JP2017508630A - 積層マイクロ流体デバイスのプリント回路基板設計 - Google Patents

積層マイクロ流体デバイスのプリント回路基板設計 Download PDF

Info

Publication number
JP2017508630A
JP2017508630A JP2016544155A JP2016544155A JP2017508630A JP 2017508630 A JP2017508630 A JP 2017508630A JP 2016544155 A JP2016544155 A JP 2016544155A JP 2016544155 A JP2016544155 A JP 2016544155A JP 2017508630 A JP2017508630 A JP 2017508630A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
microfluidic
conductive layer
pcb
layer
feature
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2016544155A
Other languages
English (en)
Inventor
クールシー,ジョナサン,エス
リアン,ホンイエ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon USA Inc
Original Assignee
Canon US Life Sciences Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon US Life Sciences Inc filed Critical Canon US Life Sciences Inc
Publication of JP2017508630A publication Critical patent/JP2017508630A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L7/00Heating or cooling apparatus; Heat insulating devices
    • B01L7/52Heating or cooling apparatus; Heat insulating devices with provision for submitting samples to a predetermined sequence of different temperatures, e.g. for treating nucleic acid samples
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502707Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by the manufacture of the container or its components
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502715Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by interfacing components, e.g. fluidic, electrical, optical or mechanical interfaces
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/14Process control and prevention of errors
    • B01L2200/143Quality control, feedback systems
    • B01L2200/147Employing temperature sensors
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00Additional constructional details
    • B01L2300/06Auxiliary integrated devices, integrated components
    • B01L2300/0627Sensor or part of a sensor is integrated
    • B01L2300/0645Electrodes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00Additional constructional details
    • B01L2300/06Auxiliary integrated devices, integrated components
    • B01L2300/0627Sensor or part of a sensor is integrated
    • B01L2300/0654Lenses; Optical fibres
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00Additional constructional details
    • B01L2300/08Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0809Geometry, shape and general structure rectangular shaped
    • B01L2300/0816Cards, e.g. flat sample carriers usually with flow in two horizontal directions
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00Additional constructional details
    • B01L2300/08Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0887Laminated structure
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00Additional constructional details
    • B01L2300/18Means for temperature control
    • B01L2300/1805Conductive heating, heat from thermostatted solids is conducted to receptacles, e.g. heating plates, blocks
    • B01L2300/1827Conductive heating, heat from thermostatted solids is conducted to receptacles, e.g. heating plates, blocks using resistive heater
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64Fluorescence; Phosphorescence
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/02Details
    • H05K1/0201Thermal arrangements, e.g. for cooling, heating or preventing overheating
    • H05K1/0212Printed circuits or mounted components having integral heating means
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/02Details
    • H05K1/0272Adaptations for fluid transport, e.g. channels, holes
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2201/00Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/10Details of components or other objects attached to or integrated in a printed circuit board
    • H05K2201/10007Types of components
    • H05K2201/10121Optical component, e.g. opto-electronic component
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2201/00Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/10Details of components or other objects attached to or integrated in a printed circuit board
    • H05K2201/10007Types of components
    • H05K2201/10151Sensor
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/46Manufacturing multilayer circuits
    • H05K3/4697Manufacturing multilayer circuits having cavities, e.g. for mounting components

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Micromachines (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)

Abstract

プリント回路基板(PCB)と、このPCBに取り付けられたマイクロ流体層とを備えるマイクロ流体デバイスが開示されている。マイクロ流体層は、マイクロ流体特徴部を備えることができる。PCBは、積層された非導電層及び導電層を備えることができる。PCBは、積層された非導電層及び導電層に組み込まれた電子コンポーネントも備えることができる。非導電層のうちの一非導電層は、マイクロ流体特徴部において電子コンポーネントを流体から流体的に隔離するように構成することができる。電子コンポーネントは、導電層のうちの一導電層の導体に接続することができる。PCBは、マイクロ流体特徴部に熱を拡散することができるグラスファイバーコア又は金属コアを有することができる。導電層のうちの1つ又は複数は、厚銅又は極厚銅を用いて作製することができ、この厚銅又は極厚銅は、マイクロ流体特徴部に熱を拡散することができる。【選択図】図1

