JP2018524612A - 血漿分離マイクロ流体デバイス - Google Patents

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Abstract

血液サンプルを分離、計量、及び移送するために使用されてもよい血漿分離手段を有する毛管駆動マイクロ流体デバイス。血液分離手段は、多孔質膜と前記マイクロ流体デバイスとの構成による毛管ポンプとして配置されてもよい。

Description

本発明は一般に、毛管駆動の血液分離を有すると同時に、分離された血漿の毛管流を生成する、液体のためのマイクロ流体デバイスに関する。
マイクロ流体デバイスは広範な用途において使用される。一般にマイクロ流体デバイスは、小さな流体容積（μＬ、ｎＬ、ｐＬなど）を処理し、少なくとも１つの寸法がマイクロメートル範囲内である小さなサイズを有し、且つ／又は、マイクロドメインの効果を使用するものと定義される。そのようなデバイス内で流体が移動、混合、分離されるか又は別様に処理され得る。多数の用途では、毛管力などの受動的流体制御技術が使用される。
マイクロ流体の１つの重要な領域は医療デバイスにおけるものである。マイクロ流体デバイスは、分析又は治療用途において、例えば薬剤を投与するため又は体液のサンプルを処理するために使用され得る。
血漿に基づく検査は、臨床検査室分析、薬物開発、及び治療薬物モニタリングにおけるゴールドスタンダードを世界的に形成している。血漿は通常、ミリリットルのサンプルが患者から採取されることを一般に必要とする、静脈血サンプルの遠心分離を介して得られる。しかし、遠心分離工程が省略され、同時に、分析可能な且つ容積規定された量の血漿が依然として提供され得るならば、臨床実践における時間のかかる高価な工程が大幅に削減される。したがって、血漿を抽出するために、フィンガープリックにより得られる例えば５０μｌのマイクロサンプルの血液のみを必要とする方法は、ミリリットルの容積を必要とする遠心分離される血漿サンプルより非常に好ましい。そのような方法は、人間及び動物の両方に関して検査室分析及び薬物開発試験において毎年採取される莫大な数の血液サンプルに非常に適している。
使いやすさを保証し、分散設置における使用を可能にするために、血漿抽出デバイスは好ましくは自律的でなければならず、すなわちいかなる外部電源も空気ポンプもその他の追加機器も必要としてはならない。表面処理されたポリマーマイクロチャネルによる毛管力を使用する１つのそのような自律システムが、Ｂｉｏｍｅｄ Ｍｉｃｒｏｄｅｖｉｃｅｓ、ｖｏｌ８、ｎｏ．１、７３〜７９ページ、２００６年３月（Ｓ Ｔｈｏｒｓｌｕｎｄ（Ｓ ソルスランド）ら著）に記載されている。
これまでのところ水及び全血液のみについて実証済みの、様々なタイプの容積計量毛管駆動デバイスが、国際公開第２０１５／０４４４５４号パンフレットによって開示されている。ポイントオブケア又は分散使用に好適な、マイクロ流体デバイスと組み合わされた動作可能な自律的毛管駆動血漿分離プロセスの開示は、国際公開第２０１５／０４４４５４号パンフレット内に存在しない。
本発明はしたがって、未知の容積の血液サンプルから特定の容積の血漿を分離する自律的マイクロ流体デバイスに関する。
一つの一般的な態様では、本発明は、血液分離膜が毛管ポンプと組み合わされた、血漿を分離する方法に関する。前記血液分離膜は、血液細胞と血漿とを分離する構造である。前記膜はセラミクス、ポリマー、又はセルロースベースの材料から作られてもよい。前記毛管ポンプは、効果的な血漿分離を促進するための毛管吸引を提供する構造又は材料である。この一般的な態様の一つの実施形態において、前記膜は、前記膜と前記毛管ポンプとの間の効果的な流体結合を促進する幾何学的配置において適用される。このタイプの一つの実施形態は、前記膜と毛管構造との間の興味のある面において大きな毛管力を提供する楔の形態の幾何学的構造である。別の実施形態は多孔質材料を含み、前記孔又はマクロチャネルが大きな毛管力を提供する。前述の実施形態は、計量される血漿容積から余分な血漿をピンチオフする手段を含んでもよい。
本発明の諸態様において、血漿分離膜を横切る流体輸送を向上するためのその他の物理的モダリティが考えられる。第１のモダリティは、入口において圧力をかけること又は膜の出口側において真空を有することによって、膜を横切る圧力差を有することである。前記真空は能動的手段によって、例えば蛇腹様構造を用いて例えばキャビティを作ることによって、又は例えば特定の材料の拡張を可能にすることによって、蓄積又は達成されてもよい。第２のモダリティは、膜を横切る電位を有することである。それにより電気浸透流が達成され得る。もう１つのモダリティは、膜の出口側において吸湿性材料を提供して、液体を介して能動的に吸引することである。そのような吸湿性材料は例えばＰＶＡであってもよい。このように記載されたモダリティは組み合わされることが考えられる。
