JP2022546128A - ガス排出用の流体逆止弁及び流体システム - Google Patents

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Abstract

ガスを流体システムから排出するための流体逆止弁は、上流側及び下流側を有する流体開口を画定する保持体と、保持体によって保持され、流体開口を覆うように配置される親水性多孔質材料と、保持体によって保持され、流体開口を覆い、親水性多孔質材料に隣接するように配置される疎水性多孔質材料とを含む。親水性多孔質材料の一面は開口の上流側と流体連通し、疎水性多孔質材料の一面は開口の下流側と流体連通している。親水性多孔質材料は、上流側からの液体を保持し、下流側から上流側へのガスの通過を妨げるように構成され、疎水性多孔質材料は上流側から下流側への液体の通過を妨げるように構成される。【選択図】図１

Description

本開示は、概して、流体システムの排出及び密閉に関する。より具体的には、本開示は、液体の流出を妨げながら、ガスを流体システムから排出するための逆止弁に関する。
状況によって、流体を容器またはチャネルシステムから選択的に除去し、流体がその領域に再び入るのを防止することを可能にすることが有用である。例えば、これは、逆止弁、安全弁、及び／または圧力逃し弁等の１つ以上の弁を使用して達成され得る。これらの弁は、通常、鋼または真ちゅう等の金属から製造され得る機械弁である。そのため、それらは容易に小型化することはできず、通常、直径が５ｍｍよりも大きくなる。
さらに、システム内に液体を保持しながら、ガスをシステムから選択的に除去することを可能にすることが必要な用途または望ましい用途がいくつかある。例えば、残りの液体の酸化を防止するために、システムから酸素を除去する必要があり得る。このニーズに対処するための１つのアプローチは、システムから液体や気体を抜いて、次に、システムを密閉することである。しかしながら、真空ポンプ、弁、及び／またはガスマニホールドを使用するので、システムの排気は望ましくない場合がある、または実用的でない場合がある。
マイクロ流体システムは、通常、幅が３ｍｍ未満のチャネル内の液体の動きを伴う。これに関連して、液体が流体ライン（または導管）に装填されているとき、ガスは、通常、出口または排出口を介して同時に排気される。行き止まりの流体システムの場合、排出は、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）等の透過性材料により、空気の拡散によって行われ得る。
マイクロ流体チャネルのサイズが小さいため、流体ラインに気泡が存在すると、システムに重大な影響を与え得る。気泡は、空気の屈折率と液体の屈折率との不一致により、システムの光学特性を乱し得、これは、いくつかの用途で重要になり得る。デバイスの望ましくない領域に空気が存在すると、実行中のプロセスに悪影響を与え得る。例えば、マイクロバイオリアクター内の気泡は、細胞が乾燥して死ぬ原因になり得る。正確で均一な流量制御が必要なシステムでは、流体ラインを所望の液体で完全に満たすことが重要である。チャネル内の気泡によって生じる有効な流体断面積の局所的な減少は、流量、せん断速度、及び圧力降下を局所的に増加させることによってシステムを乱し得る。これらの理由から、多くの場合、マイクロ流体システム内の気泡を効果的に除去することが必要になる。
患者の血液のレオロジー特性の速い評価を取得することが望ましくあり得る。そのようなレオロジー特性の知識は、患者への凝固剤及び抗凝固剤の投与を評価する際に価値がある。また、出血する傾向がある、または凝固のリスクが高い人の出血または血栓事象の可能性も予測し得る。血液のレオロジー特性を知ることが重要であるさらなる状況には、手術中及び手術後の抗凝固の逆転中の患者のモニタリングが含まれる。血液レオロジーの変化は敗血症を患う患者にも起こり、その病状が存在することを早期に示し得る。敗血症が十分に早期に検出された場合、その病状の治療は比較的簡単であり得る。
本明細書に含まれている文書、行為、材料、デバイス、物品等のいかなる説明は、これらの内容のいずれかまたは全てが、添付の「特許請求の範囲」のそれぞれの優先日前に存在していた先行技術基準の一部を形成する、または本開示に関連する分野における通常の一般的知識であったとの承認と見なすべきではない。
いくつかの実施形態は、ガスを流体システムから排出するための流体逆止弁に関し、流体逆止弁は、
上流側及び下流側を有する流体開口を画定する保持体と、
保持体によって保持され、流体開口を覆うように配置される親水性多孔質材料と、
保持体によって保持され、流体開口を覆い、親水性多孔質材料に隣接するように配置される疎水性多孔質材料と、を含み、
親水性多孔質材料の１つの面は開口の上流側と流体連通し、疎水性多孔質材料の１つの面は開口の下流側と流体連通し、
親水性多孔質材料は上流側からの液体を保持して下流側から上流側へのガスの通過を妨げるように構成され、疎水性多孔質材料は上流側から下流側への液体の通過を妨げるように構成される。
親水性多孔質材料は、疎水性多孔質材料の上流に配置され得る。