Description

[関連出願の相互参照]
本願は、2013年12月31日に出願された米国仮特許出願第61/922,795号の優先権の利益を主張するものであり、この仮特許出願は、その全体を引用することにより、本明細書の一部をなす。
本発明は、マイクロ流体デバイスに関する。より具体的には、本発明の実施の形態は、プリント回路基板に取り付けられたマイクロ流体層を備えるマイクロ流体デバイスに関する。
核酸の検出は、医療、法医科学、産業プロセス処理、作物育種及び家畜育種、並びに他の多くの分野の中核をなす。病状(例えば、がん)、感染性微生物(例えば、HIV)、遺伝子系統、遺伝子マーカー等を検出する能力は、疾患の診断及び予後、マーカー利用選抜、事件現場の特徴の正確な鑑識、産業生物を増殖させる能力、及び他の多くの技法のためのユビキタス技術である。対象とされる核酸の完全性の判定は、感染症又はがんの病変に関連し得る。
少量の核酸を検出する最も有力かつ基本的な技術の1つは、核酸配列の一部又は全てを何度も複製し、その後、増幅産物を分析することである。ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)は、デオキシリボ核酸(DNA)を増幅するよく知られた技法である。PCRを用いれば、単一の鋳型DNA分子から始めて、何百万ものDNAのコピーを生成することができる。PCRは、「変性」と、「アニーリング」と、「伸長」との段階を含む。これらの段階は、プロセスの最後において検出及び分析するのに十分なコピーが存在するように複数回繰り返されるサイクルの一部である。PCRに関する包括的な詳細については、非特許文献1、非特許文献2及び非特許文献3を参照されたい。
変性、アニーリング及び伸長というPCR法の段階は、異なる温度で行われ、標的DNA分子試料に自身を複製させる。温度循環(熱循環)要件は、特定の核酸試料及びアッセイで異なる。変性段階では、二本鎖DNA(dsDNA)が、一本鎖DNA(ssDNA)に熱的に分離する。アニーリング段階中、プライマーが一本鎖DNA分子に付着する。一本鎖DNA分子は、伸長段階において、PCR溶液中のヌクレオチドと一本鎖DNAとの特定の結合を通じて再び二本鎖DNAに成長する。通常の温度は、変性の場合は95℃、アニーリングの場合は55℃、及び伸長の場合は72℃である。温度は、各段階で、1秒の数分の一から最長で数十秒とすることができる特定の時間量にわたって維持される。DNAは、各サイクルで2倍になり、一般に、或る特定の用途に十分なDNAを生成するまでに、20サイクル〜40サイクルがかかる。標的産物の良好な収率を有するためには、異なる段階での試料の温度を指定された温度に正確に制御する必要がある。
最近、PCR及び他の増幅反応の実施に対し、幾つかのハイスループット手法、例えば、マイクロ流体デバイス内での増幅反応、並びに増幅された核酸をデバイス内又はデバイス上で検出し解析する方法を伴う手法が開発されている。増幅のための試料の熱循環は通常、2つの方法のうちの一方において達成される。第1の方法では、試料溶液をデバイス内に装填し、従来のPCR機器と略同様に、時間とともに温度を循環的に変化させる。第2の方法では、試料溶液を空間的に異なる温度ゾーンを通して連続的にポンプ注入する。例えば、非特許文献4、非特許文献5、非特許文献6、Hahn他の特許文献1、Enzelberger他の特許文献2、及びKnapp他の特許文献3を参照されたい。多くの検出方法では、DNAを(例えば、融解曲線解析により)特徴付けるためには、元のDNA分子の決められた多数(例えば、数百万)のコピーが必要である。
これらの化学反応、生体反応、又は他の反応を実施するマイクロ流体デバイス(例えば、PCR増幅及び/又は高解像度融解解析を実施するマイクロ流体デバイス)は知られている。例えば、特許文献4及び特許文献5を参照されたい。多くの場合、これらのマイクロ流体デバイスは、反応物質を所要の熱プロファイルの影響下に置くのに用いられる1つ又は複数の熱制御素子を特徴として備えている。幾つかのマイクロ流体デバイスは、マイクロ流体デバイスの素子をプリント回路基板(PCB)に内蔵している。例えば、非特許文献7〜非特許文献17を参照されたい。マイクロ流体デバイスは、マイクロ流体デバイスの素子をPCBに内蔵しているが、これらの従来の成果は、幾つかの不備な点の中でも特に、エレクトロニクスにおける進歩の利益をマイクロフルイディクスの新興の用途と組み合わせることができるような技法の効率的な組み合わせを欠いている。
国際公開第2005/075683号 米国特許第6,960,437号 米国特許出願公開第2005/0042639号 米国特許第7,629,124号 米国特許第7,906,319号
Sambrook及びRussell「Molecular Cloning - A Laboratory Manual (3rd Ed.)」Vols. 1-3, Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, N. Y. (2000) F. M. Ausubel他編「Current Protocols in Molecular Biology」Current Protocols, a joint venture between Greene Publishing Associates, Inc.及びJohn Wiley & Sons, Inc.(2005年に増補) M. A. Innis他編「PCR Protocols A Guide to Methods and Applications」Academic Press Inc. San Diego, Calif. (1990) Lagally他(Analytical Chemistry 73:565-570(2001)) Kopp他(Science 280:1046-1048(1998)) Park他(Analytical Chemistry 75:6029-6033(2003)) Dr. Leanna M. Levine「Rapid prototyping of microfluidic devices with PLT」MICROmanufacturing, Volume 3, Issue 6 (November/December 2010) http://www.micromanufacturing.com/content/rapid-prototyping-devices-plt Ortiz他「A Cancer Diagnostics Biosensor System Based on Micro- and Nano-technologies」Nano-Net, Volume 20, pp. 169-177 (2009) Press Release, Panasonic「Development of fully automatic compact constitution diagnostic genetic testing chip(Feb. 14, 2013)」(http://panasonic.co.jp/corp/news/official.data/data.dir/2013/02/jn130214-1/jn130214-1.htmlにおいて入手可能) R.B. Oueslati他「PCB-Integrated Heat Exchanger for Cooling Electronics using Microchannels Fabricated with the Direct-Write Method」IEEE Transactions on Components and Packaging Technologies, Vol. 31, Issue 4, pp. 869-874(Dec. 2008) E.J. Vardaman他「Market Drivers for Embedded Components Packaging」TechSearch International(2013)(http://www.semi.org/eu/sites/semi.org/files/docs/VardamanEmbMktHD.pdfにおいて入手可能) http://www.saturnelectronics.com/products_capabilities/ http://www.4pcb.com/Capabilities-Brochure-N0V2013-FINAL.pdf William J. Borland及びSaul Ferguson「Embedded Passive Components in Printed Wiring Boards, a Technology Review」CircuiTree Magazine(Mar. 2001) Markus Leitgeb及びChristopher Ryder「SMT Manufacturing and Reliability in PCB Cavities」PCB 007(Jan. 8, 2013)(http://www.pcbOO7.com/pages/zone.cgi?artcatid=0&a=88968&artid=88968&pg=3において入手可能) http://www.saturnelectronics.com/products_capabilities/cavity_board.html