一つの態様において本発明は、下側表面と血液サンプルを受け入れるように適合された上側表面とを有する多孔質膜と、親水性表面を有する横方向に延在する支持構造とを含む毛管駆動血漿分離手段を有するマイクロ流体デバイスに関する。前記多孔質膜の前記下側表面と、前記支持構造の前記親水性表面とは、前記表面が鋭角で交差するように構成され、したがって前記表面は交差部から全体として分岐する。血液サンプルが小滴（少なくとも３０μｌ）の形態で前記膜の前記上側表面上に受け入れられた場合、血漿濾過が開始され、濾過された流体の横方向の毛管流が前記表面の前記交差部の近傍において形成され、これにより、分岐している表面の間の空間が徐々に充填される。前記血漿分離手段はこれにより毛管ポンプを形成する。
この文脈において、横方向の流れは全体として、膜を通した流れの方向に対して垂直であり、前記マイクロ流体デバイスの前記支持構造の横方向の延在に平行である。前記支持構造は、さらに詳細に説明するいくつかの様々な特徴を有する、マイクロ流体デバイスのための処理が可能な親水性の層状材料であってもよい。またこの文脈において、前記交差部の「近傍において（ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ）」という用語は、多孔質膜からの毛管吸引を開始するための幾何学的条件を意味すると理解されるべきである。前述の表面の間の前記空間を徐々に充填する前記横方向の流れを開始するこの効果は、前記表面が非常に近接しているため前記親水性表面が前記多孔質膜の孔の流体メニスカスに交差する位置において起こり、これは概算では前記表面の間の間隙が約５０μｍ未満である場合に発生する。前述の交差表面の間の角度は鋭角であり、一般に９０度未満、好ましくは４５度未満である。
一つの態様では、このように記載されたマイクロ流体デバイスは、前記分岐している表面の間の前記空間から到着する前記横方向の毛管流を受け入れ且つ収容するように構成された少なくとも１つの毛管チャネルをさらに含む。
一つの態様では、前記マイクロ流体デバイスは、前記横方向に延在する支持構造によるチャネルカバーとチャネル底部とを有する毛管チャネル、及び前記チャネル底部と前記チャネルカバーとの間に斜めに延在して毛管楔構造を形成する多孔質膜を有する。
一つの態様では、前記マイクロ流体デバイスは血漿分離膜と前記支持構造とを有し、前記血漿分離膜と前記支持構造とは一緒に、楔形状構造を有するチャンバを形成する。血液滴が前記膜上に適用された場合、前記チャンバは、前記膜と前記支持構造の表面との交差領域から徐々に充填される。
一つの態様では、本発明の前記マイクロ流体デバイスは、ベントを備える。前記ベントは、周囲大気との連通を提供し、前記毛管チャネル、好ましくはチャネル出口と連通して位置してもよい。
このように記載されたマイクロ流体デバイスは、前記毛管チャネルの方を向いた第１の側を有する可溶性膜を含む少なくとも１つの可溶性弁と、前記可溶性膜の第２の側に結合された毛管手段とをさらに含んでもよく、これにより、前記膜が液体によって溶解された場合、液体が毛管作用によって前記膜の前記第２の側に前記弁を通して輸送される。前記毛管手段は、少なくとも１つの毛管チャネルを含むか又は毛管充填を可能にする構造を含み、前記構造の例としては、多孔質吸収性材料、好ましくは吸収性ペーパーマトリックスなどが挙げられる。本発明の一つの態様では、前記マイクロ流体デバイスの前記毛管チャネルは、入口と出口とを有する規定された容積の毛管計量チャネルであり、第１の溶解時間を有する第１の可溶性弁が前記多孔質膜と毛管チャネル入口との間に位置し、第２の溶解時間を有する第２の可溶性弁が毛管チャネル出口の後に位置する。特定の目的のために、前記マイクロ流体デバイスは、前記第２の可溶性弁より短い溶解時間を有する第１の可溶性弁を有してもよい。
前記マイクロ流体デバイスは、並列に配置された複数の毛管チャネルであって、それぞれの複数の可溶性弁に結合された、複数の毛管チャネルを含んでもよく、ここで、前記可溶性弁の毛管手段が、前記弁から液体を収集するために結合されている。前記マイクロ流体デバイスは、前記毛管チャネルを形成する第１の材料層と、少なくとも１つの可溶性膜を形成するための、可溶性材料を含む第２の材料層と、前記毛管手段を含む第３の材料層とを含む積層として形成されてもよい。
このように記載されたマイクロ流体デバイスは、前記毛管チャネルの方を向いた第１の側を有する可溶性膜を含む少なくとも１つの可溶性弁と、前記可溶性膜の第２の側に結合された毛管手段とをさらに含んでもよく、これにより、前記膜が前記液体によって溶解された場合、液体が毛管作用によって前記膜の前記第２の側に前記弁を通して輸送される。前記毛管手段は、少なくとも１つの毛管チャネルを含むか又は毛管充填を可能にする構造を含み、前記構造の例としては、多孔質吸収性材料、好ましくは吸収性ペーパーマトリックスなどが挙げられる。
