ_１により示されている。

上記可撓膜は、前記剛性アセンブリに前記感圧接着テープの接着特性を用いて貼り付けられた。

図１２ａ及び図１２ｂに記される寸法を参照すると、該例示的バルブ装置の寸法はＷ_１＝Ｌ_１＝４ミリメートル、Ｔ_１＝０.０３ミリメートル、Ｔ_２＝０.２２ミリメートル、Ｔ_３＝３ミリメートルであった。

休止状態において、該可撓膜は実質的に平らで、前記剛性部材の上面に平行であった。

本例で使用された磁性粒子は超常磁性Nuclisens（登録商標）粒子である。

約３マイクロリットルの体積の液滴が上記可撓膜上に導入された。粒子は、約１８体積パーセントの磁性粒子を含んだ。

外部磁気源は、上記可撓膜の下で、上記液滴が配置された箇所の反対側に配置された。該磁石は４ミリメートル径、５ミリメートル長で、１.２テスラの残留磁気を有する永久磁石であった。この磁石は、上記可撓膜から０.２５ミリメートルの距離において０.６２テスラの磁束強度を供給した。

上記可撓膜の撓みの測定は、０.１マイクロメートルより良好な精度を持つWyko（登録商標）NT110白色光干渉計を用いて実行された。

該実験において適用された変化は、適用される粒子の体積、この場合は３〜２０マイクロリットルの粒子であった。該可撓膜の撓みは１ミリメートル長に対して測定された。

例示的な撓みプロファイルが図１４に示されている。これらから、ミリメートル長当たり０.０３ミリメートルの撓みを、２０マイクロリットルなる典型的な磁性粒子体積（１８体積パーセント）に対して達成することができると結論することができる。４ミリメートルなるＭＣＶバルブ間の典型的な距離において、このことは、磁石に対する接近は０.１２ミリメートル分増加され得ることを意味する。

図１３は箔の曲がりを、使用される磁性粒子の量の関数として示す。

図１４ａは、図１４ｂに示された箔エレメントの２つのラインの間での撓みの測定値を示す。

図１４ｂは、箔エレメントにまたがる撓みのプロファイルを２Ｄフォーマットで示す。ｘ及びｙ方向の軸は、正方形の箔上の位置を表し、画像の強度は該箔のＺ軸における（当該ページ内へ及び外への）撓みを表している。

従って、この特定の例は、磁性粒子を含む流体と共に使用するのに適したマイクロ流体バルブにマイクロ流体移行経路を少なくとも部分的に覆う可撓膜が設けられる場合に生じる顕著な利益を示している。

本発明の実施態様は異なる主題に関して説明されたことに注意されたい。特に、幾つかの実施態様は方法型の請求項に関して説明される一方、他の実施態様は装置型の請求項に関して説明された。しかしながら、当業者であれば、上記及び以下の記載から、そうでないと特記しない限り、1つのタイプの主題に属するフィーチャの全ての組み合わせに加えて、異なる主題に関係するフィーチャの如何なる組み合わせも本出願により開示されていると考えられることが分かるであろう。しかしながら、全てのフィーチャは、斯かるフィーチャの単なる寄せ集め以上の相乗効果をもたらすように組み合わせることができるものである。

以上、本発明を図面及び上記記載において詳細に図示及び説明したが、このような図示及び説明は解説的又は例示的なものであり、限定するものではない見なされるべきである。即ち、本発明は開示された実施態様に限定されるものではない。開示された実施態様に対する他の変形例は、当業者によれば請求項に記載された本発明を実施するに際して図面、本開示及び添付請求項の精査から理解し、実施することができるものである。

尚、請求項において“有する”なる文言は他の要素又はステップを排除するものではなく、単数形は複数を排除するものではない。また、単一のプロセッサ又は他のユニットは、請求項に記載された幾つかの項目の機能を充足することができる。また、特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これら手段の組み合わせが有利に使用することができないということを示すものではない。また、請求項における如何なる符号も当該範囲を限定するものと見なしてはならない。

Claims (15)