したがって、当該技術分野においては、1つ又は複数の反応を実施して核酸を増幅し及び/又は特徴付けることが可能な改良されたマイクロ流体デバイス、並びにこれらのマイクロ流体デバイスを製造する方法が必要とされている。
本発明は、プリント回路基板に取り付けられたマイクロ流体層を備えるマイクロ流体デバイスに関する。本発明の一態様によれば、マイクロ流体デバイスは、マイクロ流体特徴部を備えるマイクロ流体層と、マイクロ流体層が取り付けられたPCBと、を備える。1つの実施の形態では、PCBは、非導電層と、非導電層と積層された導電層と、積層された非導電層及び導電層に組み込まれた電子コンポーネントとを備え、非導電層のうちの一非導電層は、マイクロ流体特徴部において電子コンポーネントを流体から流体的に隔離するように構成され、電子コンポーネントは、導電層のうちの一導電層の導体に接続されている。
1つの実施の形態では、PCBは、積層された非導電層及び導電層のうちの1つ又は複数の層に陥凹部を更に備え、電子コンポーネントは、陥凹部に組み込まれている。幾つかの実施の形態では、マイクロ流体特徴部において電子コンポーネントを流体から流体的に隔離するように構成された非導電層はコンフォーマルコーティングである。他の実施の形態では、マイクロ流体層は、コンフォーマルコーティングに取り付けられており、コンフォーマルコーティングは、マイクロ流体層が取り付けられるPCBの表面を平坦化するように構成されている。
1つの実施の形態では、電子コンポーネントは、形成された受動コンポーネント、配置されたディスクリート受動コンポーネント、又は配置された能動コンポーネントとすることができる。幾つかの実施の形態では、電子コンポーネントは、例えば、抵抗器、コンデンサー、ダイオード、トランジスタ、又は集積回路とすることができる。幾つかの実施の形態では、電子コンポーネントは、マイクロ流体特徴部において流体を加熱するように構成され、マイクロ流体特徴部に対して相対的に大きくすることができる。
幾つかの実施の形態では、電子コンポーネントは、光を放出し、マイクロ流体特徴部を照射するように構成された光源とすることができる。幾つかの実施の形態では、光源は、マイクロ流体特徴部においてフルオロフォアを励起するように構成されている。他の実施の形態では、電子コンポーネントは、マイクロ流体特徴部から受信される光を検出するように構成された光検出器とすることができる。幾つかの実施の形態では、電子コンポーネントは、マイクロ流体特徴部において流体の温度を測定するように構成することができる。幾つかの実施の形態では、マイクロ流体特徴部はマイクロ流体チャネル及び/又はマイクロウェルを含むことができる。
幾つかの実施の形態では、電子コンポーネントは、マイクロ流体特徴部の下方に位置することができる。幾つかの実施の形態では、マイクロ流体デバイスは、複数のマイクロ流体層を備え、任意のマイクロ流体層が、複数のマイクロ流体特徴部を含むことができる。幾つかの実施の形態では、PCBは複数の電子デバイスを含み、複数の電子デバイスは、例えば、光源及び光検出器を含むことができる。光源及び光検出器は、積層された非導電層及び導電層のうちの1つ又は複数の層における陥凹部に組み込むことができる。幾つかの実施の形態では、陥凹部は、1つ又は複数の光フィルターを備えることができる。
幾つかの実施の形態では、導電層のうちの1つ又は複数は、銅を備え、3オンス厚以上を有することができる。幾つかの実施の形態では、マイクロ流体層は、例えば、溶剤結合、接着結合、又は熱結合を用いてPCBに取り付けることができる。幾つかの実施の形態では、PCBは金属コアPCBとすることができる。
本発明の別の態様では、マイクロ流体デバイスは、1つ又は複数のマイクロ流体特徴部を備えるマイクロ流体層と、マイクロ流体層が取り付けられた金属コアPCBとを備える。1つの実施の形態では、PCBは、非導電層と、非導電層と積層された導電層と、1つ又は複数のマイクロ流体特徴部に熱を拡散するように構成された金属コアとを備えることができる。幾つかの実施の形態では、PCBは、金属コアに接続されるとともに、金属コアによって拡散された熱を提供するように構成されたコンポーネントを備えることができる。幾つかの実施の形態では、コンポーネントは、PCBの積層された非導電層及び導電層に組み込むことができる。幾つかの実施の形態では、金属コアによって拡散された熱は、マイクロ流体デバイスの外部のコンポーネントによって提供される。
本発明の別の態様では、マイクロ流体デバイスを製造する方法は、PCBの積層された非導電層及び導電層に電子コンポーネントを組み込むことであって、電子コンポーネントは、導電層のうちの一導電層の導体に接続されることと、マイクロ流体特徴部を備えるマイクロ流体層をPCBに取り付けることであって、電子コンポーネントは、非導電層のうちの一非導電層によって、マイクロ流体特徴部において流体から流体的に隔離されることとを含む。
1つの実施の形態では、電子コンポーネントを組み込むことは、積層された非導電層及び導電層のうちの1つ又は複数の層に陥凹部を形成することと、電子コンポーネントを陥凹部に組み込むこととを含むことができる。幾つかの実施の形態では、電子コンポーネントを組み込むことは、PCB上にコンフォーマルコーティングを形成することを含み、マイクロ流体特徴部において電子コンポーネントを流体から流体的に隔離するように構成された非導電層は、コンフォーマルコーティングである。幾つかの実施の形態では、マイクロ流体層をPCBに取り付けることは、マイクロ流体層をコンフォーマルコーティングに取り付けることを含むことができる。他の実施の形態では、電子コンポーネントを組み込むことは、電子コンポーネントをPCBに形成すること又は配置することを含む。
本発明の別の態様は、マイクロ流体特徴部を備えるマイクロ流体層と、マイクロ流体層が取り付けられたPCBとを備えるマイクロ流体デバイスのマイクロ流体特徴部において流体を加熱する方法を含む。1つの実施の形態では、本方法は、PCBの積層された非導電層及び導電層に組み込まれた電子コンポーネントを用いて、マイクロ流体デバイスのマイクロ流体特徴部において流体を加熱することを含むことができ、電子コンポーネントは、非導電層のうちの一非導電層によって、マイクロ流体特徴部において流体から流体的に隔離され、電子コンポーネントは、導電層のうちの一導電層の導体に接続されている。幾つかの実施の形態では、本方法は、電子コンポーネントを用いて、マイクロ流体特徴部において流体の温度を測定することを更に含むことができる。
本発明の別の態様は、マイクロ流体特徴部を備えるマイクロ流体層と、マイクロ流体層が取り付けられたPCBとを備えるマイクロ流体デバイスのマイクロ流体特徴部において流体を照射する方法を含む。1つの実施の形態では、本方法は、PCBの積層された非導電層及び導電層に組み込まれた光源を用いて、マイクロ流体デバイスのマイクロ流体特徴部において光を放出し、流体を照射することを含むことができ、光源は、非導電層のうちの一非導電層によって、マイクロ流体特徴部において流体から流体的に隔離され、光源は、導電層のうちの一導電層の導体に接続されている。幾つかの実施の形態では、流体を照射することは、マイクロ流体特徴部においてフルオロフォアを励起することを含むことができる。幾つかの実施の形態では、本方法は、PCBの積層された非導電層及び導電層に組み込まれた光検出器を用いて、マイクロ流体特徴部から受信される光を検出することを更に含むことができる。
