JP2018503798A - 流体力学的集束方法および関連デバイス - Google Patents

Abstract

本発明は、対象種の検出、単離および選別のためにサンプルフローの３次元的な集束を可能にする、流体力学的集束デバイスおよび関連する方法に関する。検出チャンバの両側に多チャンネル入口および多チャンネル出口構造を備えるデバイスが開示される。これらの多数の入口および出口における流れの独立制御は、任意に制御して操舵できるシースフローを作り出す。これは、サンプルストリームの垂直および水平方向の集束および／または位置の任意の調整を可能にする。多数のシースフロー出口を用いることによって、シースフローによる希釈を最小限に抑え、検出チャンバにおける流れを集束させたサンプルストリームの位置および緊密さに対する下流側選別プロセスにおける作動の破壊的影響をなくして、検出チャンバへの出口からサンプルストリームを収集することができる。本発明は、蛍光信号または長い信号取得期間を必要とする他の信号（たとえば、ラマン信号）のいずれかに基づく診断に様々な用途を見出す。【選択図】図１

Description

本発明は、流体力学的集束方法、およびその方法の実行に特に適した流体力学的集束デバイスに関する。

流体力学的集束は、迅速な診断およびバイオセンサのようなマイクロ流体工学の分野において市販フローサイトメータならびに多くの他の用途にしばしば用いられる重要な技術である。これらのタイプの用途では、細胞が細い導管を通して導かれるにつれてカウントおよび／または分析され、レーザ光線中での破壊かまたは電気的な流れを生じて、それらを然るべき機器によって分析することができる。この目的のために十分に細い懸架された物理的導管を製造することは、導管の直径がほんの数マイクロメータでなければならないために難しい。それゆえに、シース流体の流れに由来する細い導管を画定するために流体力学的集束が用いられ、サンプル流体は、結果としてその導管中に注入される。シース流体およびサンプル流体が層流であり、それらの流速が十分に異なるならば、それらが混合することにはならず、分析のためにシースフローを用いてサンプルフローを十分に細いストリームに集束させることができる。

これらの目的のためにマイクロ流体の流体力学的集束デバイスを設けることが知られており、これらのデバイスが時には顕微鏡スライドのような基板上に設けられて、サンプルフローが基板の面に概して平行な面内に導かれる。

様々な流体力学的集束デバイスがこれまでに提案されたが、大部分は、サンプルフローの２次元的な閉じ込めを達成できるに過ぎない。サンプルフローの垂直（すなわち、サンプルフローの面に垂直な）方向における適切な閉じ込めの欠如が意味するのは、これらの既知の技術の大部分がサンプルフローにおける分析物の限られた制御しか提供しないことである。例えば、検出器によって分析物が見落とされ、それによって分析の精度および効率を損なう可能性がある。

これらの問題のいくつかに対処すべく、３次元的な流体力学的集束を提供するために様々な技術が開発されてきた。かかる例は、いわゆる「ディーン流れ（Ｄｅａｎ ｆｌｏｗ）」配置、サンプルフローをシースフローに対して垂直に注入するように構成された煙突様配置、および垂直方向の集束を達成するためにシースフローがサンプルフローの面に対して垂直または鋭角に導かれるマイクロ成形３Ｄ構造ＰＤＭＳデバイスを含む。しかしながら、分かったことは、これらの様々な技術が、サンプルフローに対して比較的大きな閉じ込めサイズを達成できるに過ぎず、微粒子／細胞特性に大きく依存し、製造中にデバイスの構造に生じた圧力の変動またはばらつきによって発生するような、流速のばらつきに影響されやすいことである。これらの制限は、集束されたサンプルフローの不十分な位置制御および不十分な位置精度をもたらす。そのうえ、これらのシステムでは流速が極めて高くなければならないため、取得時間が長い（すなわち、数ミリ秒より大きい）ときに光信号取得に関して問題を生じる可能性がある。加えて、シースフローをサンプルストリームに対して垂直または鋭角方向に導入すると、しばしばサンプルストリームの垂直および水平両方向の集束に同時に影響を及ぼし、サンプルストリームの形状および位置の制御不能につながりかねない。

流体力学的集束は、サンプルフロー流体に対して高いシースフロー流体の比率に依存するため、収集される集束されたサンプルは、一般に、シースフロー流体と混合することによって実質的に希釈される。これは、例えば、大きな集団内から識別された少数の細胞を選別または培養する手段として検出プロセスが用いられる場合には望ましくない。

本発明の第１の目的は、改良された流体力学的集束およびサンプル収集デバイスを提供することであり、本発明の第２の目的は、改良された流体力学的集束方法を提供することである。

本発明の第１の態様によれば、サンプル流体のストリームを３次元的に集束させるように構成された流体力学的集束およびサンプル収集デバイスが提供され、デバイスは、中心サンプルフロー入口チャンネルの周りに分布した少なくとも３つのシースフロー入口チャンネルのアレイであって、前記フロー入口チャンネルの各々がそれぞれの出口を有する、アレイと、中心サンプル出口収集チャンネルの周りに放射状に分布したシース出口収集チャンネルのアレイであって、前記出口収集チャンネルの各々がそれぞれの入口を有する、アレイと、前記出口と前記入口との間に位置する検出ゾーンを画定する検出チャンバとを備え、前記サンプルフロー入口チャンネルおよび前記サンプル出口収集チャンネルは、サンプルフロー入口チャンネルをその出口を経て出たサンプル流体のストリームが、検出ゾーンを通って、検出チャンバの向こう側へ、そしてサンプル出口収集チャンネル中へその入口を経て導かれうるように、前記検出チャンバを挟んで整列されて、互いに離隔され、各前記シースフロー入口チャンネルは、シースフロー入口チャンネルをその出口を経て出たシース流体のストリームが、検出チャンバの向こう側へ、そしてそれぞれのシース出口収集チャンネル中へその入口を経て導かれうるように、前記検出チャンバを挟んでそれぞれの前記シース出口収集チャンネルと整列されて、それらから離隔され、前記シースフロー入口チャンネルは、それぞれのシースストリームをサンプルフローチャンネル出口を出たサンプルストリームと接触させてそれに平行に導くように構成される。

随意的に、デバイスは、３つのシースフロー入口チャンネルおよび３つのシース出口収集チャンネルを有してもよい。

代わりに、デバイスは、４つのシースフロー入口チャンネルおよび４つのシース出口収集チャンネルを有してもよい。

デバイスは、４つより多いシースフロー入口チャンネルおよび４つより多い収集チャンネルを有することも可能である。

デバイスは、複数の個別的な前記サンプル出口収集チャンネルを有してもよい。

好都合には、デバイスは、基板上に形成されてキャピラリーチューブの複数の層またはアセンブリを有するマイクロ流体デバイスであってもよい。

デバイスが基板上に構築されるならば、サンプルフロー入口チャンネルおよび少なくともいくつかのシースフロー入口チャンネルは、各々がデバイス基板の面に平行なそれぞれの面内に延びてもよい。

