JP2019520560A - マイクロ流体装置 - Google Patents

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Abstract

１例によれば、マイクロ流体装置は、チャンネル、該チャンネルと流体連絡するホワイエ（該チャンネルは該ホワイエよりも幅が狭い）、該チャンネルを通過する流体の特性を検出するためのセンサー、該ホワイエと流体連絡するノズル、及び該ノズルに沿って配置されたアクチュエータを備えることができる。該マイクロ流体装置はまた、該流体の該検出された特性が所定の条件を満たすか否かを判定し、及び該流体の該検出された特性が該所定の条件を満たすことに応答して、所定のアクションを実行するためのコントローラを備えることができる。【選択図】図５

Description

マイクロフルイディクス（microfluidics：微小流体工学ともいう）は、工学、物理学、化学、マイクロテクノロジー、及びバイオテクノロジーを含む種々の分野に適用されている。マイクロフルイディクスには、種々のマイクロ流体システム、並びにマイクロ流体デバイスもしくはチップなどのデバイスにおける、少量の（たとえば、数マイクロリットルや数ピコリットルや数ナノリットルの）流体の研究及びそのような少量の流体の操作法、制御法、及び使用法が含まれる。たとえば、マイクロフルイディクスバイオチップ（「ラボオンチップ（lab-on-chip）」と呼ばれることもある）が、酵素及びＤＮＡの分析、生化学的毒素及び病原菌の検出、病気の診断などの目的で分析作業を統合するために、分子生物学の分野で使用されている。
本開示の特徴は、例示であって、添付の（１以上の）図面に示すものには限定されない。それらの図面において、同じ参照番号は同様の要素を示している。
例示的なマイクロ流体装置の単純化したブロック図である。 図１Ａに示されている例示的なマイクロ流体デバイスの単純化した側面断面図である。 別の例示的なマイクロ流体デバイスの単純化した側面断面図である。 別の例示的なマイクロ流体装置の単純化したブロック図である。 例示的なマイクロ流体システムの単純化したブロック図である。 例示的なマイクロ流体システムの単純化したブロック図である。 マイクロ流体デバイスによって流体を供給するための例示的な方法を示す。 マイクロ流体デバイスによって流体を供給するための例示的な方法を示す。
単純化及び説明のために、本開示は、本開示の例を主に参照することによって説明される。以下の説明では、本開示を十分に理解できるようにするために、多くの特定の細部が説明される。しかしながら、本開示を、それらの特定の細部に限定することなく実施できることは容易に明らかとなろう。他の例では、本開示を不必要に不明瞭にしないようにするために、いくつかの方法及び構造は詳しくは説明されていない。本明細書で使用されている「ある」という用語は、特定の要素のうちの少なくとも１つを示すことが意図されており、「（あるもの）を含む」という用語は、該「あるもの」を含むことを意味するが、含む物は該「あるもの」に限定されず、「（あるものを）を含んでいる」という用語は、該「あるもの」を含んでいることを意味するが、含んでいる物は該「あるもの」に限定されず、「に基づく」という用語は、少なくとも部分的に基づくことを意味する。
本明細書及び／又は図面に開示されているのは、１つまたは複数のマイクロ流体デバイスを含むマイクロ流体装置、及び該１つまたは複数のマイクロ流体デバイスを実施するための方法である。本明細書及び／又は図面に開示されているマイクロ流体システムはまた、該マイクロ流体装置または複数の同様に構成されたマイクロ流体装置を備えることができる。マイクロ流体デバイスはチャンネル（たとえば流路）を備えることができ、流体スロットからの流体は該チャンネルを通ってホワイエ（すなわちチャンバー）内へと流れることができ、該流体を、該ホワイエから、該ホワイエ内のノズルを通して供給することができる。該チャンネルを通過する流体の特性を検出するようにセンサーを配置することができる。さらに、コントローラが、該センサーから受け取った信号から、該流体の導電率または対象とする粒子（たとえば細胞）の特性などを決定することができる。たとえば、該センサーは、電界（該流体は該電界中を通過することができる）を生成することができ、該コントローラは、該電界を通過する流体によって引き起こされた該電界の変化（たとえばインピーダンスの変化）を決定することができる。
該コントローラはまた、該流体の該検出された特性が所定の条件を満たすか否かを判定することができる。該流体の該検出された特性が該所定の条件を満たすと判定したことに応答して、該コントローラは、所定のアクション（動作）を実行することができる。該所定のアクションを、該マイクロ流体デバイスを含んでいるマイクロ流体システムの供給プロトコルに対する変更とすることができる。該所定の条件及び所定のアクションの種々の例が本明細書に記載されている。
本明細書及び／又は図面に開示されているマイクロ流体デバイス及び方法を実施することによって、流体の検知または検出された特性に基づいて、該流体を所望の場所（位置）に供給することができる。したがって、たとえば、（複数の互いに）異なる流体を供給することができる場所は、それらの流体の特性に依存しうる。この点に関して、閉ループ検出及び供給プロセスを実施することによって、それらの流体をさまざまな場所に供給することができる。さらに、流体を、（マイクロリットルやピコリットルの体積などの）少量だけ供給することができる。
特定の例では、該対象とする粒子は細胞であり、それらの細胞は、有機体の基本的な構造的及び機能的単位である。ほとんどの動物及び植物の細胞のサイズは、１〜１００マイクロメートルの範囲内にあり、極めて重要な健康情報を含んでいる。多くの場合、細胞ベースの診断法は、感染症（ＨＩＶ、マラリア、結核）や慢性疾患（癌、心臓病、自己免疫疾患）を検出するための究極の判断基準である。本明細書及び／又は図面に記載されているマイクロ流体デバイス及び方法を用いて、健康診断用の構成可能でモバイルのプラットフォームを提供することができる。
図１Ａには、例示的なマイクロ流体装置１００の単純化したブロック図が示されている。図１Ａに示されているマイクロ流体装置１００は追加の構成要素を備えることができること、及び、本明細書及び／又は図面に記載されている構成要素のいくつかを、本明細書及び／又は図面に開示されているマイクロ流体装置１００の範囲から逸脱することなく除去し及び／又は変更できることが理解されるべきである。