本発明の別の態様は、マイクロ流体デバイスを製造する方法に関する。1つの実施の形態では、本方法は、非導電層と、非導電層と積層された導電層と、1つ又は複数のマイクロ流体特徴部に熱を拡散するように構成された金属コアとを備える金属コアPCBに、マイクロ流体特徴部を備えるマイクロ流体層を取り付けることを含むことができる。
本発明の別の態様は、1つ又は複数のマイクロ流体特徴部を備えるマイクロ流体層と、マイクロ流体層が取り付けられたPCBとを備えるマイクロ流体デバイスの1つ又は複数のマイクロ流体特徴部において流体に熱を拡散する方法を含む。1つの実施の形態では、本方法は、PCBの金属コアを用いて、1つ又は複数のマイクロ流体特徴部に熱を拡散することを含むことができ、PCBは、金属コアと、非導電層と、非導電層と積層された導電層とを備える。
本発明の上記実施形態及び他の実施形態について、添付図面を参照して以下に説明する。
本明細書の一部をなし、本明細書の一部を形成する添付図面は、本発明の種々の実施形態を示す。図面中、同様の参照符号が同一の要素又は機能が類似する要素を示す。さらに、参照符号の一番左側の数字は、その参照符号が最初に現れた図面を特定する。
本発明の態様を具現化するプリント回路基板(PCB)の陥凹部に組み込まれた電子コンポーネントを備えるマイクロ流体デバイスの断面図である。 本発明の態様を具現化するPCBに形成された電子コンポーネントを備えるマイクロ流体デバイスの断面図である。 本発明の態様を具現化するグラスファイバーコアPCBを備えるマイクロ流体デバイスの断面図である。 本発明の態様を具現化する金属コアPCBを備えるマイクロ流体デバイスの断面図である。 本発明の態様を具現化するPCBの陥凹部に組み込まれた光学系を備えるマイクロ流体デバイスの断面図である。
図1は、本発明の態様を具現化するマイクロ流体デバイス100の断面図である。幾つかの非限定的な実施形態では、マイクロ流体デバイス100は、融解曲線解析のためのPCR温度サイクリング及び/又は温度傾斜を実施するように構成された反応チップとすることができる。幾つかの実施形態では、マイクロ流体デバイス100は、1つ又は複数のマイクロ流体層102を備えることができる。幾つかの実施形態では、マイクロ流体層102は、例えば、1つ若しくは複数のマイクロ流体チャネル及び/又は1つ若しくは複数のマイクロウェル等の1つ又は複数のマイクロ流体特徴部104を有することができる。幾つかの実施形態では、マイクロ流体デバイス100は、プリント回路基板(PCB)106を備えることができ、マイクロ流体層102は、PCB106に取り付ける(例えば、接着、添着、又は積層する)ことができる。幾つかの非限定的な実施形態では、マイクロ流体層102は、限定ではなく例として、溶剤結合、熱結合、又は接着結合を用いてPCBに取り付けることができる。
幾つかの実施形態では、PCB106は、非導電層108と、これらの非導電層108と積層された導電層110とを備えることができる。幾つかの非限定的な実施形態では、非導電層108のうちの1つ又は複数は、プリプレグ層(すなわち、樹脂を含浸させたグラスファイバー)とすることができる。しかしながら、これは必須ではなく、幾つかの代替の実施形態では、他の材料を用いこともできる。幾つかの実施形態では、マイクロ流体層102は、PCBの非導電層108に取り付けることができる。幾つかの非限定的な実施形態では、マイクロ流体層102が取り付けられる非導電層108は、限定ではなく例として、プリプレグ層、コンフォーマルコーティング116(図1参照)、又は接着層220(図2参照)とすることができる。幾つかの非限定的な実施形態では、1つ又は複数の非導電層108(例えば、プリプレグ層、コンフォーマル層、及び/又は接着層)をPCB106に追加して、マイクロ流体層102を取り付けるための平坦面/平面を作製することができる。
幾つかの非限定的な実施形態では、導電層110のうちの1つ又は複数は銅層とすることができる。しかしながら、これは必須ではなく、幾つかの代替の実施形態では、他の材料を用いることもできる。幾つかの実施形態では、導電層110のうちの1つ又は複数は、1つ又は複数の導体(すなわち、信号トレース又は信号トラック)を備えることができる。幾つかの実施形態では、導電層110は、信号平面、接地平面、又は電力平面として機能することができる。幾つかの実施形態では、PCB106は、非導電層108及び導電層110の標準的な積重を含むことができるが、これは必須ではなく、代替の実施形態では、PCB106は、非標準的な積重(例えば、奇数個の導電層110を含む積重)を含むこともできる。
幾つかの実施形態では、PCB106は、積層された非導電層108及び導電層110に組み込まれた1つ又は複数の電子コンポーネント112を備えることができる。電子コンポーネント112は、限定ではなく例として、抵抗器、コンデンサー、温度センサー(例えば、抵抗温度検出器(RTD))、ダイオード、トランジスタ、光源(例えば、発光ダイオード(LED))、光検出器(例えば、フォトダイオード、フォトトランジスタ、光抵抗器又は他の光検知素子)、又は集積回路(IC)とすることができる。幾つかの実施形態では、非導電層108は、マイクロ流体特徴部104において電子コンポーネント112を流体から流体的に隔離するように構成することができる。幾つかの実施形態では、電子コンポーネント112は、導電層110の1つ又は複数の導体(すなわち、信号トレース又は信号トラック)に接続することができる。
幾つかの実施形態では、図1に示すように、PCB106は、積層された非導電層108及び導電層110のうちの1つ又は複数の層に1つ又は複数の陥凹部114を備えることができ、1つ又は複数の電子コンポーネント112は、これらの1つ又は複数の陥凹部114に組み込むことができる。幾つかの非限定的な実施形態では、1つ又は複数の陥凹部114は、(例えば、逐次積層技法及び/又は精密バックドリリング(レーザー又は機械式)を用いて)PCB106の表面に1つ又は複数の止まり穴を作製することによって形成することができる。これらの1つ又は複数の止まり穴は、導電層110まで達することができる。電子コンポーネント112は、PCB106に完全に又は部分的に凹設することができる。
幾つかの実施形態では、1つ又は複数の陥凹部114に組み込まれた1つ又は複数の電子コンポーネント112は、コンフォーマルコーティング116を用いて被覆することができる。このコンフォーマルコーティングは、限定ではなく例として、パリレン、アクリル、エポキシ、ウレタン、シリコーン、ポリジメチルシロキサン(PDMS)、SU−8、又はベンゾシクロブテン(BCB)とすることができる。幾つかの実施形態では、コンフォーマルコーティング116は、PCB106の非導電層108のうちの1つとすることができる。幾つかの実施形態では、コンフォーマルコーティング116は、マイクロ流体特徴部104において電子コンポーネント112を流体から流体的に隔離するように構成することができる。幾つかの実施形態では、マイクロ流体層102は、コンフォーマルコーティング116に取り付けることができる(図1参照)。幾つかの実施形態では、コンフォーマルコーティング116は、マイクロ流体層102が取り付けられるPCB106の表面を平坦化することができる。幾つかの実施形態では、コンフォーマルコーティング116は、電子コンポーネント112によって満たされていない1つ又は複数の陥凹部114の全て又は一部分を満たすことができる。