本発明の第２の態様によれば、流体のサンプルストリームが収集のためにシース流体によって３次元的に集束される流体力学的集束およびサンプル収集方法が提供され、方法は、ｉ）サンプルストリームを集束させるために前記サンプルストリームを同時に前記シース流体の一組のシースストリームの間をそれらと接触して流す工程であって、前記一組のシースストリームは、中心に位置する前記サンプルストリームの周りに放射状に分布した、少なくとも３つの個々のシース入口ストリームを前記サンプルストリームの方へ導くことによって提供され、個々のシース入口ストリームが前記サンプルストリームに平行なそれらの流れの実質的な成分を有するような仕方で配置される、前記工程と、ｉｉ）結果として生じた集束されたサンプルストリームの下流側の収集と、ｉｉｉ）一組のシース出口ストリームの形態の前記シース流体の下流側の収集とを伴い、方法は、前記シースストリームの入口および／または出口流速を互いに独立して、およびサンプルストリームの流速から独立して調整するステップであって、それによってサンプルストリームの垂直および水平方向の集束および／または位置を独立して調整するステップを備える。

好ましくは、方法は、サンプル流体の前記集束されたストリームをサンプルストリームが分析される検出チャンバ中の検出ゾーンを通して導くために用いられる。

有利には、前記サンプルストリームは、前記シースストリームと接触する前にサンプルフロー入口チャンネルに沿って導かれ、シース入口ストリームは、前記サンプルストリームと接触する前にそれぞれのシースフロー入口チャンネルに沿って導かれ、シースフロー入口チャンネルは、前記サンプルフロー入口チャンネルの周りに分布したアレイ状に設けられる。

好都合には、前記集束されたサンプルストリームは、サンプル出口収集チャンネルにおいて収集され、シース出口ストリームは、シース出口収集チャンネルにおいて収集される。

前記シースストリームの前記入口および／または出口流速は、前記サンプルストリームをサンプル出口収集チャンネル中へ集束させて導くように調整されてもよい。

随意的に、集束されたサンプルストリームは、複数の前記サンプル出口収集チャンネルのうちの１つの中へ選択的に導かれる。

有利には、サンプル検出ゾーンの下流側に置かれたシースフロー出口収集チャンネルによるシースフロー・ストリームの一部分の除去がサンプルフロー収集チャンネルによって収集される対象となるサンプルストリームの希釈を著しく低減させる。収集されたサンプルが余りに希薄であれば、検出ゾーンにおける分析から得られる情報を用いたこの収集されたサンプルストリーム中の粒子の希少な、およびそれほど希少でない種への選別、もしくは他の目的のための粒子の回収がいずれも不利になりうる。

検出チャンバは、サンプルフロー入口チャンネルの出口と該または各サンプル出口収集チャンネルのそれぞれの入口との間に画定されてもよい。

随意的に、３つの前記シースフローが設けられてもよい。

代わりに、４つの前記シースフローが設けられてもよい。

４つより多いシースフローを設けることも可能である。

好ましくは、サンプルフローチャンネルに沿ったサンプルストリームの流速は、１０μｍ／ｓと１０ｍ／ｓとの間である。

好都合には、方法は、マイクロ流体である。

第２の態様の方法が第１の態様によるデバイスを用いて行われてもよい。

本発明の別の態様によれば、流体のサンプルストリームがシース流体によって３次元的に集束される流体力学的集束方法が提供され、方法は、前記サンプルストリームを同時にｉ）前記シース流体の別々の平行な上部および下部シースストリーム、およびｉｉ）前記シース流体の一対の平行な側面シースストリームの間をそれらと接触して流すステップを備え、すべての前記シースストリームは、前記サンプルストリームの流れの方向に平行である。

本発明のさらなる態様によれば、サンプル流体のストリームを３次元的に集束させるように構成された流体力学的集束デバイスが提供され、デバイスは、出口を有して、直線状上部シースフローチャンネルと直線状下部シースフローチャンネルとの間に配置された直線状サンプルフローチャンネルを備え、前記上部および下部シースフローチャンネルは、いずれもサンプルフローチャンネルに平行であり、それぞれの上部および下部シースストリームをサンプルフローチャンネル出口を出たサンプルストリームと接触させてそれに平行に導くように構成されたそれぞれの出口を有し、デバイスは、サンプルフローチャンネルの両側に配置されて、側面シースストリームをサンプルストリームと接触するように導くために構成された一対の側面シースフローチャンネルをさらに備える。

本発明がより容易に理解されるように、そしてそのさらなる特徴が理解されるように、次に本発明の実施形態が例として添付図面を参照して記載される。

集束されたサンプルストリームがデバイスを通して流れる、本発明による例示的なデバイスを示す概略ｘ−ｙ−ｚ投影図である。 図１のデバイスを示す概略ｘ−ｙ投影図である。 図１および図２に見られる集束されたサンプルストリームを上部および下部シースフローと組み合わせて示す概略断面図である。 本発明によるデバイスの部分をその製造中の平面図で示す。 製造方法の態様を示す概略断面図である。 製造中のある段階におけるデバイスの上面図である。 図６に全般的に対応するが、完成されたデバイスを示す図である。 本発明によるデバイスの部分を示す、上図からの、拡大明視野図である。 図８に全般的に対応するが、蛍光下で撮られたデバイスを通して流れるサンプルストリームを示す図である。 図９と同様であるが、図９に示されるのとは異なるシースフロー条件の影響下におけるサンプルストリームを示す図である。 デバイスの詳細な領域を示す、上図からの、明視野画像である。 それぞれｙ−ｘ、ｚ−ｘおよびｚ−ｙ平面内の３つの共焦点画像を備え、ｚ方向に集束されないサンプルストリームを示す。 図１２に全般的に対応するが、等しい上部および下部シースストリームによってｚ方向に集束されたサンプルストリームを示す３つの共焦点画像を備える。 図１３に全般的に対応するが、より速い等しい上部および下部シースストリームによってｚ方向に集束されたサンプルストリームを示す３つの共焦点画像を備える。 図１４に全般的に対応するが、さらにより速い等しい上部および下部シースストリームによってｚ方向に集束されたサンプルストリームを示す３つの共焦点画像を備える。 図１４に全般的に対応するが、下部シースストリームが上部シースストリームより４倍速い上部および下部シースストリームによってｚ方向に集束されたサンプルストリームを示す３つの共焦点画像を備える。 図１５に全般的に対応するが、下部シースストリームが上部シースストリームより２倍速い上部および下部シースストリームによってｚ方向に集束されたサンプルストリームを示す３つの共焦点画像を備える。 集束されたサンプルストリームを受け取る、デバイスの収集チャンネル 図１８の収集チャンネルの下流側の選別配置を示す蛍光画像であり、サンプルストリームが第１の方向に導かれることを示す。 図１９に全般的に対応するが、サンプルストリームが第２の方向に導かれることを示す画像である。 本発明の別の実施形態によるデバイスを製造するために用いることができる多数のガラス・キャピラリーチューブのアセンブリを示す斜視図である。 デバイス用に２つのサブアセンブリを形成するために用いられる引っ張りおよび分離プロセス後の図２１のキャピラリーチューブ・アセンブリを示す上面図である。 図２２と同様であるが、相互接続用ガラスチューブの両端に挿入された２つのサブアセンブリを示す図である。 図２３の矩形Ａで示される領域をさらに詳細に示す拡大図である。 図２２と同様であるが、キャピラリーチューブに基づくデバイスの別の構成を示す図である。