本発明の一つの態様では、前記マイクロ流体デバイスの前記毛管チャネルは、入口と出口とを有する規定された容積の毛管計量チャネルであり、第１の溶解時間を有する第１の可溶性弁が前記多孔質膜と毛管チャネル入口との間に位置し、第２の溶解時間を有する第２の可溶性弁が毛管チャネル出口の後に位置する。特定の目的のために、前記マイクロ流体デバイスは、前記第２の可溶性弁より短い溶解時間を有する第１の可溶性弁を有してもよい。前記マイクロ流体デバイスは、並列に配置された複数の毛管チャネルであって、それぞれの複数の可溶性弁に結合された、複数の毛管チャネルを含んでもよく、ここで、前記可溶性弁の毛管手段が、前記弁から液体を収集するために結合されている。
前記マイクロ流体デバイスは、前記毛管チャネルを形成する第１の材料層と、少なくとも１つの可溶性膜を形成するための、可溶性材料を含む第２の材料層と、前記毛管手段を含む第３の材料層とを含む積層として形成されてもよい。
一つの態様では、本発明による前記マイクロ流体デバイスは、前記多孔質膜の前記上側表面が、前記血液サンプルを受け入れるように適合された吸収性パッド又は吸収性構造と整列されているように提供される。前記吸収性パッドは、前記デバイス上に使用者が血液小滴をより正確に置くために導くか又は補助するために、本質的に円形又はドーナツ形状であってもよい。
したがって本発明は、毛管ポンプを形成する血漿分離配置と、それと流体結合状態にある毛管チャネルであって規定された容積を有する毛管チャネルと、可溶性膜を含む少なくとも１つの可溶性弁とを含むマイクロ流体デバイスに関する。前記可溶性膜は、液体によって溶解可能な材料を含み、前記毛管チャネルの方を向いた、すなわち前記毛管チャネルに面した第１の側を有する。毛管手段が前記可溶性膜の第２の側に結合され、これにより、前記膜が前記液体によって溶解された場合、液体が毛管作用によって前記膜の前記第２の側に前記弁を通して輸送される。
このように記載されたマイクロ流体デバイスは、前記毛管チャネルの方を向いた第１の側を有する可溶性膜を含む少なくとも１つの可溶性弁と、前記可溶性膜の第２の側に結合された毛管手段とをさらに含んでもよく、これにより、前記膜が前記液体によって溶解された場合、液体が毛管作用によって前記膜の前記第２の側に前記弁を通して輸送される。前記毛管手段は、少なくとも１つの毛管チャネルを含むか又は毛管充填を可能にする構造を含み、前記構造の例としては、多孔質吸収性材料、好ましくは吸収性ペーパーマトリックスなどが挙げられる。本発明の一つの態様では、前記マイクロ流体デバイスの前記毛管チャネルは、入口と出口とを有する規定された容積の毛管計量チャネルであり、第１の溶解時間を有する第１の可溶性弁が前記多孔質膜と毛管チャネル入口との間に位置し、第２の溶解時間を有する第２の可溶性弁が毛管チャネル出口の後に位置する。特定の目的のために、前記マイクロ流体デバイスは、前記第２の可溶性弁より短い溶解時間を有する第１の可溶性弁を有してもよい。
前記マイクロ流体デバイスは、並列に配置された複数の毛管チャネルであって、それぞれの複数の可溶性弁に結合された、複数の毛管チャネルを含んでもよく、ここで、前記可溶性弁の毛管手段が、前記弁から液体を収集するために結合されている。前記マイクロ流体デバイスは、前記毛管チャネルを形成する第１の材料層と、少なくとも１つの可溶性膜を形成するための、可溶性材料を含む第２の材料層と、前記毛管手段を含む第３の材料層とを含む積層として形成されてもよい。
前記毛管手段を有する前記可溶性膜はこのように可溶性弁を形成する。前記毛管チャネルと前記可溶性弁とは協働して、前記毛管チャネルを通して輸送される液体の容積を規定する。したがって、前記毛管チャネルを通して輸送される液体の前記容積は、入口ポートに供給される液体の一部である。
前記毛管チャネルは、前記入口ポートから毛管作用によってその中に引き込まれた液体の容積を計量するのに好適である。前記可溶性膜は、溶解と前記デバイスの製造とを容易にするために、前記膜の厚さ寸法より大きな横方向の延在を有する。前記可溶性膜はしたがって第１の側と第２の側とを有する。前記膜の材料は、前記デバイスが機能するために妥当である時間フレーム内に、すなわち用途に応じて１時間未満、１０分未満、又は１分未満で、液体によって溶解可能である。前記膜を溶解することによって、前記膜は、前記膜の前記第２の側に結合された前記毛管手段の覆いを取るのに十分なだけ溶解されると理解される。毛管は、毛管作用によって液体流を駆動するように構成された構造を意味する。
前記マイクロ流体デバイスは、各可溶性膜までの液体の毛管充填を可能にするために、前記膜の前にエアベントを含んでもよい。
したがって前記可溶性膜は、前記毛管チャネルとの流体連通をキャンセルするために使用されてもよく、これにより、前記毛管チャネル内にすでに入った容積を規定するための、前記毛管チャネル内の液体の「ピンチオフ」効果が提供される。