例えば、マイクロ流体層102の1つ又は複数のチャネル及び/又はウェル等のマイクロ流体特徴部104において1つ又は複数の化学反応を実施することができる。幾つかの実施形態では、これらの反応は、核酸増幅反応を含むことができ、そのポリメラーゼ連鎖反応(PCR)が1つの例である。追加の増幅反応は、当業者に良く知られている。マイクロ流体層102に形成されたマイクロ流体特徴部104における核酸増幅の完了後に、増幅された核酸の熱融解解析を実施することができる。電子コンポーネント112は、マイクロ流体層102において実施される反応を制御するように構成することができる。具体的には、1つの実施形態では、マイクロ流体層102において増幅反応、例えばPCRを実施するために、PCR熱プロファイルに従って1つ又は複数のマイクロ流体特徴部104において温度を循環させるように電子コンポーネント112を構成することができる。更に別の実施形態では、電子コンポーネント112は、1つ又は複数のマイクロ流体特徴部104において温度を一貫したレートで傾斜、すなわち増加させて、核酸熱融解曲線を生成するように構成することができる。幾つかの実施形態では、電子コンポーネント112に光学系を含めて、1つ又は複数のマイクロ流体特徴部104における核酸の増幅反応及び/又は熱融解反応を監視し、融解曲線を生成することができる。流量制御回路部を電子コンポーネント112の一部として追加で設け、マイクロ流体層102のマイクロ流体特徴部の間の流体流量を制御することができる。
幾つかの実施形態では、1つ又は複数のマイクロ流体特徴部104は、マイクロ流体特徴部104における流体の高速加熱及び/又は小さな反応容積を可能にすることができる1つ又は複数のマイクロスケール(例えば、約100μm以下)の寸法を有することができる。幾つかの実施形態では、1つ又は複数の電子コンポーネント112は、1つ又は複数のマイクロ流体特徴部104に対して相対的に大きくすることができる。幾つかの実施形態では、1つ又は複数の陥凹部114は、1つ又は複数のマイクロ流体特徴部104の1つ又は複数のマイクロスケールの寸法に影響を与えることなく、1つ又は複数の相対的に大きな電子コンポーネント112を1つ又は複数の陥凹部114に組み込むことを可能にすることができる。
幾つかの実施形態では、1つ又は複数の電子コンポーネント112は、既製(OTS)のコンポーネントとすることができ、これらのOTSコンポーネントは、高価でないもの(例えば、コンポーネント当たり1セント未満)とすることができる。これらのOTSコンポーネントは、小さなもの(例えば、数百μm〜数mmのサイズを有するもの)とすることができるが、それでも、1つ又は複数のマイクロ流体特徴部104に対して相対的に大きい場合があり、これらの1つ又は複数のマイクロ流体特徴部は、限定ではなく例として、10μm〜100μmの間の1つ又は複数の寸法を有することができる。幾つかの実施形態では、1つ又は複数の陥凹部114は、通常ならばその大きなサイズに起因してマイクロ流体デバイスに適合していないOTSコンポーネントがマイクロ流体デバイス100に適合することを可能にすることができる。
幾つかの実施形態では、上記で説明したように、1つ又は複数の電子コンポーネント112は、1つ又は複数の陥凹部114に組み込むことができるが、これは必須ではない。幾つかの代替の実施形態では、1つ又は複数の電子コンポーネント112は、PCB106に形成又は配置することができる。例えば、幾つかの実施形態では、限定ではなく例として、1つ又は複数の材料(例えば、抵抗材料又は静電容量材料)をPCB106の構造に追加することによって1つ又は複数の受動コンポーネント(例えば、抵抗器又はコンデンサー)をPCB106に形成し、電子コンポーネント112を作製することができる。幾つかの実施形態では、1つ又は複数の電子コンポーネント112は、限定ではなく例として、1つ又は複数の能動コンポーネント又は受動コンポーネント(例えば、抵抗器、コンデンサー、ダイオード、トランジスタ、又は集積回路)をPCB110の内部層(例えば、導電層110)上に配置し、その後、追加の層がPCB106に加えられるときにこれらの1つ又は複数の配置されたコンポーネントを埋設することによってPCB106に配置することができる。
図2は、幾つかの実施形態による、1つ又は複数の電子コンポーネント112が1つ又は複数の形成又は配置されたコンポーネント218を含むマイクロ流体デバイス100の一例の断面図である。図2に示す実施形態では、コンポーネント218は、PCB206に形成された抵抗器である。幾つかの実施形態では、これらの形成された抵抗器は、1つ又は複数のマイクロ流体特徴部104において流体を加熱し、及び/又は流体の温度を検知するのに用いることができる。幾つかの実施形態では、これらの抵抗器は、増幅及び熱融解解析中に加熱し、及び/又は温度を検知する。
幾つかの実施形態では、図2に示すように、PCB106は、1つ又は複数の形成又は配置されたコンポーネント218の上方に1つ又は複数の導電層110を備えることができる。しかしながら、これは必須ではなく、幾つかの代替の実施形態では、最上部の導電層110は、エッチング除去することができる。幾つかの実施形態では、図2に示すように、PCB106は、マイクロ流体層102をPCB106に取り付ける別個の接着層220を備えることができる。しかしながら、これは必須ではなく、幾つかの代替の実施形態では、マイクロ流体層102は、非導電層108(例えば、プリプレグ層)に取り付けることができる。
幾つかの非限定的な実施形態では、PCB106は、1つ又は複数の陥凹部114に組み込まれた1つ又は複数の電子コンポーネント112と、PCB106に形成又は配置された1つ又は複数の電子コンポーネント112とを備えることができる。
幾つかの実施形態では、導電層110のうちの1つ又は複数は、銅(例えば、0.5オンス銅厚、1オンス銅厚、又は2オンス銅厚を有する銅)を用いて作製することができる。幾つかの非限定的な実施形態では、導電層110のうちの1つ又は複数は、厚銅(すなわち、3オンス銅厚以上を有する銅)を用いて作製することができる。幾つかの非限定的な実施形態では、導電層110のうちの1つ又は複数は、極厚銅(すなわち、20オンス銅厚〜200オンス銅厚を有する銅)を用いて作製することができる。幾つかの実施形態では、厚銅又は極厚銅は、PCB平面の導電性を高めることができ、マイクロ流体デバイス100のPCB106は、一体化された熱拡散器として機能することができる。幾つかの実施形態では、厚銅又は極厚銅は、PCBに取り付けられたマイクロ流体層102の1つ又は複数のマイクロ流体特徴部104に熱を拡散することができる。幾つかの実施形態では、厚銅又は極厚銅は、例えば、空隙のホットスポット(void hotspots)及び/又は積層剥離等の、一体化されていないヒートシンク/拡散器をマイクロ流体デバイス100に結合することに関連した問題をなくすことができる。幾つかの非限定的な実施形態では、厚銅又は極厚銅は、内部発熱コンポーネント(例えば、PCB106に凹設、形成、又は配置されて組み込まれた電子コンポーネント)又は外部発熱コンポーネント(例えば、ランプ、レーザー、ホットプレート、又はペルティエデバイス)によって提供された熱を拡散することができる。
幾つかの非限定的な実施形態では、図3Aに示すように、PCB106は、エポキシコア又はグラスファイバーコア322を備えることができる。しかしながら、これは必須ではなく、幾つかの代替の実施形態では、PCB106は、図3Bに示すように金属コア324を備えることができる。幾つかの非限定的な実施形態では、金属コア324は、限定ではなく例として、アルミニウム又は銅の金属コアとすることができる。アルミニウムコアは、マイクロ流体デバイス100が使い捨て式である実施形態において好ましい場合がある。幾つかの実施形態では、金属コア324は、一体化された熱拡散器として機能することができる。幾つかの実施形態では、金属コア324は、PCBに取り付けられたマイクロ流体層102の1つ又は複数のマイクロ流体特徴部104に熱を拡散することができる。幾つかの実施形態では、金属コア324は、一体化されていないヒートシンク/拡散器をマイクロ流体デバイス100に結合することに関連した問題をなくすことができる。幾つかの非限定的な実施形態では、金属コア324は、内部発熱コンポーネント又は外部発熱コンポーネントによって提供された熱を拡散することができる。