次に図面をより詳細に考慮すると、図１および２は、本発明による例示的な多層フロー集束デバイス１を示す。本デバイスは、その使用目的およびその構築のために選択される材料に依存して、例えば、フォトリソグラフィ、ラミネート加工、３Ｄ印刷、マイクロ成形、射出成形またはキャピラリーチューブのアセンブリのような任意の便利な技術によって製造できる。

図１および２に示されるような、デバイス１の一実施形態では、以下により詳細に記載されるように、チャンネル構造を支持するために顕微鏡スライドのような平面基板２を用いることができ、好都合には、かかるデバイスを製造するためにフォトリソグラフィを採用した方法を用いることができる。

デバイス１は、３つの個別的で平行な直線状フローチャンネルが垂直方向に（すなわち、基板２の面に垂直なｚ方向に）積層された配置を含み、基板２に近位の下部チャンネル３、中間チャンネル４、および基板２に遠位の上部チャンネル５を備えることに留意すべきである。下部および上部フローチャンネル３、５は、シース流体のそれぞれの下部および上部ストリームを、中間チャンネル４を通して導かれることになるサンプル流体のより遅く流れるストリームと接触させるために設けられる。下部チャンネル３は、従って下部シースフロー入口チャンネルを表し、中間チャンネル４は、従ってサンプルフロー入口チャンネルを表し、上部チャンネル５は、従って上部シースフロー入口チャンネルを表す。すべての入口チャンネル３、４、５は、基板２の面に平行であるように配置される。

いくつかの実施形態において想定されるのは、下部および上部シース入口フローチャンネル３、５がおよそ１５μｍの高さを有してもよく、一方でサンプルフロー入口チャンネル４がおよそ１０μｍの高さを有してもよいことである。

図１に示される実施形態では、下部シースフロー入口チャンネル３は、完全に直線状であり、基板２の一端における入口６から基板２に対して概して中央にある検出ゾーン８に隣接して位置する出口７へ延びる。しかしながら、中間サンプルフロー入口チャンネル４は、図１および２の実施形態ではクランクしており、その結果、入口９からチャンネル４の主要な縦方向直線状領域へ横方向に延びる領域を有することが示される。サンプルフロー入口チャンネル４は、その主要な直線状領域の反対端に出口１０を有し、出口１０は、下部シースフロー入口チャンネル３の出口７から少し間隔をあけて配置される。同様に、上部シースフロー入口チャンネル５もクランクしており、入口１１からチャンネル５の主要な直線状領域へ横方向に延びる領域を有する。上部シースフロー入口チャンネル５もその主要な直線状領域の反対端に出口１２を有し、上部出口１２は、サンプルフロー出口１０から少し間隔をあけて配置される。しかし、当然のことながら、３つのチャンネルがそれらのそれぞれの入口を他のところに有するように構成することができ、本発明の実装にとって第一義的に重要なのは、それらの主要な直線状領域の方位が平行なことである。

図２に最も明らかに示されるように、出口１０のすぐ上流側に（すなわち、図２に示される方位では左に）位置するサンプルフロー入口チャンネル４の領域は、チャンネルが出口１０に向かって細くなるようにテーパが付けられる。いくつかの実施形態では、サンプルフロー入口チャンネルの出口１０は、その寸法が１５μｍ×１５μｍであるように、およそ１５μｍの幅であってもよいことが提案される。

検出ゾーン８を挟んで積層されたシースフロー入口チャンネル３、５および中間サンプルフロー入口チャンネル４から間隔をあけて配置された、３つの対応する個別的な出口収集チャンネル１３、１４、１５が設けられる。積層された出口収集チャンネルは、下部シース出口収集チャンネル１３、中間サンプル出口収集チャンネル１４、および上部シース出口収集チャンネル１５を備え、そして各々が前述のフロー入口チャンネル３、４、５のうちのそれぞれ１つに対応する。そのうえ、これは本質的な特徴ではないが、示される配置における出口収集チャンネル１３、１４、１５は、各々がそれらのそれぞれのフロー入口チャンネル３、４、５の（検出ゾーン８を通過する検出横方向検出面１６についての）鏡像として構成されることに気づくであろう。

下部シース出口収集チャンネル１３は、従って、検出ゾーン８を挟んで下部シースフロー入口チャンネル３の出口７から離隔した入口１７を有し、入口１７は、従って、入口１７に向かって下部シースフロー入口チャンネル３から検出ゾーン８の向こう側へ導かれたシースストリームを受け取るように構成される。同様に、中間出口収集チャンネル１４は、検出ゾーン８を挟んでサンプルフロー入口チャンネル４の出口１０に対して離隔した関係に配置された入口１８を有し、従って、入口１８は、入口１８に向かってサンプルフロー入口チャンネル４から導かれたサンプルストリームを受け取るように構成される。同様に、上部出口収集チャンネル１５は、検出ゾーン８を挟んで上部シースフロー入口チャンネル５の出口１２に対して離隔した関係に配置された入口１９を有し、入口１９は、従って、入口１９に向かって上部シースフロー入口チャンネル５から導かれたシースストリームを受け取るように構成される。

デバイス１は、一対の側面チャンネル２０、２１をさらに備え、側面チャンネル２０、２１は、実質的に互いに等しい構成であり、積層されたシースおよびサンプルフロー入口チャンネル３、４、５の両側に位置する。側面チャンネルは、シース流体のそれぞれの流れを側面チャンネル２０、２１に沿った方向付けのために受け取るように構成されたそれぞれの入口２２、２３を有する。気付くであろうように、側面チャンネル２０、２１は、サンプルフロー入口チャンネル４ならびに上部および下部シースフロー入口チャンネル３、５より著しく大きい内部断面高さを有する。実際、側面チャンネル２０、２１は、好ましくは、積層されたシースおよびサンプルフロー入口チャンネル３、４、５全体を組み合わせた高さにおよそ等しいか、またはそれより少し大きい高さを有する。

図１および２に示される実施形態では、側面チャンネルの入口領域は、各々がそれぞれの側面シースフロー入口チャンネル２０ａ、２１ａを画定し、それぞれの概念的な出口を経て、検出ゾーン８へ開かれた、それぞれのより大きな中心チャンバ２４、２５中へ開かれている。検出ゾーン８の下流側では、側面チャンネル２０、２１は、それらのチャンバ２４、２５からそれぞれの概念的な入口を経てそれぞれの出口領域２６、２７に向かって細くなる。出口領域２６、２７は、それぞれの側面シース出口収集チャンネルを画定し、各々がそれぞれの出口２８、２９において終結する。側面チャンネルの出口領域２６、２７は、入口領域２０ａ、２１ａと同様の構成であり、従って、側面チャンネルの出口領域２６、２７が積層された出口収集チャンネル１３、１４、１５の両側に位置することに気付くであろう。

以下により詳細に説明されるように、デバイス１のユニークな構成、および特に平行な下部および上部シースフロー入口チャンネル３、５ならびに中間サンプルフロー入口チャンネル４のその積層されたアレイは、すべてが側面シースフローチャンネル２０、２１の間に位置し、垂直および水平方向における流れの集束を効果的に分離して、サンプルフローストリームの垂直および水平方向の集束ならびに垂直および水平位置の独立制御を許容する。サンプルフロー入口チャンネル４の中心領域に沿って軸方向に見たときに、シースフロー入口チャンネル３、５、２０、２１の中心領域が中心サンプルフロー入口チャンネル４の周りに概して放射状に実効的に分布することに気付くであろう。