前記毛管チャネルは、前記毛管ポンプに結合された入口部分と、出口部分とを有してもよく、少なくとも１つの可溶性弁は、前記毛管チャネルの前記出口部分と毛管結合状態にあり、前記膜が溶解された場合に前記毛管チャネルから液体を輸送するように配置されている。
したがって前記毛管チャネルは、前記デバイス内の液体の容積を規定するために充填されてもよく、続いて、前記可溶性膜を通して液体の前記容積がリリースされてもよい。
前記毛管手段は、少なくとも１つの毛管チャネルを含んでもよく又は毛管充填を可能にする構造を含んでもよく、前記構造の例としては、多孔質吸収性材料、好ましくは吸収性ペーパーマトリックスなどが挙げられる。
したがって液体が、溶解された場合の前記可溶性膜を越えて効果的に輸送され得る。液体は例えば、さらなる分析のために前記多孔質材料内に収集されてもよい。
前記デバイスは、並列に配置された複数の毛管チャネルであって、それぞれの複数の可溶性弁に結合された、複数の毛管チャネルを含んでもよく、ここで、前記可溶性弁の毛管手段が、前記弁から液体を収集するために結合されている。
したがって、例えば前記デバイス内の所定の反応シーケンスを実行するために、前記弁の前で規定された液体容積は順次又は並行してリリースされてもよい。
前記マイクロ流体デバイスは、前記毛管チャネルを含む前記マイクロ流体デバイス内で液体の毛管流路に沿って分布した複数の可溶性弁を含んでもよい。
したがって、前記デバイス内で液体の順次処理が実行されてもよい。
前記毛管チャネルは、前記複数の可溶性弁に毛管結合された複数のサイドアームを含む分岐した毛管チャネル構造を含んでもよい。
したがって、前記液体容積は、前記デバイス内でのさらなる処理のために複数のサブ容積に分割されてもよい。
前記弁の複数の可溶性膜の溶解時間は、前記マイクロ流体デバイス内での事象の所定のタイミングを提供するために個別に調整されてもよい。前記弁の前記複数の可溶性膜は、様々な溶解時間を提供するために、異なる膜厚を用いて個別に調整されてもよい。
したがって、前記デバイス内での高度な流体複数工程手順を可能にするために、流体操作が時限式の順序的なやり方で実行されてもよい。
前記弁の少なくとも１つの可溶性膜の第１の側は、毛管デッドエンドチャネルに結合されてもよく、前記膜を溶解している液体が毛管力によって前記毛管デッドエンドチャネル内に輸送されるように構成されてもよい。
したがって、より少ない量の溶解された材料を有する液体が、溶解された場合の前記膜を通して伝搬することを可能にするために、前記膜の溶解された材料が混ざった液体は前記毛管デッドエンドチャネル内に導かれてもよい。したがって、例えば前記液体の粘度が維持されてもよい。
前記デバイスが複数の前記可溶性膜を含む場合、２つ以上の可溶性膜がそれぞれの毛管デッドエンドチャネルに結合されてもよい。
したがって、例えば前記デバイス内の液体の流路に沿った、全ての可溶性膜において、前記膜の溶解された材料が混ざった前記液体はそれぞれの毛管デッドエンドチャネル内に導かれてもよい。
前記液体が血液などの体液である場合、前記可溶性膜の前記材料は体液によって溶解可能であってもよい。
前記可溶性膜の前記材料は、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、可溶性多糖類、ゼラチンなどを含んでもよい。
前記可溶性膜の前記材料は、１つ以上のリージェント（ｒｅｇｅｎｔｓ）及び／又は１つ以上の粒子などの、前記液体内にリリースされる少なくとも１つの物質を含んでもよい。
したがって、溶解された場合、前記物質は前記膜を通る前記液体内にリリースされてもよい。
１つ以上のリージェント（ｒｅｇｅｎｔｓ）及び／又は１つ以上の粒子などの、前記液体内にリリースされる少なくとも１つの物質を含む可溶性材料の少なくとも１つの領域が、前記マイクロ流体デバイス内の液体の流路に沿って分布してもよい。
したがって前記デバイスは、前記可溶性材料を溶解する液体によってリリースされる、物質が混ざった可溶性材料を、前記デバイス内の液体の流路に沿った様々な領域において備えてもよい。前記材料は、例えば、流体チャネルに沿った又は流体チャンバ内のフィルムとして提供されてもよい。
前記弁の前記膜、又は可溶性領域は、前記液体内にリリースされる様々な物質を含む複数層構造を含んでもよい。
前記デバイスは、１つ以上のリージェント（ｒｅｇｅｎｔｓ）及び／又は１つ以上の粒子などの物質の少なくとも１つの少なくとも１つのストレージと、前記少なくとも１つのストレージを密封するために備えられる少なくとも１つの可溶性膜とを含んでもよく、前記物質は前記膜を溶解することによって前記液体内にリリースされる。
したがって、前記液体内への液体物質のリリースは、前記物質のストレージチャンバを密封している膜を溶解する液体によってトリガされてもよい。