マイクロ流体装置１００は、マイクロ流体デバイス１０２及びコントローラ１０４を備えるものとして示されている。マイクロ流体デバイス１０２は、流体スロット１１０及びホワイエ１１２を備えるものとして示されており、ホワイエ１１２は、チャンネル１１４を介して流体スロット１１０と流体連絡している（すなわち、チャンネル１１４を介してホワイエ１１２と流体スロット１１０の間で流体が行き来できるようになっている）。流体スロット１１０の一部分が示されており、該一部分は、マイクロ流体装置１００に収容されている複数のマイクロ流体デバイス１０２に流体を供給することができる。チャンネル１１４を、ホワイエ１１２に対してはさみつけられるのとみなすことができるように、チャンネル１１４は、ホワイエ１１２よりも幅が狭いものとして示されている。チャンネル１１４は、直線状の構成を有するものとして示されているが、チャンネル１１４は、湾曲形状、ヘビのような形状、角のある形状、またはそれらの組み合わせなどの他の形状を有することができる。
センサー１１６を、流体スロット１１０からチャンネル１１４を通ってホワイエ１１２内に流れる流体の特性を検出するように配置することができる。本明細書においてより詳しく説明されているように、センサー１１６は、流体がチャンネル１１４を通るときに、該流体内の対象とする粒子（たとえば、細胞や他の粒子）の存在を検出することができる。たとえば、流体スロット１１０に含まれている流体を、粒子（たとえば、細胞を含む血液サンプル、または顔料／粒子を含むインクなど）を有するホスト流体（host fluid）とすることができる。
センサー１１６を、半導体技術を使用して形成されたインピーダンスセンサーとすることができ、交流電流（ＡＣ）または直流電流（ＤＣ）検出を用いて実施することができる。センサー１１６は、流体内の粒子がチャンネル１１４を通ってセンサー１１６のそばを通過するときのインピーダンス変化を検出することができる。この例では、センサー１１６は、電界（該電界中を該粒子は通過することができる）を形成することができる金属電極を備えることができる。別の例では、センサー１１６は、光検出器（たとえば、レーザー光源及びフォトダイオード）を備えることができ、及び、検出された光の変化に基づいて、細胞または粒子を検出することができる。
マイクロ流体デバイス１０２はまた、アクチュエータ１１８、及びホワイエ１１２と流体連絡するノズル１２０を備えるものとして示されている。図示のように、アクチュエータ１１８をノズル１２０に沿って配置することができる（たとえば、アクチュエータ１１８とノズル１２０を同じ直線に沿って配置することができる）。たとえば、アクチュエータ１１８を、ノズル１２０の真上または真下に配置することができる。さらに、アクチュエータ１１８を作動させることによって、ホワイエ１１２内に含まれている（すなわちホワイエ１１２内の）流体の一部を、ノズル１２０を通してマイクロ流体デバイス１０２の外部に供給または放出することができる。一般に、マイクロ流体デバイス１０２の構造及び構成要素を、電鋳法、レーザーアブレーション、異方性エッチング、スパッタリング、ドライ及びウェットエッチング、写真平板（フォトリソグラフィー）、キャスティング、成形（モールディング）、スタンピング、機械加工、スピンコーティング、積層法などの集積回路微細加工技術を用いて製造することができる。特定の例では、マイクロ流体デバイス１０２の構造及び構成要素を、シリコン（ケイ素）から形成することができる。
１例によれば、コントローラ１０４は、センサー１１６に電力（たとえば、ＡＣまたはＤＣ）を供給することができ、及び、センサー１１６によって得られた測定値に基づいて、対象とする粒子（たとえば、細胞や特定のタイプの細胞など）が、いつチャンネル１１４を通ったかを検出することができる。さらに、センサー１１６は、センサーデータを表す電気出力信号をコントローラ１０４に提供することができる。コントローラ１０４は、対象とする粒子がチャンネル１１４を通過したとの判定に応答して、ホワイエ１１２内に含まれている流体をノズル１２０を通して放出するためにアクチュエータ１１８を作動させることができる。したがって、１つの点に関して、コントローラ１０４は、検出された対象とする粒子に基づいて、閉ループフィードバック方式でアクチュエータ１１８を制御することができる。アクチュエータ１１８を、ホワイエ１１２内に流体変位（または流体移動）を生じさせるための蒸気泡を生成する熱抵抗器とすることができる。他の例では、アクチュエータ１１８を、電気的に誘発された（たわみなどの）変形によってホワイエ１１２内に流体変位を生じさせる圧電素子（たとえばＰＺＴ）として実施することができる。さらに他の例では、アクチュエータ１１８を、電気や磁気やその他の力によって作動する他のタイプの可撓性膜要素（deflective membrane element）とすることができる。
ホワイエ１１２内に含まれている全流体よりは少ない流体（すなわちホワイエ１１２内に含まれている流体の一部）が、アクチュエータ１１８の単一の作動中に放出される例では、コントローラ１０４は、ホワイエ１１２から検出された対象とする粒子を放出するために、所定の回数だけアクチュエータ１１８を作動させることができる。この所定の回数を、該対象とする粒子を検出した直後にホワイエ１１２内に含まれている流体のほとんどもしくは全てを放出するために、アクチュエータ１１８を作動させなければならない回数に対応づける（または一致させる）ことができる。すなわち、たとえば、該所定の回数を、ホワイエ１１２内に含まれている対象とする粒子を放出させるためにアクチュエータ１１８を作動させなければならない回数に対応づける（または一致させる）ことができる。
コントローラ１０４を、コンピューティング装置、半導体ベースのマイクロプロセッサ、中央処理装置（ＣＰＵ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、及び／又はその他のハードウェア装置とすることができる。コントローラ１０４は、電源または電力供給部（不図示）から電力を受け取ることができ、及び、センサー１１６に、ＡＣまたはＤＣ電力を供給することができる。