図３に概略的に示されるように、使用中に、適切なシース流体の下部および上部シースフロー３０、３１が同時にそれぞれ下部および上部シースフロー入口チャンネル３、５に沿って導かれる。同時に、シース流体の側面シースフロー（図３に示されない）が側面シースフローチャンネル２０、２１を通して同じ方向に（すなわち、図に示される方位では左から右へ）、それらの入口領域２０ａ、２０ｂを通してそれらのそれぞれの中心チャンバ２４、２５中に導かれ、一方ではサンプルストリーム３２が中間フロー入口チャンネル４に沿ってやはり同じ方向に導かれるであろう。これらの同時の多数の流れから生じたサンプルストリーム３２が図１および２の影付き領域に概略的に示される。

それゆえに当然のことながら、下部および上部シースフロー３０、３１は各々、サンプルフロー３２がその出口１０を経て中間フロー入口チャンネル４を出る方向に実質的に平行な方向に出口７、１２を経てそれらのそれぞれのフロー入口チャンネル３、５を出ることになろう。結果として生じる下部および上部シースストリーム３０、３１は、従って、それらの間のサンプルストリームと平行なように接触し、垂直方向（すなわち、示されるようなｚ方向）の成分は、ないかまたは無視できるほどである。

側面シースフローはいずれもサンプルストリーム３２と概して平行に接触し、サンプルストリーム３２は、検出ゾーン８にわたって、下部および上部シースストリーム３０、３１の間に閉じ込められる。示される側面シースフロー入口チャンネル２０、２１、および特にそれらの中心チャンバ２４、２５の構成は、側面シースストリームが横向き（ｘ）方向の小さい成分を伴ってサンプルストリーム３２と接触するように導入されるであろう、ということを意味することに気付くであろうが、これが生じるのは、サンプルストリーム３２が下部および上部シースストリーム３０、３１によってすでに垂直方向に閉じ込められた、サンプルストリーム３２に沿った箇所においてであろう。そのうえ、これらの小さい横向き成分は、それらが反対向きのために相殺し合うであろう。サンプルストリーム３２は、従って、下部および上部シースストリーム３０、３１の間および側面シースストリームの間を検出ゾーンの向こう側へ、そしてサンプル出口収集チャンネル１４の入口１８の方へ導かれる。

中間サンプルフローチャンネル４を通して導かれるサンプルストリーム３２に対して、それらのそれぞれのフロー・チャンネル３、５、２４、２５を通る下部、上部および側面シースストリームを注意深く制御することによって、以下により詳細に記載されるように、サンプルストリーム３２を基板２の面に対して垂直および水平方向の両方に集束されることができて、検出ゾーン内のその垂直および水平位置を独立して制御できる。

先に示されたように、本発明の集束デバイス１は、好都合にはフォトリソグラフィ技術によって製造されてもよい。１つのかかる提案は、ＳＵ−８ネガティブフォトレジストとＡＺ４５６２ポジティブフォトレジストの犠牲層とを含む。

集束デバイス１、および特に平行なフローチャンネル３、４、５のその積層されたアレイを製造するために提案される基本的なフォトリソグラフィ・スキームは、以下の通りであり、図４および５を顧慮して、ｉ）カバーガラスまたは顕微鏡スライドのような基板２が最初にアセトンおよびメタノールを用いて清浄化され、ｉｉ）ＡＺ４５６２フォトレジストの第１の犠牲層３３が次にスピンコーティング技術によって基板２に塗布され、ｉｉｉ）下部シースフロー入口チャンネル３を画定するために犠牲層３３が次にマスクを通してＵＶ放射に露光されて、その後にそれ自体は既知のタイプの適切な現像プロセス、および次にＵＶ放射を用いたさらなるフラッド露光ステップが続き、ｉｖ）ＳＵ−８の層３４が次にスピンコーティングによって犠牲層３３の上に形成されて、その後にマスクを通してのＵＶ露光および現像ステップが続き、ｖ）図５に概略的に示されるように、ステップｉｉ〜ｉｖが次にそれぞれ中間サンプルフロー入口チャンネル４および上部シースフロー入口チャンネル５について２回繰り返されて、ｖｉ）ＡＺ４５６２犠牲層を除去するためにデバイス全体が次にアセトンに浸漬されて、それによって多層デバイス１が作り出される。

マイクロ流体デバイス分野の当業者には当然のことながら、上記の製造プロセスから生じた集束デバイス１をＳＵ−８の最上層に塗布したリッド（図示されない）によって包み込む必要がある。この点に関して分かったことは、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ：Ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ）から形成したリッドがその高透明性および生産の容易さゆえに理想的なことである。しかしながら、ＳＵ−８とＰＤＭＳとの間の通常は弱い結合を前提として、デバイス１におけるＳＵ−８の最上層にポリ（ジシラニレンエチニレン）（ＰＤＳＥ：Ｐｏｌｙ（ｄｉｓｉｌａｎｙｌｅｎｅｔｈｙｎｙｌｅｎｅ））の薄層を塗布することが提案され、本発明者らは、この薄層がＳＵ−８とＰＤＭＳとの間の結合強度を著しく改善することを見出した。透明なＰＤＭＳリッドをＳＵ−８の最上層にこのようにしっかりと接着させてデバイス１を完成させることができる。

図６は、犠牲ＡＺ４５６２層の除去前の部分的に完了した状態の例示的なプロトタイプ・デバイス１を示す。図７は、全般的に対応するが、犠牲ＡＺ４５６２の除去後の出来上がったデバイス１を示す。それぞれ下部シースフロー入口チャンネル３、中間サンプルフロー入口チャンネル４、および上部シースフロー入口チャンネル５へのそれぞれの入口６、９、１１（図６および７に示される実施形態では対で設けられる）が図６および７に示される方位ではデバイス１の左手側に示され、この点に関して入口６、９、１１が図１および２に図示される配置に示された入口とは少し異なる位置にあることを付記する。気付くであろうように、各対の入口６、９、１１は、それぞれのフロー入口チャンネル３、４、５のそれぞれの入口領域と直接に流体連結しており、それらの直線状で平行な上記の構成を採用するために、次に、検出ゾーン８の上流側で一緒になる。２つの側面シースフローチャンネル２０、２１の入口２２、２３も図７に示されるデバイスの左手側の方に示される。

デバイス１の右手側には、図６および７に示されるように、下部、中間、および上部出口収集チャンネル１３、１４、１５が見られ、これらのチャンネルは、各々が検出ゾーン８のすぐ下流側では直線状であり、互いに積層されるが、次に、それぞれの出口３５、３６、３７に向かって異なる方向に分岐する。加えて、図６および７に示される実施形態では、サンプル出口収集チャンネル１４が一対の個別的な選別チャンネル１４ａ、１４ｂに２枝に分かれて、その各々がそれぞれの出口を有する。

次に図８〜１０を考慮して、本発明のデバイス１の機能性および関連する方法に係わるさらなる詳細が次に記載される。この点に関して留意すべきは、図８がデバイス１の検出ゾーン８の上図からの拡大明視野画像を表し、積層された下部、中間および上部フロー入口チャンネル３、４、５の出口７、１０、１２、側面フローチャンネル２０、２１の入口および出口領域の間のそれらの中心チャンバ２４、２５、ならびに積層された下部、中間および上部出口収集チャンネル１３、１４、１５の入口１７、１８、１９を示すことである。