前記マイクロ流体デバイスは、前記液体の流路を画定する材料の層の積層を含んでもよく、前記積層は、前記少なくとも１つの可溶性膜を形成する可溶性材料の少なくとも１つの層を含む。
したがって、１つ以上の膜が単純な手法で前記マイクロ流体デバイス内に形成され得る。
前記マイクロ流体デバイスは、前記マイクロ流体デバイス内の可溶性材料の一つの同一の層によって形成される複数の可溶性膜を含んでもよい。
前記マイクロ流体デバイス内の毛管流路は、可溶性膜層の両側上の毛管チャネルを含んでもよく、ここで、複数の可溶性弁が、前記可溶性膜層を横切る流路横断において形成される。
したがって、複数の可溶性膜及び毛管チャネルが単純な手法で前記デバイス内に形成され得る。
本発明は、第１の端及び第２の端を有する計量毛管チャネルと、前記第１の端における第１の可溶性膜と、前記計量毛管チャネルの前記第２の端に結合された出口ポートと、前記出口ポートに結合された第２の可溶性膜と、それぞれの可溶性膜が液体によって溶解された場合に前記液体を除去するための毛管手段とを含む、前述の血漿分離手段を含むマイクロ流体デバイスにさらに関し、ここで、前記可溶性膜及び前記計量毛管チャネルは、入口に供給された液体によって前記第２の膜より前に前記第１の膜が溶解されるように構成される。
これにより、前記毛管チャネルの前記入口において提供された液体が前記第１の可溶性膜を溶解し始め、同時に、前記入口において提供された液体の一部が前記毛管チャネル内に引き込まれて前記第２の可溶性膜に到達する。前記デバイスは、前記毛管チャネルを通して引き込まれた液体によって前記第２の可溶性膜が溶解される前に、前記第１の可溶性膜が前記入口における液体によって溶解されるように構成される。したがって余分な液体は、液体を前記入口から除去するための前記毛管手段によって、前記入口から前記第１の可溶性膜を通して輸送される。前記毛管チャネル内の液体の容積はしたがって「ピンチオフ」され、すなわち前記入口に面した自由液体表面を形成する。その後、前記第２の可溶性膜が溶解され、それにより計量毛管内の規定された容積の液体が、液体を前記出口ポートから除去するための前記毛管手段によって、前記毛管チャネルから引き出される。したがって規定された容積の液体が、前記入口において提供された規定されていない容積の液体から分離される。
前記マイクロ流体デバイスは一般に、少なくとも１つの計量毛管チャネル（第１の端及び第２の端を有する）と、第１の可溶性膜（第１の側及び第２の側を有する）の第１の側とを含んでもよく、前記計量毛管チャネルの前記第２の端は、ベントポート、及び第２の可溶性膜の第１の側に結合される。前記膜の前記第２の側は、毛管機能を有するチャネル、構造、又は材料に結合される。前記計量チャネルの寸法と、前記可溶性膜の材料厚及び面積とは、液体が前記入口ポートに提供された場合に前記第２の膜より前に前記第１の膜が溶解されるように選択される。
前記マイクロ流体デバイスは、マイクロ流体チャネルであって液体が伝搬するための時間遅延を導入するマイクロ流体チャネルと、可溶性領域であって特定の時間遅延を導入する可溶性領域とを含んでもよく、前記デバイスは単一の又は複数の前記可溶性領域を有してもよく、前記領域は例えば再吸収するポリマー材料（例えばＰＶＡ）の薄フィルムによって実現される。これらの様々な領域はしたがって、前記デバイス内で遅延事象を発生させて、例えば過剰な液体の処理を可能にするための手段を提供してもよい。
前記可溶性領域は、前記領域が溶解されたら毛管充填を可能にする構造と接触していてもよい。毛管充填を可能にする前記構造は、例えば、ペーパー、コットンマトリックス、親水性マイクロチャネル、又は毛管作用によるさらなる液体伝搬を可能にする別の多孔質媒体であってもよい。
前記マイクロ流体デバイスは、前記毛管チャネルを形成する第１の材料層と、少なくとも１つの可溶性膜を形成するための、可溶性材料を含む第２の材料層と、前記毛管手段を含む第３の材料層とを含む積層として形成されてもよい。したがって前記デバイスは単純な手法で製造され得る。本明細書中で開示されるマイクロ流体デバイスを製造する方法は、
前記毛管チャネルを形成する第１の材料層を提供する工程と、
前記少なくとも１つの可溶性膜を形成するための、可溶性材料を含む第２の材料層を提供する工程と、
前記毛管手段を含む第３の材料層を提供する工程と、及び
前記第１、第２、及び第３の材料層、並びに、カバー層、スペーシング層、及び／又は前記デバイス内の流体機能を形成するさらなる材料層などの任意のさらなる層を積層し、それにより前記マイクロ流体デバイスを構成する積層を形成する工程と、
を含む。したがって前記マイクロ流体デバイスは単純且つ費用効率の高い手法で製造され得、大量製造に適している。前記第３の材料層は、少なくとも１つの毛管チャネルを含んでもよく又は毛管充填を可能にする構造を含んでもよく、前記構造の例としては、多孔質吸収性材料、好ましくは吸収性ペーパーの層などが挙げられる。積層化は、感熱又は感圧接着剤、反応性接着剤、表面活性化又は熱圧縮を用いて形成されるワックスを好ましくは含む、前記積層内の２つの層の間のボンディング領域を用いて実行されてもよい。