幾つかの非限定的な実施形態では、金属コア324又は厚銅若しくは極厚銅は、加熱及び温度測定を1つ又は複数のマイクロ流体特徴部104から空間的に分離するのに用いることができる。例えば、1つの非限定的な実施形態では、金属コア/厚銅が複数のマイクロ流体特徴部104に熱を効果的に拡散する状況では、単一の発熱コンポーネントを用いて複数のマイクロ流体特徴部104を加熱することができる。同様に、別の非限定的な実施形態では、温度検知コンポーネント(例えば、RTD)は、付加的又は代替的にマイクロ流体特徴部104から遠隔にすることができる。これによって、例えば、チャネル、反応ウェル、及び熱コンポーネントの配置において、マイクロ流体デバイス設計者により多くの自由度を与えることができる。
幾つかの実施形態では、マイクロ流体層102は、1つ又は複数のマイクロ流体特徴部104が1つ又は複数の電子コンポーネント112に関連付けられるようにPCB106に取り付けることができる。幾つかの実施形態では、マイクロ流体層102は、1つ又は複数の電子コンポーネント112が1つ又は複数のマイクロ流体特徴部104と垂直に整列されるようにPCB106に取り付けることができる。幾つかの実施形態では、マイクロ流体層102は、1つ又は複数の電子コンポーネント112が1つ又は複数のマイクロ流体特徴部104の真下になるようにPCB106に取り付けることができる。幾つかの実施形態では、マイクロ流体層102は、1つ又は複数の電子コンポーネント112が1つ又は複数のマイクロ流体特徴部104に極めて近接するようにPCB106に取り付けることができる。幾つかの実施形態では、1つ又は複数の電子コンポーネント112は、非導電層108(例えば、コンフォーマルコーティング116又はプリプレグ層)のみによって1つ又は複数のマイクロ流体特徴部104から分離することができる。
幾つかの実施形態では、1つ又は複数の電子コンポーネント112は、1つ又は複数のマイクロ流体特徴部104と機能的関係を有することができる。幾つかの実施形態では、1つ又は複数の電子コンポーネント112は、1つ又は複数のマイクロ流体特徴部104において流体を加熱するように構成することができる。例えば、幾つかの非限定的な実施形態では、1つ又は複数の電子コンポーネント112は、陥凹部114内の1つ又は複数のOTSチップ抵抗器を含むことができ、パッシベーション層として機能することができるコンフォーマルコーティング116によって被覆することができ、1つ又は複数のOTSチップ抵抗器は、1つ又は複数のマイクロ流体特徴部104を高速に加熱するように構成することができる。別の例として、幾つかの非限定的な実施形態では、1つ又は複数の電子コンポーネント112は、積層された非導電層108及び導電層110のスタックに埋設された1つ又は複数の形成又は配置された抵抗器を含むことができ、1つ又は複数の形成又は配置された抵抗器は、1つ又は複数のマイクロ流体特徴部104を高速に加熱するように構成することができる。幾つかの追加の例では、1つ又は複数の電子コンポーネント112は、PCR(又は他の増幅)プロファイルに従って1つ又は複数のマイクロ流体特徴部104の温度を高速に循環させて、1つ又は複数のマイクロ流体特徴部104において核酸を増幅するように構成することができる。電子コンポーネント112は、その後、1つ又は複数のマイクロ流体特徴部104において温度を傾斜させて、増幅された核酸の熱融解曲線を生成するように構成することができる。
幾つかの実施形態では、1つ又は複数の電子コンポーネント112は、1つ又は複数のマイクロ流体特徴部104において流体の温度を検出するように構成することができる。例えば、幾つかの非限定的な実施形態では、1つ又は複数の電子コンポーネント112は、1つ又は複数の温度測定デバイス(例えば、サーミスター又はRTD)を含むことができ、これらの1つ又は複数の温度測定デバイスは、1つ又は複数のマイクロ流体特徴部104において流体の温度を検出するように構成することができる。幾つかの実施形態では、1つ又は複数の電子コンポーネント112は、1つ又は複数のマイクロ流体特徴部104において流体を加熱し、それらの1つ又は複数のマイクロ流体特徴部104において流体の温度を検出するように構成することができる。他の実施形態では、1つ又は複数のマイクロ流体特徴部104において流体の温度を検出して、増幅及び熱融解解析を制御することができる。
幾つかの実施形態では、1つ又は複数の電子コンポーネント112は、1つ又は複数のマイクロ流体特徴部104に光を放出するように構成することもできるし、1つ又は複数のマイクロ流体特徴部104からの光を検出するように構成することもできる。幾つかの非限定的な実施形態では、マイクロ流体デバイス100は、PCB106に組み込まれた光学系を備えることができる。例えば、幾つかの非限定的な実施形態では、1つ又は複数の電子コンポーネント112は、限定ではなく例として、光源(例えば、LED)及び/又は光検出器(例えば、フォトダイオード、フォトトランジスタ、光抵抗器又は他の光検知素子)等の1つ又は複数の光学コンポーネント425を含むことができる(図4参照)。幾つかの非限定的な実施形態では、1つ又は複数の光学コンポーネント425は、積層された非導電層108及び導電層110のうちの1つ又は複数の層において1つ又は複数の陥凹部114に組み込むことができる。幾つかの非限定的な実施形態では、図4に示すように、1つ又は複数の光フィルター426を1つ又は複数の光学コンポーネント425とともに1つ又は複数の陥凹部114に組み込むことができる。幾つかの実施形態では、PCB106は、コンフォーマルコーティング116を備えることができ、このコンフォーマルコーティングは、光学コンポーネント425を1つ又は複数のマイクロ流体特徴部104から流体的に隔離することができるとともに、マイクロ流体層104を取り付けることができる平坦面を提供することができる。幾つかの非限定的な実施形態では、1つ又は複数の光学コンポーネント425及び/又は1つ又は複数の光フィルター426によって満たされていない1つ又は複数の陥凹部114内の空間は、空き空間又はコンフォーマルコーティング116によって満たすことができる。
幾つかの実施形態では、1つ又は複数の光学コンポーネント425は、1つ又は複数のマイクロ流体特徴部104に光を放出するように構成された1つ又は複数の光源を含むことができる。幾つかの非限定的な実施形態では、光源は、1つ又は複数のマイクロ流体特徴部においてフルオロフォアを励起するように構成することができる。幾つかの実施形態では、1つ又は複数の光学コンポーネント425は、1つ又は複数のマイクロ流体特徴部104から受信される光を検出するように構成された1つ又は複数の光検出器を付加的又は代替的に含むことができる。幾つかの実施形態では、1つ若しくは複数の光学コンポーネント425及び/又は1つ若しくは複数の適切な光フィルター426を含む光学系は、蛍光撮像を実施するように構成することができ、非常に低い電力を用いてそれを行うことができる。幾つかの実施形態では、PCB106に組み込まれた光学系の1つ又は複数の光学コンポーネント425は、低コスト及び/又は低電力の光学コンポーネント425とすることができ、PCB106に組み込まれた光学系は、1つ又は複数のマイクロ流体特徴部104に対する1つ若しくは複数の光学コンポーネント425及び/又は1つ若しくは複数の適切な光フィルター426のビルトインアライメント(built-in alignment)を有することができる。幾つかの追加の実施形態では、光学コンポーネント425は、増幅及び熱融解解析中に、チャネル及び/又はウェルを含む1つ又は複数のマイクロ流体特徴部104の像を取得するように構成することができる。更なる実施形態では、光学コンポーネント425は、1つ又は複数の励起光源及び1つ又は複数の検出器を含むことができる。励起光源は、リアルタイムのPCR及び熱融解解析中の増幅産物を1つ又は複数の検出器によって検出することに用いられる蛍光標識を励起する所望の波長の光を生成することができる。
本発明の実施形態を、図面を参照して上記で十分に説明した。本発明は、これらの好ましい実施形態に基づいて説明されたが、或る特定の変更、変形、及び代替の構造を、本発明の趣旨及び範囲内で、説明された実施形態に対して実施できることが当業者には明らかであろう。