先に既に説明されたように、デバイス１は、通常、シース流体の流れを下部フロー入口チャンネル３、上部フロー入口チャンネル５、および２つの側面シースフローチャンネル２０、２１を通して同時に導くことによって用いられることになり、一方でサンプル流体の流れは、中間サンプルフロー入口チャンネル４を通して導かれる。しかしながら、説明のために、図８と同じ視点からの蛍光画像である図９および１０は、サンプル流体が中間サンプル入口チャンネル４を通して導かれ、シース流体が２つの側面シースフローチャンネル２０、２１、結果としてそれらの中心チャンバ２４、２５のみを通して導かれるデバイス１を示す。これは、側面フローチャンネル２０、２１を通るシース流体の流れのみを制御することによって、デバイス１がサンプルフロー入口チャンネル４の出口１０から検出ゾーン８の向こう側へ導かれるサンプルストリーム３２を集束させる能力を示すためである。この点に関して留意すべきは、側面チャンネル２０、２１を通して導かれる水のより早く流れるシースフローの作用下でローダミン水溶液のサンプルストリーム３２が水平方向（すなわち、基板２の面に平行なｘ方向）に集束されることを図９および１０が示すことである。図９は、側面チャンネル２０、２１を通る第１のシース流速によってサンプルストリーム３２に付与された水平方向の集束の度合いを示し、一方で図１０は、側面チャンネル２０、２１を通る第２のより高いシース流速によってサンプルストリーム３２に付与された水平方向の集束の度合いを示す。気付くであろうように、いずれのケースでも、検出ゾーン８の向こう側へより速く流れる側面シースストリーム（蛍光画像では見えない）と、より遅く流れるサンプルストリーム３２との間の接触は、サンプル流体を細いシースストリーム３２に集束させるために効果的である。図１０では側面チャンネル２０、２１を通るシースフローは、さらにより速く、サンプルストリーム３２が水平（ｘ）方向にさらにより強く集束されることに気付くであろう。従って、当然のことながら、サンプルフローに対して側面シースフローの速度を制御することによって、サンプルストリーム３２の水平方向の集束の度合いを調整して制御することができる。そのうえ、以下により詳細に説明されるように、２つの側面フローチャンネル２０、２１を通るシース流体の流速を互いに独立して変化させて制御することによって、それらの間の集束されたサンプルストリーム３２の水平位置を調整して制御できる。

同様の仕方で、下部および上部シースフロー入口チャンネル３、５を通るシース流体の流れを独立して変化させて制御することによって、サンプルストリーム３２の垂直方向の集束および位置も制御できる。これは、好都合には図１１〜１７を参照して示される。

図１１ａは、検出ゾーン８中へ開いた、サンプルフローチャンネル出口１０の領域を示す、上図からの、拡大明視野画像である。図１１ａより下の列に配置された、図１２ａ〜１７ａは、図１１ａと同じ視点からの蛍光画像であり、側面シースフローチャンネル２０、２１ならびに下部および上部シースフロー入口チャンネル３、５を通る側面、下部および上部シース流速の様々に異なる組み合わせから生じたサンプルストリーム３２を示す。図１２ｂ〜１７ｂは、図１２ａ〜１７ａに対応するが、図１１ａにおける検出ゾーン８を通る破線３８からのＸ−Ｚ面で見られるような、結果として生じたサンプルストリーム３２を示す。図１２ｃ〜１７ｃも図１２ａ〜１７ａに対応するが、図１１ａにおいて検出ゾーン８を通る破線３９からのＹ−Ｚ面で見られるような、結果として生じたサンプルストリーム３２を示す。

図１２ａ〜ｃは、下部または上部シースフロー入口チャンネル３、５のいずれかを通るシースフローは何もないが、２つの側面フローチャンネル２０、２１を通る流速が等しいことから生じた、検出ゾーンを通して垂直（Ｚ）方向に全く集束されない状態のサンプルストリーム３２を示す。それゆえに気付くであろうように、サンプルストリーム３２は、水平ｘ方向に集束されるが、垂直ｚ方向には全く集束されない。

図１３ａ〜ｃは、下部および上部シースフロー入口チャンネル３、５を通るシース流体の等しい（０．５μｌ／ｍｉｎ）流れから生じた集束された状態のサンプルストリーム３２を示す。

図１４ａ〜１４ｃは、下部および上部シースフロー入口チャンネル３、５を通るシース流体の等しいがより速い（１μｌ／ｍｉｎ）流れから生じたより強く集束された状態のサンプルストリームを示す。このフロー・レジームにおけるサンプルストリーム３２のより強い集束は、図１４ｂを図１３ｂと、さらに図１４ｃを図１３ｃと比較することによって明らかにわかる。

図１５ａ〜１５ｃは、下部および上部シースフロー入口チャンネル３、５を通るシース流体の等しいがさらにより速い（２μｌ／ｍｉｎ）流れから生じたさらにより強く集束されたサンプルストリーム３２を示す。

図１６ａ〜１６ｃは、下部および上部シースフロー入口チャンネル３、５を通るシース流体の等しくない流れから生じた、異なって集束された状態のサンプルストリームを示す。特に、これらの図は、下部チャンネル３を通るシース流体の流速が上部チャンネル５を通るシース流体の流速より４倍大きいときに生じた状況を示す。示される特定の条件では、下部シース流速が４μｌ／ｍｉｎであり、一方で上部シース流速が１μｌ／ｍｉｎである。図１７ａ〜１７ｃは、同様の条件を示し、下部シース流速が４μｌ／ｍｉｎのままであるが、上部シース流速を２μｌ／ｍｉｎまで少し増加させた。特に図１６ｃおよび１７ｃから気付くであろうように、より速い下部シースフローは、集束されたサンプルストリーム３２が検出ゾーン内で少し上昇することを促す効果を有する。相対的な下部および上部シース流速を独立して制御することによって、集束されたサンプルストリーム３２の垂直位置を制御して「操舵する」できる。同様の方法で、側面フローチャンネル２０、２１を通る相対的な側面シースフローを独立して制御することによって、集束されたサンプルストリーム３２の水平位置も制御して「操舵する」できる。

それゆえに当然のことながら、本発明のデバイス１および方法は、サンプルストリーム３２の垂直および水平両方向の集束、およびさらに検出ゾーン内のサンプルストリーム３２の垂直および水平位置の適応制御を許容する。これは、検出ゾーン８を通るサンプルストリーム３２の正確な検出および分析のための非常に正確な方向付けを許容し、かつサンプルストリームがサンプル出口収集チャンネル１４の入口１８へ正確に向けられることも可能にして、ミスアラインメントならびに出口収集チャンネル１４によるシース流体の捕捉から生じるサンプルストリームの結果的な希釈のリスクが低減されるため、先行技術の配置および方法に優る重要な利点を表す。シースフローストリームは、結果として、組み合わされた流れから効果的に取り除かれて、サンプル収集チャンネル１４中ではなく、シースフロー収集チャンネル中へ導かれる。そのうえ、想定されるのは、デバイス１の代わりの実施形態が（例えば、垂直および／または水平アレイに配置された）１つより多い個別的なサンプル収集チャンネル１４を有してもよいことであり、それらのケースでは、サンプルストリーム３２のこの正確な制御がサンプルストリーム３２を異なる収集チャンネルへ選択的に導くために用いられてもよい。