前記積層化は、前記積層内の材料層を整列及び積層するいくつかの後続の工程において実行されてもよい。
本発明はまた、先に開示したマイクロ流体デバイスにおいて、多孔質血漿分離膜を支持構造の親水性表面と鋭角を成して配置する工程と、少なくとも３０μｌの全血液を前記膜の上側表面に適用し、前記膜を通した血漿の分離を許容する工程と、前記膜と前記支持構造との間の楔形状の空間が、分離された血漿で徐々に充填されるのを許容する工程と、前記空間と流体連通状態にある毛管チャネルを、分離された血漿で充填する工程とを含む、全血液からサンプルを調製する方法に関する。
前記方法は、毛管チャネル入口における可溶性弁を溶解することによって、前記楔形状の空間と毛管チャネルとの間の流体連通をキャンセルすることをさらに含んでもよい。
前記方法は、前記毛管チャネルの出口における第２の可溶性弁を溶解することをさらに含んでもよい。
前記方法は、計量された容積の分離された血漿を毛管手段に輸送して、容積規定された血漿スポットを形成することをさらに含んでもよい。
本発明により配置される血漿分離膜を毛管チャネルと共に使用する一般的実施形態を示す。この検査構造は抽出効率実験のために組み立てられる。デバイスの（Ａ）概略断面図及び（Ｂ）上面図。 毛管チャネルと組み合わせたｉＰＯＣフィルタの血漿抽出キネティックスを示す。 血漿抽出計量チップの概略断面図を示す。
以下では、本発明の実施形態の詳細な説明を開示する。
デバイス製造
マイクロ流体層は、親水性ゼロックスコピアトランスペアレンシー（ｈｙｄｒｏｐｈｉｌｉｃ Ｘｅｒｏｘ ｃｏｐｉｅｒ ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｃｉｅｓ）（００３Ｒ９６００２ Ｔｙｐｅ Ｃ、Ｘｅｒｏｘ Ｃｏ．Ｌｔｄ．、米国）と毛管スペーサーテープ（ｃａｐｉｌｌａｒｙ ｓｐａｃｅｒ ｔａｐｅ）（ＩＶＤ ０９０４４８ＰＶ１．００１／０９、Ｔｅｓａ ＧｍｂＨ、ドイツ）とからなる。様々な層は、カッティングプロッター（ｃｕｔｔｉｎｇ ｐｌｏｔｔｅｒ）（ＣＥ５０００、Ｇｒａｐｈｔｅｃ Ａｍｅｒｉｃａ Ｉｎｃ．、米国）を用いて別個に構築され、ラミネーター（ｌａｍｉｎａｔｏｒ）（Ｈ６００、ＧＢＣ Ｉｎｃ．、米国）を用いて一緒に積層された。液状ＰＶＡ溶液が、ＰＶＡ顆粒（ＰＶＡ ｇｒａｎｕｌｅ）（Ｍｏｗｉｏｌ（登録商標）４−８８ Ｍｗ 〜３１，０００、Ｓｉｇｍａ Ａｌｄｒｉｃｈ Ｉｎｃ．、米国）から、それを脱イオン水中に溶解することによって調製され、次にシリコンウェハ上にスピンコーティングされ、乾燥されて、薄い可溶性フィルムが形成された。溶解時間を制御するフィルム厚さは、計量チャネル内に血漿容積を充填するために必要な濾過時間に適合された［１３］。前記可溶性フィルムはチャネルの底部における開口において前記マイクロ流体層に積層され、２つの可溶性弁が形成された。前記マイクロ流体層は次に、余分な血漿及び計量された血漿を吸収するための毛管基板として使用されるペーパーパッチ（ｐａｐｅｒ ｐａｔｃｈｅｓ）（Ｗｈａｔｍａｎ ９０３、ＧＥ Ｈｅａｌｔｈｃａｒｅ、米国）を保持するチップバッキングに取り付けられた。９×９ｍｍ２の大きさの正方形の濾過膜（ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｍｅｍｂｒａｎｅ）（ＳＧ ｍｅｍｂｒａｎｅ、ｉＰＯＣ、カナダ）が、チャネル底部と一緒にフィルタが毛管楔構造を形成するように、チップの入口に取り付けられた。前記濾過膜をチップに取り付けるために、両面接着テープ（ｄｏｕｂｌｅ ｓｉｄｅｄ ａｄｈｅｓｉｖｅ ｔａｐｅ）（ＩＶＤ ０９０４４８ＰＶ１．００１／０９、Ｔｅｓａ ＧｍｂＨ、ドイツ）が使用された。
フィルタ−チャネル界面検査
フィルタと毛管チャネルとの間の液体結合の形成を調べるために、デバイスを側面から及び透明な底部を通して撮影することによって前記楔構造が観察された。
血漿抽出効率検査
濾過膜の抽出効率を測定するために、図１におけるデバイスに見られるような、計量機能のない毛管チャネルが使用された（溶解弁は使用されなかった）。ＥＤＴＡ処理された管内に引き込まれた様々な容積（３０μｌ〜６０μｌ）の静脈ヒト血液が、濾過膜の上部に適用された。血漿容積及び濾過時間はビデオ記録から抽出された。
概念実証のために、フィンガープリックによる５０μｌの新鮮な毛管血液が、図１及び図３に示すようにチップに適用された。上部からのビデオ記録が、様々な事象の正しいタイミング及び正しいチップ機能を確認するために使用された。