図１Ｂには、図１Ａに示されている例示的なマイクロ流体デバイス１０２の単純化した側面断面図が示されている。マイクロ流体デバイス１０２を、シリコン（ケイ素）、ポリマー｛こうぶんし｝（高分子）材料、または（ＳＵ−８などの）エポキシ系のネガティブフォトレジストなどから形成することができる構造要素１３０から形成することができる。構造要素１３０を、電鋳法、レーザーアブレーション、異方性エッチング、スパッタリング、ドライ及びウェットエッチング、写真平板（フォトリソグラフィー）、キャスティング、成形（モールディング）、スタンピング、機械加工、スピンコーティング、積層法などの微細加工技術を実施することによって形成することができる。いずれにしても、アクチュエータ１１８、及びセンサー１１６の構成要素を、集積回路製造技術によって該構造要素中に形成することができる。さらに、チャンネル１１４及びノズル１２０を、たとえばエッチングによって、構造要素１３０を貫通して形成することができる。
１例によれば、チャンネル１１４は、単一の粒子（たとえば細胞）が、一度にチャンネル１１４を通過できるような大きさとされる断面を有することができる。この例では、チャンネル１１４の大きさを粒子１４０の大きさに基づいて設定することができ、及び、チャンネル１１４を粒子１４０よりもわずかに大きくすることができる。特定の例では、チャンネル１１４は、約５マイクロメートル〜約１００マイクロメートルの範囲内の高さ及び幅と、約５マイクロメートル〜約５００マイクロメートルの範囲内の長さを有することができる。本明細書で使用されている「約」という用語を、±２マイクロメートル〜±１００マイクロメートルの範囲内として定義することができる。ホワイエ１１２内に含まれている流体が意図せずにノズル１２０を通って供給されるのを実質的に防止できるように、ノズル１２０の大きさを設定することができる。すなわち、たとえば、流体の表面張力が、重力によって該流体が放出されるのを阻止すると共に、アクチュエータ１１８が作動しているときに所定量の流体を放出することができるように、ノズル１２０の大きさを設定することができる。さらに、ホワイエ１１２内に含まれている流体の一部が、ノズル１２０を通って気化できるように、ノズル１２０の大きさを設定することができる。
コントローラ１０４は、センサー１１６に電力を供給することができ、これによって、電界１３２を生成することができる。細胞などの対象とする粒子を含んでいる流体または単に粒子１４０が、矢印で示されているようにチャンネル１１４中を移動すると、電界１３２が妨害されうる。センサー１１６によって検出された妨害の大きさ（たとえばインピーダンスの変化）は、検出された流体の特性や粒子１４０のタイプなどに依存して異なりうる。たとえば、妨害の大きさは、異なる導電率、光透過率もしくはその他の特性を有する流体間で異なりうる。別の例として、第１のタイプの細胞は、検出されるインピーダンスに第１の変化を生じさせることができ、第２のタイプの細胞は、検出されるインピーダンスに第２の変化を生じさせることなどができる。センサー１１６が光源及び光検出器を備えている他の例では、異なる特性を有する粒子１４０は、検出される光に異なる変化を生じさせうる。これらの例では、センサー１１６要素の一つをチャンネル１１４の上部に設け、センサー１１６要素の別の１つをチャンネル１１４の下部に設けることができる。
いずれにしても、コントローラ１０４は、センサー１１６から検出された状態の変化に関する信号を受け取ることができる。たとえば、流体がセンサー１１６を（もしくはそのそばを）通って流れるときの電界または検出された光の変化は、コントローラ１０４に伝えられる電気信号を変化させうる。これらの変化には、たとえば電流の変化を含めることができ、コントローラ１０４は、該受け取った電気信号からインピーダンスの変化を決定することができる。さらに、コントローラ１０４は、該受け取った信号から、チャンネル１１４を通過する流体の検出された特性を決定することができる。コントローラ１０４は、該受け取った電気信号から、該流体の導電率を決定することができる。別の例では、コントローラ１０４は、該受け取った電気信号から、チャンネル１１４内で検出された粒子のタイプを決定することができる。この例では、コントローラ１０４は、該受け取った電気信号を既知の粒子タイプの電気信号と比較することによって（たとえばインピーダンスレベルの変化から）、粒子のタイプを決定することができる。
コントローラ１０４はまた、流体の検出された特性が所定の条件を満たすか否かを決定して、該流体の該検出された特性が該所定の条件を満たすことに応答して、所定のアクション（動作）を実行することができる。1例では、該所定の条件を、該流体の所定の導電率レベル（導電率の大きさ）とすることができ、コントローラ１０４は、該流体の検出された導電率レベルが該所定の導電率レベルを超えていることに応答して、該流体の検出された特性が該所定の条件を満たすと判定することができる。同様に、コントローラ１０４は、該流体の検出された導電率レベルが該所定の導電率レベルを下回っていることに応答して、該流体の検出された特性が該所定の条件を満たさないと判定することができる。別の例では、該所定の条件を、粒子の所定のタイプ（たとえば細胞の所定のタイプ）とすることができる。この例では、コントローラ１０４は、該流体の検出された特性が、該所定のタイプの粒子が検出されたことを示していることに応答して、該流体の検出された特性が該所定の条件を満たすと判定することができる。同様に、コントローラ１０４は、該流体の検出された特性が、該所定のタイプの粒子が検出されなかったことを示していることに応答して、該流体の検出された特性が該所定の条件を満たさないと判定することができる。
１例によれば、該所定のアクションは、流体の供給に関するプロトコル（たとえば、ホワイエ１１２内に含まれている流体に適用される供給プロトコル）の変更を含むことができる。このプロトコルの変更は、たとえば、ホワイエ１１２内に含まれている流体の供給場所を変えること、またはホワイエ１１２内に含まれている流体と別のホワイエ１１２内に含まれている別の流体を供給する順番を変えること、または井戸内に供給される流体の量を変えること、または該流体が供給された井戸内に第２の流体を供給すること、または該流体の検出された特性が該所定の条件を満たすと判定した後の特定の時点で該第２の流体を供給すること、またはこれらの組み合わせなどを含むことができる。コントローラ１０４は、該供給プロトコルの変更中または変更後に、ホワイエ１１２内に含まれている流体をノズル１２０を通して放出させるためにアクチュエータ１１８を作動させることができ、及び／又は、別のマイクロ流体デバイスのホワイエ内に含まれている流体を放出させるために第２のアクチュエータを作動させることができる。