1. 外部磁気駆動体を有するマイクロ流体コントローラ内に配置される、流体サンプル分析のためのマイクロ流体デバイスであって、
   − 基部構造体と、
   − 可撓膜と、
   − 底部側において前記基部構造体の少なくとも一部により限定される一方、上部側において前記可撓膜の少なくとも一部により限定されると共に、第１領域に連通する少なくとも１つの流入口と第２領域に連通する少なくとも１つの流出口との間に延在するマイクロ流体移行経路と、
   を有し、
   当該マイクロ流体デバイスは、前記マイクロ流体コントローラ内に位置されると、前記可撓膜が前記外部磁気駆動体に接近して配置されるものとされ、
   当該マイクロ流体デバイスは、複数の磁性粒子を含むと共に該マイクロ流体デバイス内に収容された流体が前記マイクロ流体移行経路に接近し又は該経路内にあり、且つ、前記可撓膜の近傍で前記外部磁気駆動体により磁気力が印加された場合に、前記磁性粒子の少なくとも一部は前記基部構造体から前記可撓膜に向かって移動され、前記可撓膜は、該可撓膜が撓まされた場合に前記磁性粒子の少なくとも一部が、前記流体を伴わずに又は前記流体の一部を伴って、該可撓膜の休止位置を超えて位置され得るように前記基部構造体から離れる方向に撓み可能であり、
   当該マイクロ流体デバイスは、
   − （ｉ）接触され、その後に前記流体に含まれる複数の磁性粒子、又は（ii）前記流体に既に含まれ、該マイクロ流体デバイスが該流体を更に有する複数の磁性粒子、
   を更に有し、
   当該マイクロ流体デバイスは、外部磁気駆動体が前記マイクロ流体移行経路の近傍で磁気力を印加する場合に前記磁性粒子が、前記流体を伴わずに又は前記流体の一部のみを伴って、前記マイクロ流体移行経路を介して移動することができる、
   マイクロ流体デバイス。
2. 前記可撓膜が、１００マイクロメートル以下の厚さを有する、請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。
3. 前記可撓膜が、前記マイクロ流体移行経路における少なくとも前記基部構造体に面する面上に粗面化された表面を有する、請求項１又は請求項２に記載のマイクロ流体デバイス。
4. 前記可撓膜を前記基部構造体に向かって及び／又は該基部構造体から離れる方向に撓ませる膜体デフレクタを更に有する、請求項１ないし３の何れか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
5. 前記マイクロ流体移行経路内の流体を移動させるために局部的圧力不足を形成する、請求項１ないし４の何れか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
6. 前記可撓膜は、外部駆動体による駆動に際し、機械的接触力、圧力の力、真空力、音響又は音の力、毛管力及び電磁場の力の群から選択された力により撓み可能である、請求項１ないし５の何れか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
7. 前記マイクロ流体移行経路は、第１領域と第２領域との間に、前記可撓膜が撓まされると共に前記外部磁気駆動体が作動された場合に前記磁性粒子を前記流体の一部を伴わないで又は伴って前記第１領域から前記第２領域へ移動させるバルブ的機能を有する、請求項１ないし６の何れか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
8. 前記可撓膜が外部磁石に面する、請求項１ないし７の何れか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
9. 前記磁性粒子及び前記可撓膜は、前記磁性粒子を前記可撓膜に向かって前記基部構造体から離れる方向に移動させ、これにより前記可撓膜上に力を生じさせることができ、かくして、前記流体の一部を伴って又は伴わずに前記可撓膜を前記基部構造体から離れる方向に少なくとも部分的に撓ませ、前記磁性粒子を前記基部構造体から離れる方向に少なくとも部分的に移動させるように配置される、請求項１又は請求項７に記載のマイクロ流体デバイス。
10. 少なくとも２つの流体エレメントと、
    請求項１ないし９の何れか一項に記載のマイクロ流体デバイスと、
    前記マイクロ流体デバイスの下に配置される磁性粒子移動器と、
    を有する検査装置であって、前記少なくとも２つの流体エレメントは前記マイクロ流体デバイスを通し、前記マイクロ流体移行経路を介して接続され、前記磁性粒子移動器は、使用時に、一定量の磁性粒子を前記少なくとも２つの流体エレメントにおける第１のものから第２のものへオプションとして流体を伴わないで又は流体の一部を伴って移動させる、
    検査装置。
11. マイクロ流体デバイスホルダに適合するマイクロ流体デバイス配置領域及び該マイクロ流体デバイス配置領域に磁場を供給する磁気駆動体を有するマイクロ流体コントローラと、
    請求項１ないし９の何れか一項に記載のマイクロ流体デバイスと、
    を有するマイクロ流体システムであって、
    使用時に、前記マイクロ流体デバイスに流動的媒体を導入することができ、
    使用時に、前記マイクロ流体デバイスは前記マイクロ流体コントローラの前記マイクロ流体デバイス配置領域内に固定され、これにより、前記複数の磁性粒子が前記マイクロ流体デバイスの前記マイクロ流体移行経路に接近すると共に前記マイクロ流体コントローラにおける前記可撓膜の近傍で前記磁気駆動体により磁気力が印加された場合に、前記磁性粒子は前記磁気駆動体に向かって引き寄せられると共に前記可撓膜は該磁気駆動体の方向に撓み可能となって、前記磁性粒子の少なくとも一部を前記外部磁気駆動体に向かい、オプションとして前記流体の一部を伴って移動させる、
    マイクロ流体システム。
12. 前記マイクロ流体デバイス配置領域は前記外部磁気駆動体を密閉可能に覆う保護層を更に有し、これにより、当該マイクロ流体システムの内部を流体の侵入から保護する、請求項１１に記載のマイクロ流体システム。
13. 前記マイクロ流体コントローラは前記マイクロ流体デバイス配置領域を撮像するカメラを更に有し、前記マイクロ流体デバイスの前記可撓膜は透明であり、使用時に、前記マイクロ流体デバイスは前記マイクロ流体コントローラ内に配置されると共に、前記カメラは前記磁性粒子が撮像されるのを可能にする、請求項１１又は請求項１２に記載のマイクロ流体システム。
14. 流体の流れを制御する方法であって、
    ａ）複数の磁性粒子を含む流体をマイクロ流体デバイスに注入するか、又は流体を該流体に接触される磁性粒子を収容したマイクロ流体デバイスに注入するステップであって、前記マイクロ流体デバイスが、（ｉ）前記流体に接触され、その後に該流体に含まれる又は（ii）前記流体に既に含まれ、当該マイクロ流体デバイスが該流体を更に有する複数の磁性粒子、及びマイクロ流体移行経路を覆う可撓膜を有するステップと、
    ｂ）前記マイクロ流体デバイスに磁場を印加して、前記磁性粒子が前記可撓膜に向かって引き寄せられるようにするステップと、
    ｃ）前記可撓膜を前記磁性粒子の動きの方向に撓ませて、前記磁性粒子の少なくとも一部が前記流体と共に前記可撓膜の休止位置を超えて位置されるようにさせるステップと、
    を有する、方法。
15. 流体サンプル分析のための部品のキットであって、
    − 請求項１ないし９の何れか一項に記載のマイクロ流体デバイスと、
    − 流体を含むカートリッジと、
    を有し、前記カートリッジが前記マイクロ流体デバイスのマイクロ流体移行経路に試薬を供給する、部品のキット。