図１８は、サンプル出口収集チャンネル１４の入口１８をより詳細に示し、集束されたストリーム３２が入口を通して収集チャンネル１４中へ正確に導かれることを示す。気付くであろうように、実際の入口１８のすぐ下流側の収集チャンネル１４の入口領域は、真直ぐであり、サンプルストリーム３２が導かれたサンプルフロー入口チャンネル４に実質的に平行である。そのうえ、サンプルストリーム３２を先に記載された仕方で正確に集束させて制御することによって、サンプルストリームを高精度で収集チャンネル１４の縦軸に平行な方向に入口１８を通してサンプル出口収集チャンネル１４中へ導くことができる。これは、そうでない場合にはサンプルストリーム３２の集束を乱して検出および分析に潜在的に影響を及ぼすであろう、デバイス１の検出ゾーン８における、収集チャンネルのすぐ上流側での集束されたサンプルストリーム３２中の擾乱の生成を回避するのに役立つ。

図１９および２０は、いずれもサンプル出口収集チャンネル１４の２枝に分かれた領域を示し、先に簡潔に述べたように、チャンネル１４は、検出ゾーン８の下流側のサンプル流体の選択的な選別および収集のために２つの個別的な選別チャンネル１４ａ、１４ｂに分かれる。図１９は、サンプルストリームが上側の選別チャンネル１４ｂ中へ偏向されることを示し、一方で図２０は、サンプルストリームが下側の選別チャンネル１４ａ中へ導かれることを示す。それ自体は既知の仕方でストリームに圧力変化を適用することによって、サンプルストリーム３２をこのように制御して、いずれかの選別チャンネル１４ａ、１４ｂ中へ選択的に導くことができる。しかしながら、検出ゾーン８と、サンプル出口収集チャンネル１４の選別チャンネル１４ａ、１４ｂへの分岐の上流側のその真直ぐな領域とを通る、サンプルストリーム３２の高度な集束および位置制御が意味するのは、これらの制御用圧力変化が、検出ゾーン８におけるサンプルストリーム３２を乱すことにならず、サンプルストリーム３２は、最小限の擾乱を伴って強く正確に集束されたままであろうということである。

実験によって分かったことは、下部および上部シースフローが中間サンプルフロー入口チャンネル４に沿ったサンプル流体の流速の少なくとも２倍、および最も好ましくはそれよりおよそ５倍大きい流速でそれらのそれぞれの下部および上部フロー入口チャンネル３、５に沿って導かれたときに、サンプルストリーム３２の最も正確な集束および制御を上記の仕方で達成できることである。さらに分かったことは、側面フローチャンネル２０、２１に沿った側面シースフローの流速が下部および上部入口チャンネル３、５における下部および上部シースフローの流速より大きいときに、著しく改善されたサンプルストリーム３２の集束および制御を達成できることである。

デバイスの具体的な実施形態を参照し、および特にフォトリソグラフィ技術によって製造されたデバイスを参照して本発明が先に記載されたが、当然のことながら、他の実施形態によるデバイスが少し異なる構成を有してもよく、および／または異なる技術によって製造されてもよい。１つのかかる例が図２１〜２４を参照して次に記載される。

図２１は、５つの平行なガラス・キャピラリーチューブ４１〜４５を備えるアセンブリ４０を示す拡大図である。キャピラリーチューブは、それらの長さに沿って融合されるか、そうでない場合には一緒に接合されてもよく、それらのうちの４つ４１〜４４は、チューブの整列軸に対して垂直な面内にある概念的な四辺形の隅にあり、５番目のチューブ４５は、他のチューブの間の中心に位置するように配置される。

図２２は、アセンブリ４０が引っ張られ、「隅」のキャピラリーチューブ４１〜４４の両端が（実質的に真直ぐなままの）中心チューブ４５から外向きに離されたように操作されて、次に、結果として生じた配置が「隅」のチューブ４１〜４４の移動が実質的に何も起こらなかった真ん中で分割された後の図２１のキャピラリーチューブ・アセンブリ４０を示す。当初のアセンブリ４０が分割された箇所における概念的な対称面４８について互いに鏡像を表しうるサブアセンブリ４６、４７がこのように形成される。サブアセンブリ４６、４７は、図２２では互いに少し離隔して示される。示される方位では、左手のサブアセンブリ４６が入口部を表し、右手のサブアセンブリ４７が出口部を表す。

従って当然のことながら、入口部４６は、中心に位置して概して直線状の入口キャピラリーチューブ４５ａ、およびその周りに放射状に分布した４つの集まる入口キャピラリーチューブ４１ａ、４２ａ、４３ａ、４４ａを備える。すべての入口チューブは、（示される方位では）それらの左手端部にそれぞれの入口開口、およびそれらの右手端部にそれぞれの出口開口を有する。

同様に、出口部４７は、中心に位置して概して直線状の出口キャピラリーチューブ４５ｂ、およびその周りに放射状に分布した４つの広がる出口キャピラリーチューブ４１ｂ、４２ｂ、４３ｂ、４４ｂのアレイを備える。すべての出口チューブは、（示される方位では）それらの左手端部にそれぞれの入口開口、およびそれらの右手端部にそれぞれの出口開口を有する。

次に図２３を考慮すると、２つのサブアセンブリがある長さのガラスチューブ４９によって、それらのそれぞれの細い端部で、相互接続されることが示される。ガラスチューブ４９は、各サブアセンブリ４６、４７の細い端部を示されるようなガラスチューブ４９のそれぞれの端部中へしっかりと挿入できるように断面が正方形または矩形であってもよい。これらのサブアセンブリは、入口キャピラリーチューブ４１ａ〜４５ａの出口開口が出口キャピラリーチューブ４１ｂ〜４５ｂの入口開口から間隔をあけて配置されるように軸方向に、短い距離、離隔したままである。中心入口および出口キャピラリーチューブ４５ａ、４５ｂは、互いに軸方向に整列され、入口部４６の集まる入口キャピラリーチューブ４１ａ〜４４ａの各々も出口部４７のそれぞれの広がる出口キャピラリーチューブ４１ｂ〜４４ｂと整列される。提案されるのは、入口および出口部４６、４７がガラスチューブ４９内の所定の位置に固定されてもよいことであり、示される実験配置では、熱収縮チュービング５０および接着剤を用いてこれが達成された。

次に図２３ではＡと表されるエリアをより詳細に示す拡大図である図２４を考慮すると、ガラスチュービング４９が検出チャンバ５１を実効的に形成し、その中で入口キャピラリーチューブ４１ａ〜４５ａの出口開口と、出口キャピラリーチューブ４１ｂ〜４５ｂの入口開口との間に画定されたスペース５２が、図１〜８を参照して先に記載された実施形態の検出ゾーン８と同様の検出ゾーンを画定することが理解されるであろう。そのうえ、中心入口キャピラリーチューブ４５ａが（前述の実施形態の中間入口チャンネル４に類似した）サンプルフロー入口チャンネルを画定し、中心出口キャピラリーチューブ４５ｂが（前述の実施形態の中間出口収集チャンネル１４に類似した）サンプル出口収集チャンネルを画定し、一方では外側入口キャピラリーチューブ４１ａ〜４４ａがそれぞれのシースフロー入口チャンネルを画定し、そして外側出口キャピラリーチューブ４１ｂ〜４４ｂが対応するそれぞれのシースフロー出口収集チャンネルを画定することも理解されるであろう。