アクチュエータ１１８が作動しているときに、ホワイエ１１２内に含まれている流体を完全には放出することはできない。１例によれば、コントローラ１０４は、ホワイエ１１２内に含まれている全てのまたは実質的に全ての流体を放出させるために、アクチュエータ１１８を所定の回数だけ作動させることができる。対象とする粒子１４０がホワイエ１１２から確実に放出されるようにするために、該所定の回数を、ホワイエ１１２内に含まれている流体を取り除くという結果をもたらすことができる回数と同じとすることができる。したがって、たとえば、アクチュエータ１１８の単一の作動が、ホワイエ１１２内に含まれている流体の１／４を放出させることになる場合には、コントローラ１０４は、該対象とする粒子をホワイエ１１２から確実に放出するために、アクチュエータ１１８を４回作動させることができる。
図２には、別の例示的なマイクロ流体デバイス２００の単純化した側面断面図が示されている。図２に示されているマイクロ流体デバイス２００は、図１Ｂに示されているマイクロ流体デバイス１０２の特徴の大部分を有しており、そのため、共通の特徴については詳しくは説明しない。しかしながら、図２に示されているマイクロ流体デバイス２００は、センサー１１６要素が、チャンネル１１４の外側に配置されている点で、図１Ｂに示されているマイクロ流体デバイス１０２とは異なる。すなわち、センサー１１６要素の１つは、チャンネル１１４の入口に配置されているものとして示されており、センサー１１６要素の他の１つは、チャンネル１１４の出口に配置されているものとして示されている。
図３には、別のマイクロ流体装置３００の単純化したブロック図が示されている。図３に示されているマイクロ流体装置３００は、図１Ａに示されているマイクロ流体装置１００の特徴のほとんどを有しており、そのため、共通の特徴については詳しくは説明しない。しかしながら、図３に示されているマイクロ流体装置３００は、マイクロ流体デバイス３０２がマイクロ流体デバイス１０２と異なる特徴を有している点で、図１Ａに示されているマイクロ流体装置１００とは異なる。具体的には、マイクロ流体デバイス３０２は、第２のアクチュエータ３０４及び第２のノズル３０６を備えることができる。第２のアクチュエータ３０４を、第２のノズル３０６に沿って配置することができ、及び、アクチュエータ１１８に対してホワイエ１１２の反対側に配置することができる。第２のアクチュエータ３０４を、アクチュエータ１１８と類似のタイプのアクチュエータ（たとえば、熱抵抗器やＰＺＴなど）として実施することもできる。
図３に示されているように、コントローラ１０４は、たとえば通信ラインまたは信号ラインを介して、第２のアクチュエータ３０４を制御することができる。すなわち、コントローラ１０４は、第２のアクチュエータ３０４にエネルギーを供給して、第２のアクチュエータ３０４を作動させ、その結果、ホワイエ１１２内に含まれている流体の一部を第２のノズル３０６を通して放出させることができる。コントローラ１０４は、対象とする粒子がチャンネル１１４を通過してホワイエ１１２内に入ったことを検出したことに応答して、アクチュエータ１１８と第２のアクチュエータ３０４を順に（またはある順番で）作動させることができる。さらに、コントローラ１０４は、対象とする粒子がチャンネル１１４を通過したことが検出されたときに、ホワイエ１１２内に含まれている流体の体積に等しいかまたは実質的に等しい体積の流体がホワイエ１１２から放出されるまで、アクチュエータ１１８及び第２のアクチュエータ３０４を所定の回数だけ作動させることができる。
１例によれば、第２のノズル３０６は、アクチュエータ１１８の作動中に圧力除去装置として機能することができ、ノズル１２０は、第２のアクチュエータ３０４の作動中に圧力除去装置として機能することができる。すなわち、アクチュエータ１１８（または第２のアクチュエータ３０４）が作動しているときは、圧力がホワイエ１１２に含まれている流体に加えられうるが、これによって、該流体の一部がチャンネル１１４を通って押し戻される場合がある。ホワイエ１１２内に含まれている流体がチャンネル１１４を通って押し戻されるのを阻止するために、アクチュエータ１１８が作動しているときに、該流体の一部を第２のノズル３０６を通して放出することができる。
マイクロ流体デバイス１０２とマイクロ流体デバイス３０２は、それぞれ、１つのアクチュエータ１１８と２つのアクチュエータ１１８、３０２を有するものとして示されているが、本明細書及び／又は図面に開示されているマイクロ流体デバイス１０２、３０２は、本開示の範囲から逸脱することなく、より多くの数のアクチュエータ及び対応するノズルを備えることができることが理解されるべきである。
図４には、例示的なマイクロ流体システム４００の単純化したブロック図が示されている。マイクロ流体システム４００は、複数のマイクロ流体装置４０２〜４０８、（１つの）基板４１０、及びコントローラ１０４を備えるものとして示されている。マイクロ流体装置４０２〜４０８の各々を、図１Ａ及び図３のうちの任意の図に示されているように構成することができ、及び、該装置の各々が、複数のマイクロ流体デバイスを含むことができる。それらのマイクロ流体デバイスの各々を、図１Ａ〜図３のうちの任意の図に示されているように構成することができる。たとえば、マイクロ流体装置４０２〜４０８の各々は、６つまたはそれより多くのマイクロ流体デバイス１０２、２００、３０２を含むことができる。
基板４１０は、複数の井戸（すなわち井戸状のくぼみ）４１２を備えるものとして示されている。１例によれば、基板４１０を、マイクロ流体装置４０２〜４０８に対して、１次元、２次元、または３次元において移動させることができる。この例では、コントローラ１０４は、マイクロ流体装置４０２〜４０８に対して基板４１０を動かすためにモーターまたはその他のアクチュエータを制御することができる。たとえば、コントローラ１０４は、特定の井戸４１２が、マイクロ流体装置４０２〜４０８のうちの特定の１つの下（たとえば真下）に配置されるように、基板４１０を移動させることができる。これに関して、異なる流体を、マイクロ流体装置４０２〜４０８の各々に挿入することができ、コントローラ１０４は、井戸４１２のうちの選択された井戸に該流体を供給するために、マイクロ流体装置４０２〜４０８に含まれているマイクロ流体デバイスを個別に制御することができる。