デバイスは図１に示されており、その動作原理を図１においてさらに説明する。血漿分離及び容積計量のために、計量されていない血液小滴から開始されるいくつかの連続した事象がデバイス設計内に予めプログラムされている。図１は、本発明による毛管駆動血漿分離手段を有する一般的なマイクロ流体デバイスを示す。前記マイクロ流体デバイスは、支持構造１００と、多孔質膜（フィルタ）１１０と、毛管チャネル１２０と、ベント１４０とを有する。前記多孔質膜は、前記支持構造の上側親水性表面と鋭角を成して配置される。支持構造１００は、フィルタ１１０との交差部から横方向に延在し、毛管チャネル１２０のためのチャネルカバー及びチャネル底部を全体として提供する。
図１を参照すると、血液小滴をフィルタ１１０の適用側に追加した場合、血液中の血漿が毛管力によってフィルタを通して引かれ、血液細胞はフィルタ内に機械的に付着して残される。フィルタと毛管チャネルとの間の毛管流体結合は困難である。本発明の目的のために、フィルタは毛管チャネルの入口においてマイクロ流体デバイス内に斜めに取り付けられ、チャネル底部とチャネルカバーとの間で毛管楔構造１３０を形成する。フィルタとチャネル底部との間の接触領域は毛管ブリッジを形成し、前記毛管ブリッジにより、血漿がフィルタ孔から漏出して接触点からチャネル入口まで楔構造１３０を徐々に充填することが可能になる。
図１に見られる可溶性弁を有さない検査デバイスにおける血漿抽出は、被検査容積３０μｌ〜６０μｌの全範囲に対して有効である（図４を参照）。６０μｌの全血液について１９．５μｌの血漿を抽出できた。３０μｌの適用された血液について７．１μｌの血漿が抽出された。より大きな適用血液容積について血漿抽出効率が増加することは、濾過膜内及び濾過膜の下のデッド容積によって説明可能である。血漿抽出及び計量チップの正確な機能を保証するために、そのマイクロチャネルは４μｌの計量容積を有するように設計された。
少なくとも３０μｌの全血液を血漿分離膜に適用することにより、マイクロチャネルの血漿充填がもたらされた。３０μｌ未満の適用はチャネル充填のためには不十分であり、これは膜の下のデッド容積及び濾過膜自体のデッド容積に起因する可能性が最も高い。
血漿フィルタとチャネル底部との間に形成された楔構造は、フィルタとチャネルとの間の良好な毛管接触を提供する。分離された血漿が、毛管力が最大である楔構造の最も狭い部分からどのように伝搬してチャネル入口まで徐々に充填されるかを明確に観察可能である。
容積計量血漿抽出検査
次の工程として、開示された国際公開第２０１５／０４４４５４号パンフレットと同様の特徴を有する血漿抽出及び計量マイクロ流体チップが形成される。図３を参照されたい。図３Ａ〜図３Ｃにおいて、血液小滴３００が濾過膜３１０に適用され、これにより計量チャネル３２０内への毛管楔３３０に沿った血漿抽出が開始される。次の、容積計量のための最も重要な工程は、計量される血漿を余分な血漿から首尾よく分離することである。チャネルの底部における２つの可溶性弁３５０、３５１が、毛管チャネルを吸収性ペーパー３６０から分離している。図３を参照されたい。それぞれの弁の湿潤により溶解プロセスが開始されて弁が開かれ、これによりチャネルはペーパーに結合される。計量チャネル３２０が血漿で充填され始めた場合、チャネル入口の最も近くに位置する第１の弁３５０が最初に血漿と接触するようになる。チャネルの容積を血漿で充填するために必要な時間だけ遅れて、第２の弁３５１が湿潤され、溶解され始める。デバイスは、弁の厚さによって規定される弁溶解時間が、国際公開第２０１５／０４４４５４号パンフレットに記載されているように、毛管チャネル充填時間より大きいように設計され、したがって第１の弁が開く前に毛管チャネル全体が充填されることが保証される。チャネルの入口における第１の弁が開くことにより、全ての上流血漿、すなわち第１の弁と楔構造との間の血漿が吸収性ペーパー基板内に排液され、同時に、計量される血漿はマイクロチャネル内にトラップされたままとなる。図３Ｃを参照されたい。第２の弁が開くことにより、チャネル内の容積計量された血漿が第２の弁の出口において排液され、容積規定された血漿スポット３７０が形成される。図３Ｅ及び図３Ｆを参照されたい。加えて、第１の弁は、いかなる新たに濾過された血漿も即座に排液することによって、計量チャネルのいかなる再充填も防止する。
本発明は、（ａ）未処理のヒト全血液から血漿を分離すること、及び（ｂ）規定された容積の血漿をさらなる処理又は下流分析のために計量することが可能な、使いやすいサンプリングデバイスを提供する、と結論付けることができる。チップの完全に自律的な動作原理により、必要なサンプル容積を低減することと、ポイントオブケア血漿抽出を可能にすることと、遠心分離による静脈血処理の代替を提供することとによる新たな可能性が提供される。これは臨床検査室分析に非常に適しているが、特に治療薬物モニタリング及び薬物開発の分野に非常に適しており、実証された原理は高品質データの収集を容易にするために役立ち得ると同時に患者にとって有益である。