Claims (53)

  1. マイクロ流体特徴部を備えるマイクロ流体層と、
    前記マイクロ流体層が取り付けられたプリント回路基板(PCB)と、
    を備え、前記PCBは、
    非導電層と、
    前記非導電層と積層された導電層と、
    前記積層された非導電層及び導電層に組み込まれた電子コンポーネントと、
    を備え、前記非導電層のうちの一非導電層は、前記マイクロ流体特徴部において前記電子コンポーネントを流体から流体的に隔離するように構成され、前記電子コンポーネントは、前記導電層のうちの一導電層の導体に接続されている、マイクロ流体デバイス。
  2. 前記PCBは、前記積層された非導電層及び導電層のうちの1つ又は複数の層に陥凹部を更に備え、前記電子コンポーネントは、前記陥凹部に組み込まれている、請求項1に記載のマイクロ流体デバイス。
  3. 前記マイクロ流体特徴部において前記電子コンポーネントを流体から流体的に隔離するように構成された前記非導電層はコンフォーマルコーティングである、請求項2に記載のマイクロ流体デバイス。
  4. 前記マイクロ流体層は、前記コンフォーマルコーティングに取り付けられている、請求項3に記載のマイクロ流体デバイス。
  5. 前記コンフォーマルコーティングは、前記マイクロ流体層が取り付けられる前記PCBの表面を平坦化するように構成されている、請求項3に記載のマイクロ流体デバイス。
  6. 前記電子コンポーネントは、前記マイクロ流体特徴部に対して相対的に大きい、請求項3に記載のマイクロ流体デバイス。
  7. 陥凹部は、1つ又は複数の光フィルターを備える、請求項2に記載のマイクロ流体デバイス。
  8. 前記電子コンポーネントは、形成された受動コンポーネント、配置されたディスクリート受動コンポーネント、又は配置された能動コンポーネントである、請求項1に記載のマイクロ流体デバイス。
  9. 前記電子コンポーネントは、抵抗器、コンデンサー、ダイオード、トランジスタ、又は集積回路である、請求項8に記載のマイクロ流体デバイス。
  10. 前記電子コンポーネントは、前記マイクロ流体特徴部において流体を加熱するように構成されている、請求項1に記載のマイクロ流体デバイス。
  11. 前記電子コンポーネントは、光を放出し、前記マイクロ流体特徴部を照射するように構成された光源である、請求項1に記載のマイクロ流体デバイス。
  12. 前記光源は、前記マイクロ流体特徴部においてフルオロフォアを励起するように構成されている、請求項11に記載のマイクロ流体デバイス。
  13. 前記電子コンポーネントは、前記マイクロ流体特徴部から受信される光を検出するように構成された光検出器である、請求項1に記載のマイクロ流体デバイス。
  14. 前記電子コンポーネントは、前記マイクロ流体特徴部において流体の温度を測定するように構成されている、請求項1に記載のマイクロ流体デバイス。
  15. 前記マイクロ流体特徴部はマイクロ流体チャネルを含む、請求項1に記載のマイクロ流体デバイス。
  16. 前記マイクロ流体特徴部はマイクロウェルを含む、請求項1に記載のマイクロ流体デバイス。
  17. 前記電子コンポーネントは、前記マイクロ流体特徴部の下方にある、請求項1に記載のマイクロ流体デバイス。
  18. 接着層を更に備える、請求項1に記載のマイクロ流体デバイス。
  19. 複数のマイクロ流体層を更に備える、請求項1に記載のマイクロ流体デバイス。
  20. 前記マイクロ流体層は複数のマイクロ流体特徴部を含む、請求項1に記載のマイクロ流体デバイス。
  21. 前記PCBは複数の電子デバイスを含む、請求項1に記載のマイクロ流体デバイス。
  22. 前記複数の電子デバイスは光源及び光検出器を含む、請求項21に記載のマイクロ流体デバイス。
  23. 前記光源及び前記光検出器は、前記積層された非導電層及び導電層のうちの1つ又は複数の層における1つ又は複数の陥凹部に組み込まれている、請求項22に記載のマイクロ流体デバイス。
  24. 前記陥凹部は、1つ又は複数の光フィルターを備える、請求項23に記載のマイクロ流体デバイス。
  25. 前記導電層のうちの1つ又は複数は、3オンス厚以上を有する銅を備える、請求項1に記載のマイクロ流体デバイス。
  26. 前記マイクロ流体層は、溶剤結合、接着結合、又は熱結合を用いて前記PCBに取り付けられている、請求項1に記載のマイクロ流体デバイス。
  27. 前記PCBは金属コアPCBである、請求項1に記載のマイクロ流体デバイス。
  28. 1つ又は複数のマイクロ流体特徴部を備えるマイクロ流体層と、
    前記マイクロ流体層が取り付けられた金属コアプリント回路基板(PCB)と、
    を備え、前記PCBは、
    非導電層と、
    前記非導電層と積層された導電層と、
    前記1つ又は複数のマイクロ流体特徴部に熱を拡散するように構成された金属コアと、
    を備える、マイクロ流体デバイス。
  29. 前記金属コアに接続されるとともに、前記金属コアによって拡散された前記熱を提供するように構成されたコンポーネントを更に備える、請求項28に記載のマイクロ流体デバイス。
  30. 前記コンポーネントは、前記PCBの前記積層された非導電層及び導電層に組み込まれている、請求項29に記載のマイクロ流体デバイス。
  31. 前記PCBは、前記積層された非導電層及び導電層のうちの1つ又は複数の層に陥凹部を更に備え、前記コンポーネントは、前記陥凹部に組み込まれている、請求項30に記載のマイクロ流体デバイス。
  32. 前記金属コアによって拡散された前記熱は、前記マイクロ流体デバイスの外部のコンポーネントによって提供される、請求項28に記載のマイクロ流体デバイス。
  33. 前記マイクロ流体特徴部はマイクロ流体チャネルを含む、請求項28に記載のマイクロ流体デバイス。
  34. 前記マイクロ流体特徴部はマイクロウェルを含む、請求項28に記載のマイクロ流体デバイス。
  35. プリント回路基板(PCB)の積層された非導電層及び導電層に電子コンポーネントを組み込むことであって、前記電子コンポーネントは、前記導電層のうちの一導電層の導体に接続されることと、
    マイクロ流体特徴部を備えるマイクロ流体層を前記PCBに取り付けることであって、前記電子コンポーネントは、前記非導電層のうちの一非導電層によって、前記マイクロ流体特徴部において流体から流体的に隔離されることと、
    を含む、マイクロ流体デバイスを製造する方法。
  36. 前記電子コンポーネントを組み込むことは、
    前記積層された非導電層及び導電層のうちの1つ又は複数の層に陥凹部を形成することと、
    前記電子コンポーネントを前記陥凹部に組み込むことと、
    を含む、請求項35に記載の方法。
  37. 前記電子コンポーネントを組み込むことは、前記PCB上にコンフォーマルコーティングを形成することを含み、前記マイクロ流体特徴部において前記電子コンポーネントを流体から流体的に隔離するように構成された前記非導電層は、前記コンフォーマルコーティングである、請求項36に記載の方法。
  38. 前記マイクロ流体層を前記PCBに取り付けることは、前記マイクロ流体層を前記コンフォーマルコーティングに取り付けることを含む、請求項37に記載の方法。
  39. 前記電子コンポーネントを組み込むことは、前記電子コンポーネントを前記PCBに形成すること又は配置することを含む、請求項35に記載の方法。
  40. 前記導電層のうちの1つ又は複数は、3オンス厚以上を有する銅を備える、請求項35に記載の方法。
  41. 前記PCBは金属コアPCBである、請求項35に記載の方法。
  42. マイクロ流体特徴部を備えるマイクロ流体層と、該マイクロ流体層が取り付けられたプリント回路基板(PCB)とを備えるマイクロ流体デバイスの前記マイクロ流体特徴部において流体を加熱する方法であって、
    前記PCBの積層された非導電層及び導電層に組み込まれた第1の電子コンポーネントを用いて、前記マイクロ流体デバイスの前記マイクロ流体特徴部において流体を加熱すること、
    を含み、前記第1の電子コンポーネントは、前記非導電層のうちの一非導電層によって、前記マイクロ流体特徴部において前記流体から流体的に隔離され、前記第1の電子コンポーネントは、前記導電層のうちの一導電層の導体に接続されている、方法。
  43. 前記第1の電子コンポーネントを用いて、前記マイクロ流体特徴部において前記流体の温度を測定することを更に含む、請求項42に記載の方法。
  44. 前記第2の電子コンポーネントを用いて、前記マイクロ流体特徴部において前記流体の温度を測定することを更に含む、請求項42に記載の方法。
  45. マイクロ流体特徴部を備えるマイクロ流体層と、該マイクロ流体層が取り付けられたプリント回路基板(PCB)とを備えるマイクロ流体デバイスの前記マイクロ流体特徴部において流体を照射する方法であって、
    前記PCBの積層された非導電層及び導電層に組み込まれた光源を用いて、前記マイクロ流体デバイスの前記マイクロ流体特徴部において光を放出し、前記流体を照射すること、
    を含み、前記光源は、前記非導電層のうちの一非導電層によって、前記マイクロ流体特徴部において前記流体から流体的に隔離され、前記光源は、前記導電層のうちの一導電層の導体に接続されている、方法。
  46. 前記流体を照射することは、前記マイクロ流体特徴部においてフルオロフォアを励起することを含む、請求項45に記載の方法。
  47. 前記PCBの前記積層された非導電層及び導電層に組み込まれた光検出器を用いて、前記マイクロ流体特徴部から受信される光を検出することを更に含む、請求項45に記載の方法。
  48. 非導電層と、該非導電層と積層された導電層と、1つ又は複数のマイクロ流体特徴部に熱を拡散するように構成された金属コアとを備える金属コアプリント回路基板(PCB)に、前記マイクロ流体特徴部を備えるマイクロ流体層を取り付けること、
    を含む、マイクロ流体デバイスを製造する方法。
  49. 1つ又は複数のマイクロ流体特徴部を備えるマイクロ流体層と、該マイクロ流体層が取り付けられたプリント回路基板(PCB)とを備えるマイクロ流体デバイスの1つ又は複数のマイクロ流体特徴部において流体に熱を拡散する方法であって、
    前記プリント回路基板(PCB)の金属コアを用いて、前記1つ又は複数のマイクロ流体特徴部に熱を拡散すること、
    を含み、前記PCBは、前記金属コアと、非導電層と、該非導電層と積層された導電層とを備える、方法。
  50. 前記電子コンポーネントは、前記マイクロ流体特徴部内の反応を制御する、請求項1に記載のマイクロ流体デバイス。
  51. 前記反応は、核酸増幅、熱融解解析、又はそれらの組み合わせを含む群から選択される、請求項50に記載のマイクロ流体デバイス。
  52. 前記電子コンポーネントは、前記マイクロ流体特徴部内の反応を制御する、請求項28に記載のマイクロ流体デバイス。
  53. 前記反応は、核酸増幅、熱融解解析、又はそれらの組み合わせを含む群から選択される、請求項52に記載のマイクロ流体デバイス。
JP2016544155A 2013-12-31 2014-12-30 積層マイクロ流体デバイスのプリント回路基板設計 Pending JP2017508630A (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201361922795P 2013-12-31 2013-12-31
US61/922,795 2013-12-31
PCT/US2014/072867 WO2015103325A1 (en) 2013-12-31 2014-12-30 Printed circuit board designs for laminated microfluidic devices