特定の例によれば、コントローラ１０４は、粒子（たとえば細胞）を含んでいる流体を個々の井戸４１２に供給するためにそれらのマイクロ流体デバイスを制御することができる。すなわち、コントローラ１０４は、該流体の検出された特性に依存して、井戸４１２内への該流体の供給を制御することができる。たとえば、コントローラ１０４は、該流体の検出された特性に基づいて供給プロトコルを変更することができ、この場合、該供給プロトコルの変更によって、供給プロトコルが変更されない場合に該流体が供給されることになる井戸とは異なる井戸４１２内に該流体を供給させることができる。コントローラ１０４は、該変更された供給プロトコルに従うようにするために、異なる井戸４１２が、該マイクロ流体デバイスを含んでいるマイクロ流体装置４０２の下（たとえば真下）に配置されるように、基板４１０を移動させることができる。
図５には、例示的なマイクロ流体システム５００の単純化したブロック図が示されている。図５に示されているマイクロ流体システム５００は、追加の構成要素を含むことができること、及び、本明細書及び／又は図面に記載されている構成要素のいくつかを、本明細書及び／又は図面に開示されているマイクロ流体システム５００の範囲から逸脱することなく除去し及び／又は変更できることが理解されるべきである。
マイクロ流体システム５００は、コントローラ５０２及びデータストア（データ格納部）５０４を備えるものとして示されている。コントローラ５０２を、図１Ａに示されており、及び図１Ａに関して説明したコントローラ１０４と同じものとすることができる。したがって、コントローラ５０２を、コンピューティング装置、半導体ベースのマイクロプロセッサ、中央処理装置（ＣＰＵ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ）、及び／又はその他のハードウェア装置とすることができる。コントローラ５０２はまた、電源または電力供給部（不図示）から電力を受け取ることができる。データストア５０４を、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、電気消去可能プログラマブル読出し専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、記憶装置、または光ディスクなどとすることができる。
マイクロ流体システム５００はまた、コントローラ５０２が実行することができる機械可読命令５１２〜５１６が格納されているコンピュータ可読記憶媒体５１０を備えることができる。より具体的には、コントローラ５０２は、チャンネル１１４を通過する流体の特性を検出するための命令５１２をフェッチし、デコードし、及び実行することができる。コントローラ５０２は、該検出された特性が所定の条件を満たすか否かを判定するための命令５１４をフェッチし、デコードし、及び実行することができる。コントローラ５０２は、該検出された特性が所定の条件を満たすか否かに基づいて所定のアクションを実行するための命令５１６をフェッチし、デコードし、及び実行することができる。代替的に、または、命令を取り出して実行することに加えて、コントローラ５０２は、命令５１２〜５１６の機能を実行するための構成要素を有する１以上の電子回路を備えることができる。
コンピュータ可読記憶媒体５１０を、実行可能命令を含んでいるかまたは格納している任意の電子記憶装置、磁気記憶装置、光学記憶装置、またはその他の物理的記憶装置とすることができる。したがって、コンピュータ可読記憶媒体５１０を、たとえば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、電気消去可能プログラマブル読出し専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、記憶装置、または光ディスクなどとすることができる。コンピュータ可読記憶媒体５１０を、非一時的な機械可読記憶媒体とすることができ、ここで、「非一時的」という用語は、一過性の伝搬信号を含まない。
マイクロ流体システム５００はさらに、複数のマイクロ流体デバイス５２０ａ〜５２０ｎを備えることができ、ここで、変数「ｎ」は、１より大きな整数値を表している。マイクロ流体デバイス５２０ａ〜５２０ｎの各々を、図１Ａ〜図３に示されているマイクロ流体デバイス１０２、２００、３００のうちの１つと同様のものとすることができる。この点に関して、マイクロ流体デバイス５２０ａ〜５２０ｎの各々は、センサー５２２Ａａ〜５２２ｎ及びアクチュエータ５２４ａ〜５２４ｎを備えることができる。他の例では、たとえば、複数のアクチュエータを有するマイクロ流体デバイス３００に関して、マイクロ流体デバイス５２０ａ〜５２０ｎの各々は、複数のアクチュエータ５２４ｎを備えることができる。さらに、または代替的に、マイクロ流体デバイス５２０ａ〜５２０ｎは、複数のセンサー５２２ａ〜５２２ｎを備えることができる。いくつかの例では、マイクロ流体デバイス５２０ａ〜５２０ｎは、単一のマイクロ流体装置に収容される。いくつかの例では、マイクロ流体デバイス５２０ａ〜５２０ｎの第１のグループが、第１のマイクロ流体装置に収容され、マイクロ流体デバイス５２０ａ〜５２０ｎの第２のグループが、第２のマイクロ流体装置に収容される。
マイクロ流体システム５００はさらに、図４に示されている基板４１０と同様のものとすることができる基板５３０を備えることができる。コントローラ５０２は、（選択された井戸４１２が）マイクロ流体デバイス５２０ａ〜５２０ｎのうちの所望のマイクロ流体デバイスから流体を受け取るように（すなわち該流体を受け取ることができる位置に）、選択された井戸４１２を配置できるように基板５３０を制御することができる。
マイクロ流体システム５００を実施することができる種々のやり方を、図６及び図７にそれぞれ示されている方法６００及び７００に関して、より詳しく説明する。具体的には、図６及び図７は、それぞれ、マイクロ流体デバイスから流体を供給する（送り出す）ための例示的な方法６００及び７００を示している。方法６００及び７００は一般化した例を表していること、及び、方法６００及び７００の範囲から逸脱することなく、他の処理を追加することができ、または既存の処理を除去し、変更し、もしくは並べ替えることができることは、当業者には明らかである。