提案されるのは、それぞれの流体フローをチューブに沿って検出ゾーン５２の向こう側へ導くために、入口キャピラリーチューブ４１ａ〜４５ａへの入口開口が然るべき上流ポンプ配置に接続されてもよく、一方では出口チューブ４１ｂ〜４５ｂの出口開口が図２３に示されるデバイスの下流側で然るべき選別配置に接続されてもよいことである。

それゆえに当然のことながら、先に記載され、特に図２３および２４に示されるデバイスは、前述の実施形態と実質的に同じ仕方で機能するであろう。特に、サンプル流体が入口キャピラリーチューブ４１ａ〜４４ａを通して導かれるそれぞれのシースストリームの間を中心入口チャンネル４５ａの出口開口から検出ゾーン５２の向こう側へ導かれるときに、サンプル流体を収集のために４つのシースフローストリームの独立制御および調整を通じて集束させて、中心出口キャピラリーチューブ４５ｂの入口開口中へ正確に導くことができる。

分かったことは、本発明のデバイスおよび方法が最低値で１０μｍ／ｓから１０ｍ／ｓまでの広範囲のサンプル流速にわたって安定なサンプルストリームの達成を許容することであり、これは、本デバイスおよび方法を（例えば、蛍光信号に基づく）迅速な検出を必要とするシステムおよび技術、ならびにより長い信号取得期間を必要とする他のシステムおよび技術（例えば、ラマンまたは他の分光学的検出技術）に用いることを可能にする。それゆえに、広範囲の用途、分析機器または化学処理デバイスに本発明を用いることができる。

その周りに分布した４つのシースフローストリームのアレイの間のサンプルストリームの方向付けを許容し、それを含むデバイスおよび方法を具体的に参照して本発明が先に記載されたが、留意すべきは、他の実施形態ではより多数またはより少数のシースストリームを用いることが可能なことである。しかしながら、サンプルフローストリームの十分に正確な３次元的集束および制御を可能にするために不可欠なのは、中心サンプルフローチャンネルの周りに分布した少なくとも３つのシースフローストリーム（およびもちろんそれらの方向付けに必要なフローチャンネル）を設けることであると考えられる。例えば、図２１〜２４を参照して先に記載された実施形態は、４つのシースフローストリームの方向付けおよび収集のために、概念的な四辺形の角に配置された、４つの外側入口キャピラリーチューブ４１ａ〜４４ａおよび４つの外側出口キャピラリーチューブ４１ｂ〜４４ｂを有するが、想定されるのは、３つのシースフローストリームの方向付けおよび収集のために、概念的な三角形の角に配置された、３つの外側入口キャピラリーチューブおよび３つの対応する外側出口キャピラリーチューブを用いてかかるデバイスの変形形態を提供できるであろうということである。かかる配置の例が、同一または等価な部分を示すために図２１〜２４の配置と関連して先に用いられた同じ参照番号を用いて、図２５を参照して以下に記載される。

図２５は、アセンブリを通して軸方向に延びるスペースを画定するように配置された３つの平行なガラス・キャピラリーチューブを備える当初のアセンブリから製造されるとよい、部分的に構築されたデバイスを示す。キャピラリーチューブは、それらの長さに沿って融合されるか、そうでない場合には一緒に接合されてもよく、チューブの整列軸に対して垂直な面内にある概念的な三角形の角に配置される。チューブ・アセンブリは、中心領域５３で細くなるようにその長さに沿って引っ張られる。それゆえに当然のことながら、構成要素であるキャピラリーチューブも、示されるように、中心領域５３で細くなるであろう。

引っ張られたキャピラリーチューブ・アセンブリは、次に、当初のアセンブリが分割された箇所における概念的な対称線４８について少なくとも近似的に互いに鏡像を表しうる、２つの概して同一のサブアセンブリ４６、４７を形成するために細くなった中心領域５３で分割される。各サブアセンブリ４６、４７は、従って、３つのキャピラリーチューブ４１ａ、４２ａ、４３ａおよび４１ｂ、４２ｂ、４２ｃのそれぞれの一組を備えるであろう。

それぞれの予め引っ張られた細い内径のキャピラリーチューブ４５ａ、４５ｂは、次に、各サブアセンブリ４６、４７のキャピラリーチューブ４１ａ、４２ａ、４３ｂおよび４１ｂ、４２ｂ、４３ｂの間の中心に置かれるように、各サブアセンブリ４６、４７の軸方向に延びるスペース中へ軸方向に挿入される。中心キャピラリーチューブ４５ａ、４５ｂは、保護ポリアミド・フィルムでコーティングされてもよく、いくつかの実施形態では、およそ９０マイクロメートルの外径を有してもよい。デバイスの使用中に各サブアセンブリの３つの融合されたキャピラリーチューブと中心の細い内径のチューブとの間に任意の液体が染み出るのを防ぐために、挿入後に、中心キャピラリーチューブ４５ａ、４５ｂが適切な接着剤（例えば、シアノアクリレート系接着剤（ｇｌｕｅ））を用いて他のキャピラリーチューブの間の所定の位置に固定されてもよい。

サブアセンブリ４６、４７は、図２５では互いに少し離隔して示される。図２１〜２４に示された配置を参照して先に記載されたのと同様に、示された方位では、左手のサブアセンブリ４６が入口部を表し、右手のサブアセンブリ４７が出口部を表す。

従って、当然のことながら、入口部４６は、このように中心に位置して概して直線状の細い内径の入口キャピラリーチューブ４５ａと、その周りに放射状に分布した３つの平行であるが細くなる入口キャピラリーチューブ４１、４２ａ、４３ａのアレイとを備える。すべての入口チューブは、（示される方位では）左手端部にそれぞれの入口開口およびそれらの右手端部にそれぞれの出口開口を有する。

同様に、出口部４７は、中心に位置して概して直線状の細い内径の出口キャピラリーチューブ４５ｂと、その周りに分布した３つの平行であるが広がる出口キャピラリーチューブ４１ｂ、４２ｂ、４３ｂとを備える。すべての出口チューブは、（示される方位では）それらの左手端部にそれぞれの入口開口およびそれらの右手端部にそれぞれの出口開口を有する。

２つのサブアセンブリ４６、４７は、次に、それらのそれぞれの細い端部で相互接続される。これは、図２１〜２４の配置に関連して先に提案されたのと同様の仕方で達成されてもよく、従って、当然のことながら、結果として生じるデバイスは、この場合もやはり入口キャピラリーチューブ４１ａ、４２ａ、４３ａ、４５ａの出口開口と、出口キャピラリーチューブ４１ｂ、４２ｂ、４３ｂ、４５ｂの入口開口との間に検出ゾーンを画定する検出チャンバが設けられるであろう。従って、当然のことながら、図２５のデバイスは、それゆえに図２１〜２４のデバイスと非常によく似た仕方で機能するであろう。

そのうえ、本発明は、等しい数のシースフロー入口チャンネルおよびシースフロー収集チャンネルを有する実施形態を参照して先に記載されたが、これが本発明の本質的な特徴ではないことにも留意すべきである。デバイスが機能するか、または本明細書に記載される方法に用いられるために、シースフロー入口チャンネルの数が実際にシースフロー出口チャンネルの数に等しい必要はない。それにも拘わらず、考えられるのは、シースフロー収集チャンネルの数がシースフロー入口チャンネルの数に等しければ、本発明によるデバイスの構築が簡略化されるであろうということである。