Claims (15)

  1. 下側表面と血液サンプルを受け入れるように適合された上側表面とを有する多孔質膜と、親水性表面を有する横方向に延在する支持構造とを含む毛管駆動血漿分離手段を有するマイクロ流体デバイスであって、前記多孔質膜の前記下側表面と、前記支持構造の前記親水性表面とは前記下側表面と前記親水性表面とが鋭角で交差するように構成され、濾過された流体の横方向の毛管流が前記下側表面と前記親水性表面との交差部の近傍において形成され、分岐している表面の間の空間が徐々に充填される、マイクロ流体デバイス。
  2. 前記分岐している表面の間の前記空間から到着する前記横方向の毛管流を受け入れ且つ収容するように構成された毛管チャネルをさらに含む、請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。
  3. 前記毛管チャネルは前記横方向に延在する支持構造によるチャネルカバーとチャネル底部とを有し、前記多孔質膜は前記チャネル底部と前記チャネルカバーとの間に斜めに延在して毛管楔構造を形成する、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. 血漿分離膜と前記支持構造とは一緒に、楔形状構造を有するチャンバを形成することを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載のマイクロ流体デバイス。
  5. 前記毛管チャネルの方を向いた第１の側を有する可溶性膜を含む少なくとも１つの可溶性弁と、前記可溶性膜の第２の側に結合された毛管手段とを含み、前記可溶性膜が液体によって溶解された場合、液体が毛管作用によって前記可溶性膜の前記第２の側に前記可溶性弁を通して輸送される、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
  6. 前記毛管手段は、少なくとも１つの毛管チャネルを含むか又は毛管充填を可能にする、例えば多孔質吸収性材料、好ましくは吸収性ペーパーマトリックスの構造を含む、請求項５に記載のマイクロ流体デバイス。
  7. 毛管チャネルは、規定された容積を有する毛管計量チャネルであり、第１の溶解時間を有する第１の可溶性弁が前記多孔質膜と毛管チャネル入口との間に位置し、第２の溶解時間を有する第２の可溶性弁が毛管チャネル出口の後に位置する、請求項５又は請求項６に記載のマイクロ流体デバイス。
  8. 並列に配置された複数の毛管チャネルであって、それぞれの複数の可溶性弁に結合された、複数の毛管チャネルを含み、前記可溶性弁の毛管手段が、前記可溶性弁から液体を収集するために結合されている、請求項５〜請求項７のいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
  9. 前記第１の可溶性弁は前記第２の可溶性弁より短い溶解時間を有する、請求項８に記載のマイクロ流体デバイス。
  10. 前記毛管チャネルを形成する第１の材料層と、少なくとも１つの可溶性膜を形成する可溶性材料を含む第２の材料層と、前記毛管手段を含む第３の材料層とを含む積層として形成された、請求項５〜請求項９のいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
  11. 前記多孔質膜の前記上側表面は、前記血液サンプルを受け入れるように適合された吸収性パッドと整列されている、請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
  12. （ｉ）マイクロ流体デバイスにおいて、多孔質血漿分離膜を支持構造の親水性表面と鋭角を成して配置する工程と、
    （ｉｉ）少なくとも３０μｌの全血液を前記多孔質血漿分離膜の上側表面に適用し、前記多孔質血漿分離膜を通した血漿の分離を許容する工程と、
    （ｉｉｉ）前記多孔質血漿分離膜と前記支持構造との間の楔形状の空間が、分離された血漿で徐々に充填されるのを許容する工程と、
    （ｉｖ）前記空間と流体連通状態にある毛管チャネルを、分離された血漿で充填する工程と、
    を含む、全血液からサンプルを調製する方法。
  13. 毛管チャネル入口における可溶性弁を溶解することによって、前記楔形状の空間と毛管チャネルとの間の流体連通をキャンセルすることをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
  14. 前記毛管チャネルの出口における第２の可溶性弁を溶解することをさらに含む、請求項１２又は請求項１３に記載の方法。
  15. 計量された容積の分離された血漿を毛管手段に輸送して、容積規定された血漿スポットを形成することを含む、請求項１４に記載の方法。
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