方法６００及び７００の説明を、説明のために、図５に示されているマイクロ流体システム５００を参照して行う。しかしながら、方法６００及び７００の範囲から逸脱することなく、方法６００及び７００の一方または両方を実行するために、他の構成を有するマイクロ流体システムを実施できることが明確に理解されるべきである。
最初に図６を参照すると、ブロック６０２において、マイクロ流体デバイス５２０ａのチャンネル１１４において、マイクロ流体デバイス５２０ａのホワイエ１１２内へと該チャンネル１１４を通過する（または、該チャンネルを通って該ホワイエ内に入る）流体の特性の検出を行うことができる。たとえば、コントローラ５０２は、チャンネル１１４の近くに配置されたセンサー１１６から受け取った信号を用いて、該流体の特性を検出するための命令５１２を実行することができる。本明細書で説明しているように、該検出された特性は、たとえば、該流体の導電率、または該流体の光透過率、または対象とする粒子１４０がチャンネル１１４を通過する流体に含まれているか否かなどを含むことができる。コントローラ５０２は、センサー１１６から（たとえば、センサー１１６の電極やフォトダイオードなどから）電気信号を受け取ることができ、及び、該受け取った電気信号から、該流体の特性を検出することができる。別の例では、センサー１１６は、該特性を検出することができ、及び該検出された特性をコントローラ５０２に伝えることができるプロセッサを備えることができる。
ブロック６０４において、コントローラ５０２は、該流体の検出された特性が所定の条件を満たすか否かを判定することができる。たとえば、コントローラ５０２は、この判定を行うための命令５１４を実行することができる。該所定の条件を、該流体の所定の導電率レベル（導電率の大きさ）とすることができ、コントローラ５０２は、該流体の検出された導電率レベルが、該所定の導電率レベルを超えていることに応答して、該流体の検出された特性が該所定の条件を満たすと判定することができる。同様に、コントローラ５０２は、該流体の検出された導電率レベルが、該所定の導電率レベルを下回っていることに応答して、該流体の検出された特性が該所定の条件を満たさないと判定することができる。
別の例では、該所定の条件を所定のタイプの粒子（たとえば所定のタイプの細胞）とすることができる。この例では、コントローラ５０２は、該流体の検出された特性が、該所定のタイプの粒子が検出されたことを示していることに応答して、該流体の該検出された特性は該所定の条件を満たすと判定することができる。同様に、コントローラ５０２は、該流体の検出された特性が、該所定のタイプの粒子が検出されなかったことを示していることに応答して、該流体の該検出された特性は該所定の条件を満たさないと判定することができる。
ブロック６０６において、コントローラ５０２は、該検出された特性が該所定の条件を満たすとの判定に応答して、マイクロ流体システム５００の供給プロトコルを変更することができる。コントローラ５０２は、該流体の検出された特性が該所定の条件を満たしていることに応答して、ホワイエ１１２内に含まれている該流体に対して所定のアクション（動作）を実行するための命令５１６を実行することができる。該所定のアクションの実行中または実行後に、コントローラ５０２は、基板５３０の井戸４１２内にまたはその他の目的とする場所に１つの流体または複数の流体を供給するために、１つのマイクロ流体デバイス５２０ａまたは複数のマイクロ流体デバイス５２０ａ〜５２０ｎの１つのアクチュエータ１１８または複数のアクチュエータ１１８、３０４を作動させることができる。上記したように、コントローラ５０２は、所定の体積の流体をノズル１２０を通してホワイエ１１２から排出するために、（１以上の）アクチュエータ１１８を所定の回数だけ作動させることができ、ここで、流体の該所定の体積は、ホワイエ１１２に追加の流体が補充される前にホワイエ１１２内に含まれている流体の全体積に等しいかまたはほぼ等しい。
１例によれば、該所定のアクションは、該流体の供給に関するプロトコル（たとえば、ホワイエ１１２内に含まれている流体に適用される供給プロトコル）の変更を含むことができる。このプロトコルの変更は、たとえば、ホワイエ１１２内に含まれている流体の供給場所を変えること、またはホワイエ１１２内に含まれている流体と別のホワイエ１１２内に含まれている別の流体を供給する順番を変えること、または井戸内に供給される流体の量を変えること、または該流体が供給された井戸内に第２の流体を供給すること、または該流体の検出された特性が該所定の条件を満たすと判定した後の特定の時点で該第２の流体を供給すること、またはこれらの組み合わせなどを含むことができる。コントローラ５０２は、該供給プロトコルの変更中または変更後に、ホワイエ１１２内に含まれている流体をノズル１２０を通して放出させるためにアクチュエータ１１８を作動させることができ、及び／又は、別のマイクロ流体デバイスのホワイエ内に含まれている流体を放出させるために第２のアクチュエータを作動させることができる。
次に図７を参照すると、ブロック７０２において、センサー５２２ａまたは複数のセンサー５２２ａ〜５２２ｎに電力を供給することができる。たとえば、コントローラ５０２は、（１以上の）センサー５２２ａ〜５２２ｎが、電界またはその他の検出場（たとえば、レーザービーム及び光検出器）を生成するように、（１以上の）センサー５２２ａ〜５２２ｎに電力を供給することができる。本明細書で述べているように、流体が、マイクロ流体デバイス１０２、２００、３０２のチャンネル１１４、または複数のマイクロ流体デバイス１０２、２００、３０２の複数のチャンネル１１４を通って流れるときに、該流体の特性を検出するように、（１以上の）センサー５２２ａ〜５２２ｎを配置することができる。
ブロック７０４において、コントローラ５０２は、（１以上の）センサー５２２ａ〜５２２ｎから信号を受け取ることができる。たとえば、コントローラ５０２は、（１以上の）センサー５２２ａ〜５２２ｎの電極から電気信号を受け取ることができる。別の例では、コントローラ５０２は、（１以上の）センサー５２２ａ〜５２２ｎのフォトダイオードから電気信号を受け取ることができる。（１以上の）センサー５２２ａ〜５２２ｎがプロセッサを備えているさらに別の例では、コントローラ５０２は、検出された電流変化、または検出された電界強度変化、または検出されたインピーダンス情報、または光検出器によって検出された光の変化に関する情報などの、検出された情報を受け取ることができる。