本明細書および特許請求の範囲において用いられるときに、用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」および「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」ならびにそれらの変形は、特定された特徴、特定されたステップまたは特定された完全体が含まれることを意味する。これらの用語が他の特徴、他のステップまたは他の完全体の存在を除外すると解釈されるべきではない。

前述の説明、もしくは添付される特許請求の範囲、または添付図面に開示されて、それらに固有の形態で表現されるか、あるいは開示される機能を実行するための手段、または開示される結果を得るための方法もしくはプロセスの観点から表現された特徴は、本発明をその多様な形態で実現するために、適宜、別々に、またはかかる特徴を任意に組み合わせて利用されてもよい。

本発明が上記の例示的な実施形態に関連して記載されたが、本開示が示されたときに当業者には多くの同等の修正形態または変形形態が明らかであろう。従って、先に提示された本発明の例示的な実施形態は、説明的であり、限定的ではないと見なされる。本発明の精神および範囲から逸脱することなく、記載された実施形態に様々な変更がなされてもよい。

Claims (20)

1. サンプル流体のストリームを３次元的に集束させるように構成された流体力学的集束およびサンプル収集デバイスであって、
   前記デバイスは、中心サンプルフロー入口チャンネルの周りに分布した少なくとも３つのシースフロー入口チャンネルのアレイであって、前記フロー入口チャンネルの各々がそれぞれの出口を有するアレイと、
   中心サンプル出口収集チャンネルの周りに放射状に分布したシース出口収集チャンネルのアレイであって、前記シ−ス出口収集チャンネルの各々がそれぞれの入口を有するアレイと、
   前記出口と前記入口との間に位置する検出ゾーンを画定する検出チャンバとを備え、
   前記サンプルフロー入口チャンネルおよび前記サンプル出口収集チャンネルは、前記サンプルフロー入口チャンネルをその出口を経て出たサンプル流体のストリームが、前記検出ゾーンを通って、前記検出チャンバの向い側へ、そして前記サンプル出口収集チャンネル中へその入口を経て導かれうるように、前記検出チャンバを挟んで整列されて、互いに離隔され、
   前記各シースフロー入口チャンネルは、前記シースフロー入口チャンネルをその出口を経て出たシース流体のストリームが、前記検出チャンバの向い側へ、そして前記それぞれのシース出口収集チャンネル中へその入口を経て導かれうるように、前記検出チャンバを挟んでそれぞれの前記シース出口収集チャンネルと整列されて、それらから離隔され、
   前記シースフロー入口チャンネルは、それぞれのシースストリームを前記サンプルフローチャンネル出口を出た前記サンプルストリームと接触させて、該サンプルストリームと平行に導くように構成された、流体力学的集束およびサンプル収集デバイス。
2. ３つのシースフロー入口チャンネルおよび３つのシース出口収集チャンネルを有する請求項１に記載のデバイス。
3. ４つのシースフロー入口チャンネルおよび４つのシース出口収集チャンネルを有する請求項１に記載のデバイス。
4. 複数の個別的な前記サンプル出口収集チャンネルを有する、先行する請求項のいずれか一項に記載のデバイス。
5. 前記デバイスは、基板上に形成されたマイクロ流体デバイスであり、キャピラリーチューブの複数の層またはアセンブリを有する、先行する請求項のいずれか一項に記載のデバイス。
6. 前記サンプルフロー入口チャンネルおよび少なくともいくつかの前記シースフロー入口チャンネルは、各々が前記デバイス基板の面に平行なそれぞれの面内に延びる、請求項５に記載のデバイス。
7. 流体のサンプルストリームが収集のためにシース流体によって３次元的に集束される流体力学的集束およびサンプル収集の方法であって、前記方法は、
   ｉ）前記サンプルストリームを集束させるために、前記サンプルストリームを、前記シース流体の一組のシースストリームの間をそれらと接触して同時に流すことと、ここで、前記一組のシースストリームは、中心に位置する前記サンプルストリームの周りに放射状に分布した、少なくとも３つの個々のシース入口ストリームを、前記個々のシース入口ストリームが前記サンプルストリームに平行な流れの実質的成分を有するような仕方で、前記サンプルストリームの方へ導くことによってもたらされるものであり、
   ｉｉ）結果として生じた前記集束されたサンプルストリームの下流側の収集と、
   ｉｉｉ）一組のシース出口ストリームの形態での前記シース流体の下流側の収集とを伴い、
   前記方法は、前記シースストリームの前記入口および／または出口流速を互いに独立して、および前記サンプルストリームの流速から独立して調整するステップであって、それによって前記サンプルストリームの前記垂直および水平方向の集束および／または位置を独立して調整するステップを備える、流体力学的集束およびサンプル収集の方法。
8. 前記方法は、前記サンプル流体の前記集束されたストリームを前記サンプルストリームが分析される検出チャンバ中の検出ゾーンを通して導くために用いられる、請求項７に記載の方法。
9. 前記サンプルストリームは、前記シースストリームと接触する前にサンプルフロー入口チャンネルに沿って導かれ、前記シース入口ストリームは、前記サンプルストリームと接触する前にそれぞれのシースフロー入口チャンネルに沿って導かれ、前記シースフロー入口チャンネルは、前記サンプルフロー入口チャンネルの周りに分布したアレイ状に設けられる、請求項７または請求項８に記載の方法。
10. 前記集束されたサンプルストリームは、サンプル出口収集チャンネルにおいて収集され、前記シース出口ストリームは、シース出口収集チャンネルにおいて収集される、請求項９に記載の方法。
11. 前記シースストリームの前記入口および／または出口流速は、前記サンプルストリームを前記サンプル出口収集チャンネル中へ集束させて導くように調整される、請求項１０に記載の方法。
12. 前記集束されたサンプルストリームは、複数の前記サンプル出口収集チャンネルのうちの１つの中へ選択的に導かれる、請求項１０または請求項１１に記載の方法。
13. 前記検出チャンバは、前記サンプルフロー入口チャンネルの出口と前記または各サンプル出口収集チャンネルのそれぞれの入口との間に画定される、請求項８に従属する請求項１０〜１２のうちのいずれか一項に記載の方法。
14. ３つの前記シースフローが設けられる、請求項７〜１３のうちのいずれか一項に記載の方法。
15. ４つの前記シースフローが設けられる、請求項７〜１３のうちのいずれか一項に記載の方法。
16. 前記サンプルフローチャンネルに沿った前記サンプルストリームの前記流速は、１０μｍ／ｓと１０ｍ／ｓとの間である、請求項７〜１５のうちのいずれか一項に記載の方法。
17. 前記方法は、マイクロ流体である、請求項７〜１６のうちのいずれか一項に記載の方法。
18. 請求項１〜６のうちのいずれか一項に記載のデバイスを用いて行われる、請求項７〜１７のうちのいずれか一項に記載の方法。
19. 添付図面を参照して、実質的に上述のように記載された流体力学的集束方法。
20. 添付図面を参照してまたはそれらに示される通り、実質的に上述のように記載された流体力学的集束デバイス。

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