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2017508630A true JP2017508630A (ja) 2017-03-30

Family

ID=53480704

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016544155A Pending JP2017508630A (ja) 2013-12-31 2014-12-30 積層マイクロ流体デバイスのプリント回路基板設計

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20150182967A1 (ja)
EP (1) EP3089937A4 (ja)
JP (1) JP2017508630A (ja)
WO (1) WO2015103325A1 (ja)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017210219A1 (en) * 2016-05-31 2017-12-07 The Regents Of The University Of California Microfluidic component package
DE102016115607A1 (de) * 2016-08-23 2018-03-01 B. Braun Melsungen Ag Messsystem mit verringertem Übersprechen zur Messung von Fluidparametern
AU2017368267B2 (en) 2016-12-01 2022-12-15 Berkeley Lights, Inc. Apparatuses, systems and methods for imaging micro-objects
CN117133518A (zh) * 2022-05-20 2023-11-28 宏启胜精密电子(秦皇岛)有限公司 内埋热敏电阻及其制造方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006084210A (ja) * 2004-09-14 2006-03-30 Mitsubishi Electric Corp 分析装置
JP2006216674A (ja) * 2005-02-02 2006-08-17 Sharp Corp 放熱性を向上したプリント回路基板およびそれを含んだ回路モジュール
JP2007522664A (ja) * 2004-02-17 2007-08-09 アスポコンプ テクノロジー オーワイ 回路基板および回路基板に光学構成部品を埋め込む方法
EP2340891A1 (en) * 2009-12-23 2011-07-06 PEQLAB Biotechnologie GmbH Thermal plate

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6762049B2 (en) * 2001-07-05 2004-07-13 Institute Of Microelectronics Miniaturized multi-chamber thermal cycler for independent thermal multiplexing
JP2006523843A (ja) * 2003-04-15 2006-10-19 センサーズ・フォー・メデセン・アンド・サイエンス・インコーポレーテッド 光センサーに対する周辺光の影響を減じるための装置及び方法
US7998708B2 (en) * 2006-03-24 2011-08-16 Handylab, Inc. Microfluidic system for amplifying and detecting polynucleotides in parallel
JP5093678B2 (ja) * 2008-06-17 2012-12-12 独立行政法人産業技術総合研究所 微小対象物放出光検出装置
WO2011106315A1 (en) * 2010-02-23 2011-09-01 Rheonix, Inc. Self-contained biological assay apparatus, methods, and applications
US8828736B2 (en) * 2010-07-02 2014-09-09 Sandia Corporation Microelectroporation device for genomic screening
CA2924941C (en) * 2010-08-06 2020-07-07 Dna Electronics Ltd. Method and apparatus for sensing a property of a fluid
KR101095161B1 (ko) * 2010-10-07 2011-12-16 삼성전기주식회사 전자부품 내장형 인쇄회로기판
EP2689005A4 (en) * 2011-03-23 2014-09-03 California Inst Of Techn SYSTEM FOR CARRYING OUT NUCLEIC ACID AMPLIFICATION FOR A POLYMERASE CHAIN REACTION
WO2012145301A2 (en) * 2011-04-20 2012-10-26 California Institute Of Technology Single-layer pcb microfluidics
US9554422B2 (en) * 2011-05-17 2017-01-24 Canon U.S. Life Sciences, Inc. Systems and methods using external heater systems in microfluidic devices
US9533308B2 (en) 2012-02-10 2017-01-03 California Institute Of Technology PC board-based polymerase chain reaction systems, methods and materials
CA2879729A1 (en) * 2012-08-07 2014-02-13 California Institute Of Technology Ultrafast thermal cycler

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007522664A (ja) * 2004-02-17 2007-08-09 アスポコンプ テクノロジー オーワイ 回路基板および回路基板に光学構成部品を埋め込む方法
JP2006084210A (ja) * 2004-09-14 2006-03-30 Mitsubishi Electric Corp 分析装置
JP2006216674A (ja) * 2005-02-02 2006-08-17 Sharp Corp 放熱性を向上したプリント回路基板およびそれを含んだ回路モジュール
EP2340891A1 (en) * 2009-12-23 2011-07-06 PEQLAB Biotechnologie GmbH Thermal plate

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
AMY WU ET AL: "Modular integration of electronics and microfluidic systems using flexible printed circuit boards", LAB ON A CHIP, vol. Vol. 10, Number 4, JPN6019001095, 21 February 2010 (2010-02-21), GB, pages 519 - 521 *
LEWIS A. MARSHALL ET AL: "Integrated Printed Circuit Board Device for Cell Lysis and Nucleic Acid Extraction", ANALYTICAL CHEMISTRY, vol. Vol. 84, Issue 21, JPN6019001093, 6 November 2012 (2012-11-06), US, pages 9640 - 9645 *

Also Published As

Publication number Publication date
EP3089937A1 (en) 2016-11-09
EP3089937A4 (en) 2017-11-22
US20150182967A1 (en) 2015-07-02
WO2015103325A1 (en) 2015-07-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11643681B2 (en) Apparatus for high throughput chemical reactions
JP6126083B2 (ja) マイクロ流体デバイス内で外部ヒータ・システムを使用するシステムおよび方法
US8926811B2 (en) Digital microfluidics based apparatus for heat-exchanging chemical processes
Schumacher et al. Highly-integrated lab-on-chip system for point-of-care multiparameter analysis
US20120264202A1 (en) System for performing polymerase chain reaction nucleic acid amplification
US20150182966A1 (en) Field deployable small format fast first result microfluidic system
HRP20190418T1 (hr) Mikročip
US11266990B2 (en) Device and method for performing digital PCR
TWI230257B (en) Integrated analytical biochip and manufacturing method thereof
JP2017508630A (ja) 積層マイクロ流体デバイスのプリント回路基板設計
EP3360976B1 (en) Apparatus for thermal convection polymerase chain reaction
Miao et al. Free convective PCR: From principle study to commercial applications—A critical review
JP2022504858A (ja) 生化学反応容器の温度監視のための方法およびシステム
KR20220075375A (ko) 폴리뉴클레오티드-함유 샘플들의 향상된 증폭을 위한 미세유체 카트리지
US20200368750A1 (en) Fluid thermal processing
WO2020132131A9 (en) Method and system for heating and temperature measurement using patterned thin films
Gransee et al. Ultrafast real-time PCR with integrated melting curve analysis and duplex capacities using a low-cost polymer lab-on-a-chip system
Gransee et al. Fluorescence detection in Lab-on-a-chip systems using ultrafast nucleic acid amplification methods
GR1009763B (el) Ολοκληρωμενη μικροδιαταξη σε υποστρωμα τυπωμενου κυκλωματος για την ανιχνευση νουκλεϊκων οξεων με μεγαλη ευαισθησια και μεθοδος κατασκευης αυτης
CN110272822B (zh) 一种基因扩增实时荧光定量检测装置及检测方法
WO2023012511A1 (en) PORTABLE HYBRID OPTO-THERMAL CYCLER FOR RT-qPCR USING A BUBBLE-FREE MICROFLUIDIC DEVICE

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20171218

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190122

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20190422

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190722

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20191031

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20200131

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20200630