ブロック７０６において、コントローラ５０２は、該受け取った信号から該流体の特性を検出することができる。すなわち、コントローラ５０２は、該流体がチャンネル１１４を通ってホワイエ１１２内へ流れるときに該流体の特性を検出することができる。本明細書で説明されているように、該流体の検出された特性は、たとえば、検出された導電率レベル、または光透過率レベル（光透過率の大きさ）、または検出された粒子の特性などを含むことができる。
ブロック７０８において、コントローラ５０２は、該流体の検出された特性が所定の条件を満たすか否かを判定することができる。たとえば、コントローラ５０２は、検出された粒子が、所定の電気的シグネチャに合致する電気的シグネチャを有しているか否かを判定することができる（たとえば、検出された粒子は、検出されるインピーダンスを所定の量だけ変化させる）。別の例では、コントローラ５０２は、該流体の導電率が、所定の導電率レベルを超えているか否かを判定することができる。
ブロック７０８における、検出された特性が該所定の条件を満たさないという判定に応答して、コントローラ５０２は、ブロック７０４において、（１以上の）センサー５２２ａ〜５２２ｎからの信号の受け取りを継続し、ブロック７０６において、該受け取った信号からの該流体の特性の検出を継続し、及びブロック７０８において、該検出された特性が該所定の条件を満たすか否かの判定を継続することができる。しかしながら、ブロック７０８における、該検出された特性が該所定の条件を満たすという判定に応答して、コントローラ５０２は、ブロック７１０に示されているように、マイクロ流体システム５００の供給プロトコルを変更することができる。供給プロトコルが、ホワイエ１１２内に含まれている流体を第１の井戸４１２内に供給することができる例では、コントローラ５０２は、該検出された特性が該所定の条件を満たしていることに応答して、ホワイエ１１２内に含まれている流体が異なる井戸に供給されるように、該供給プロトコルを変更することができる。
ブロック７１２において、コントローラ５０２は、変更された供給プロトコルを実施することができる。たとえば、コントローラ５０２は、ホワイエ１１２内に含まれている流体の供給場所を変えることができ、またはホワイエ１１２内に含まれている流体と別のホワイエ１１２内に含まれている別の流体を供給する順番を変えることができ、または井戸内に供給される流体の量を変えることができ、または該流体が供給された井戸内に第２の流体を供給することができ、または該流体の検出された特性が該所定の条件を満たすと判定した後の特定の時点で該第２の流体を供給することができ、またはこれらの組み合わせなどを行うことができる。コントローラ５０２は、該供給プロトコルの変更中または変更後に、ホワイエ１１２内に含まれている流体をノズル１２０を通して放出させるためにアクチュエータ１１８を作動させることができ、及び／又は、別のマイクロ流体デバイスのホワイエ内に含まれている流体を放出させるために第２のアクチュエータを作動させることができる。
ブロック７１４において、コントローラ５０２は、方法７００を継続すべきか否かを決定することができる。コントローラ５０２は、追加の流体が井戸４１２に送られることになっているという判定に応答して、方法７００を継続すべきことを決定することができる。方法７００を継続すべきという決定に応答して、コントローラ５０２は、コントローラ５０２が、方法７００を終了すべきと決定するまで、ブロック７０４〜７１４を繰り返すことができる。ブロック７１４における「ＮＯ」判定に続いて、ブロック７１６に示されているように、コントローラ５０２は、（１以上の）センサー５２２ａ〜５２２ｎへの電力の供給を停止することができる。さらに、コントローラ５０２は、ブロック７１８で示されているように、方法７００を終了することができる。
方法６００及び７００を実施することによって、流体及び／又は対象とする粒子の検出された特性に基づいて、該流体及び／又は該対象とする粒子を、所望の場所（たとえば基板４１０内の井戸４１２）に送る（供給する）ことができる。そのたえ、たとえば、方法６００及び７００は、該検出された特性に基づく流体供給の閉ループ制御を可能にすることができる。
方法６００及び７００に関して説明した処理の一部または全てを、任意の所望のコンピュータアクセス可能媒体に、プログラムまたはサブプログラムとして含めることができる。さらに、方法６００及び７００を、アクティブと非アクティブの両方の様々な形態で存在しうるコンピュータプログラムによって具現化することができる。たとえば、それらは、ソースコード、オブジェクトコード、実行可能コード、またはその他のフォーマットを含む機械可読命令として存在することができる。上記の任意のものを、非一時的なコンピュータ可読記憶媒体において具現化することができる。
非一時的なコンピュータ可読記憶媒体の例には、コンピュータシステムのＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、及び、磁気ディスクまたは光ディスクまたはテープが含まれる。したがって、上記の機能を実行することができる任意の電子装置は、上に列挙した機能を実行できることが理解されるべきである。
本開示の全体を具体的に説明したが、本開示の代表的な例は、広範な用途に対して有用性を有し、上記の説明は、限定することを意図したものではなく、また、限定するものとして解釈されるべきものでもなく、本開示のいくつかの側面を例示的に説明するものとして提供されている。
本明細書及び／又は図面において説明され及び図示されているものは、本開示の例及びその変形形態のうちの一部である。本明細書及び／又は図面において使用されている用語、記述及び図は、例示としてのみ提供されたものであって、限定するものではない。特許請求の範囲及びその均等物によって画定されることが意図されている本開示の思想及び範囲内において多くの変形が可能であり、該特許請求の範囲における全ての用語は、別段の指示がない限り、それらの最も広い合理的な意味を有することが意図されている。

Claims (15)

  1. マイクロ流体装置であって、
    チャンネルと、
    前記チャンネルと流体連絡するホワイエであって、前記チャンネルは、該ホワイエよりも幅が狭いことからなる、ホワイエと、
    前記チャンネルを通る流体の特性を検出するためのセンサーと、
    前記ホワイエと流体連絡するノズルと、
    前記ノズルに沿って配置されたアクチュエータと、
    前記流体の前記検出された特性が所定の条件を満たすか否かを判定し、及び前記流体の前記検出された特性が前記所定の条件を満たすことに応答して、所定のアクションを実行するためのコントローラ
    を備えるマイクロ流体装置。
  2. 前記所定のアクションが、
    前記ホワイエ内に含まれている前記流体の供給場所を変えることと、
    前記ホワイエ内に含まれている前記流体と別のホワイエ内に含まれている別の流体を供給する順番を変えることと、
    井戸内に供給される流体の量を変えることと、
    前記流体が供給された井戸に第２の流体を供給することと、
    前記流体の前記検出された特性が前記所定の条件を満たすと判定した後の特定の時点で前記第２の流体を供給すること
    とのうちの少なくとも１つを含むことからなる、請求項１のマイクロ流体装置。
  3. 前記コントローラは、前記ホワイエ内に含まれている前記流体に適用される供給プロトコルを変更することによって、前記所定のアクションを実行することができる、請求項１のマイクロ流体装置。
  4. 前記流体の前記特性は、前記流体の導電率である、請求項１のマイクロ流体装置。
  5. 前記流体の前記特性は、該流体に含まれている所定のタイプの粒子である、請求項１のマイクロ流体装置。
  6. 第２の流体を含む第２のホワイエと、
    第２のノズルと、
    第２のアクチュエータ
    をさらに備え、
    前記コントローラは、前記流体の前記検出された特性が前記所定の条件を満たすことに応答して、前記第２のホワイエ内の第２の流体を前記第２のノズルを通して供給させるように前記第２のアクチュエータを作動させることができる、請求項１のマイクロ流体装置。
  7. 複数の井戸を含む基板をさらに備え、
    前記コントローラは、前記流体の前記検出された特性が前記所定の条件を満たすことに応答して、前記ホワイエ内の流体を、前記ノズルを通して、前記複数の井戸のうちの第１の井戸に供給させるように前記アクチュエータを制御することができ、及び、前記流体の前記検出された特性が前記所定の条件を満たさないことに応答して、前記ホワイエ内の流体を、前記ノズルを通して、前記複数の井戸のうちの第２の井戸に供給させるように前記アクチュエータを制御することができることからなる、請求項１のマイクロ流体装置。
  8. マイクロ流体デバイスのチャンネルにおいて、該マイクロ流体デバイスのホワイエ内へと該チャンネルを通過する流体の特性を検出するステップと、
    前記流体の前記検出された特性が、所定の条件を満たすか否かを判定するステップと、
    前記流体の前記検出された特性が前記所定の条件を満たすという判定に応答して、前記ホワイエ内に含まれている前記流体に対して所定のアクションを実行するステップ
    を含む方法。
  9. 前記ホワイエ内に含まれている前記流体に対して所定のアクションを実行する前記ステップがさらに、
    前記ホワイエ内に含まれている前記流体の供給場所を変えることと、
    前記ホワイエ内に含まれている前記流体と別のホワイエ内に含まれている別の流体を供給する順番を変えることと、
    井戸内に供給される流体の量を変えることと、
    前記流体が供給された井戸に第２の流体を供給することと、
    前記流体の前記検出された特性が前記所定の条件を満たすと判定した後の特定の時点で前記第２の流体を供給すること
    とのうちの少なくとも１つを含むことからなる、請求項８の方法。
  10. 前記ホワイエ内へと前記チャンネルを通過する前記流体の前記特性を検出する前記ステップがさらに、前記チャンネルを通過する前記流体の導電率を検出することを含む、請求項８の方法。
  11. 前記ホワイエ内へと前記チャンネルを通過する前記流体の前記特性を検出する前記ステップがさらに、前記チャンネルを通過する前記流体中の粒子の電気信号を検出することを含む、請求項８の方法。
  12. 前記流体の前記検出された特性が前記所定の条件を満たすとの判定に応答して第２のアクチュエータを作動させるステップをさらに含み、該第２のアクチュエータの作動によって、第２のホワイエ内に含まれている第２の流体が第２のノズルを通して供給されることからなる、請求項８の方法。
  13. 複数のマイクロ流体デバイスと、
    コントローラ
    を備えるマイクロ流体システムであって、
    前記複数のマイクロ流体デバイスの各々は、
    ホワイエであって、該ホワイエよりも断面積が小さいチャンネルと流体連絡するホワイエと、
    前記ホワイエ内へと前記チャンネルを通過する流体の特性を検出するためのセンサーと、
    前記ホワイエと流体連絡するノズルと、
    前記ノズルに沿って配置されたアクチュエータ
    を備え、
    前記コントローラは、前記チャンネルを通過する前記流体の前記検出された特性に基づいて、前記複数のマイクロ流体デバイスに適用される供給プロトコルを変更することからなる、マイクロ流体システム。
  14. 前記コントローラは、
    前記ホワイエ内に含まれている前記流体の供給場所を変えることと、
    前記ホワイエ内に含まれている前記流体と別のホワイエ内に含まれている別の流体を供給する順番を変えることと、
    井戸内に供給される流体の量を変えることと、
    前記流体が供給された井戸に第２の流体を供給することと、
    前記流体の前記検出された特性が前記所定の条件を満たすと判定した後の特定の時点で前記第２の流体を供給すること
    とのうちの少なくとも１つによって前記供給プロトコルを変更することができることからなる、請求項１３の流体供給システム。
  15. 前記コントローラはさらに、前記複数のマイクロ流体デバイスのうちの第２のマイクロ流体デバイスのチャンネルを通過する流体の前記検出された特性が所定の条件を満たすとの判定に応答して、前記複数のマイクロ流体デバイスのうちの第１のマイクロ流体デバイスの前記アクチュエータを作動させることができる、請求項１３の流体供給システム。
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