親水性多孔質材料及び疎水性多孔質材料の少なくとも１つは複数の細孔を画定し得、複数の細孔は約０．１ミクロン～約１０ミクロンの範囲の中位孔径を有する。いくつかの実施形態では、複数の細孔は約１ミクロン未満の中位孔径を有する。親水性多孔質材料は、約０．５ミクロン未満の第２の中位孔サイズを有する複数の第１の細孔を画定し得る。疎水性多孔質材料は、約０．３ミクロン未満の第２の中位孔サイズを有する複数の第２の細孔を画定し得る。
疎水性多孔質材料及び親水性多孔質材料は互いに直接接触する。いくつかの実施形態では、疎水性多孔質材料及び親水性多孔質材料は互いに分離している。疎水性多孔質材料及び親水性多孔質材料は、約０ｍｍよりも大きく約２ｍｍ未満の距離だけ互いに分離され得る。疎水性多孔質材料及び親水性多孔質材料は、流体の通過または透過を可能にする材料によって分離され得る。いくつかの実施形態では、疎水性多孔質材料及び親水性多孔質材料はボイドによって分離される。
保持体は第１の部分及び第２の部分を含み得、第１の部分及び第２の部分は一緒に結合され、親水性多孔質材料及び疎水性多孔質材料を協調的に保持する。第１の部分及び第２の部分は、摩擦嵌合を形成するように成形され得る、または一緒に結合され得る。
第１の部分及び第２の部分の一方は、凹部を画定するように成形され得、第１の部分及び第２の部分の他方のセクションは、第１の部分及び第２の部分を一緒に結合するように、凹部内に適合するように成形される。凹部は、凹部の深さに沿って先細になるサイズを有し得る。親水性多孔質材料及び疎水性多孔質材料のそれぞれの少なくとも一部分は凹部内に位置し得る。
第１の部分は円錐台形状または凹形状の少なくとも一部分を有する上流側と流体接続する上流表面を含み、それにより、上流側から下流側へのガスの通過を補助し得る。
親水性多孔質材料は親水性膜を含み得る。疎水性多孔質材料は疎水性膜を含み得る。いくつかの実施形態では、疎水性膜及び／または親水性膜はポリテトラフルオロエチレン基材を含む。
親水性多孔質材料は親水性コーティングを含み得る。疎水性多孔質材料は疎水性コーティングを含み得る。
親水性多孔質材料が液体に露出されている場合、流体逆止弁は、約－８０ｋＰａの逆流圧力制限で下流側から上流側へのガスの通過を妨げ得る。
疎水性多孔質材料は、約２５０ｋＰａの漏れ圧力限界で上流側から下流側への液体の通過を妨げるように構成され得る。いくつかの実施形態では、疎水性多孔質材料は、約１５０ｋＰａの漏れ圧力限界で上流側から下流側への液体の通過を妨げるように構成される。いくつかの実施形態では、疎水性多孔質材料は、約１００ｋＰａの漏れ圧力限界で上流側から下流側への液体の通過を妨げるように構成される。
いくつかの実施形態は自己密閉排出流体システムに関し、自己密閉排出流体システムは、
内表面を含む流体管と、
本明細書に説明される流体逆止弁であって、流体逆止弁は流体管内で適合し、流体管の内表面との流体シールを形成し、流体管を、ガス及び液体を含む上流側と、ガスを受ける下流側とに分離する、流体逆止弁と、を含む。
流体管は上流側と流体連通する複数のポートを画定し、圧力測定を行うことを可能にする。流体管は上流側と流体連通する入口を画定し、流体を上流側に注入することを可能にする。
流体システムはさらに流体管内に適合するように適応するプランジャを含み得、プランジャは流体逆止弁を含む。流体システムは、さらに、プランジャに係合して、プランジャの移動を制御するように構成される自動運動制御システムを含み得る。
いくつかの実施形態では、流体システムは、さらに、流体管の内表面に沿った液体の流れを促進するために、第１の部分に隣接する流体管内に位置するバッフル構成要素を含む。
本明細書の全体を通して、「含む、備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、または「含む、備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」という語、または「含む、備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」等の変形は、記載した要素、詳細もしくはステップ、または要素群、詳細群、もしくはステップ群を包含することを意味するが、いずれの他の要素、詳細もしくはステップ、または要素群、詳細群、もしくはステップ群も除外することを意味しないことが理解されよう。
下記に簡単に説明する添付の図面を参照して、例として、実施形態を下記にさらに詳細に説明する。
いくつかの実施形態による、弁構成要素の側断面の概略図である。 いくつかの実施形態による、弁構成要素の側断面の概略図である。 いくつかの実施形態による、弁構成要素を含む流体システムの概略側面図である。 いくつかの実施形態による、弁構成要素を含むプランジャを含む流体システムの斜視図である。 平面４－４（図４）に沿った図４の流体システムの断面図である。 平面５－５（図５）に沿った図４の流体システムの断面図である。 いくつかの実施形態による、弁構成要素を含む流体システムの断面図である。 図７の弁構成要素の斜視図である。 いくつかの実施形態による、複数のプランジャを含む流体システムの概略側面図である。
本開示は、概して、流体システムの排出及び密閉に関する。より具体的には、本開示は、液体の流出を妨げながら、ガスを流体システムから排出するための逆止弁に関する。
マイクロ流体デバイスを使用して、血液のレオロジー特性を測定し得る。本発明の出願人が以前に出願した特許出願第ＰＣＴ／ＧＢ２０１７／０５３３９３号には、そのような装置の例が開示されている。デバイスの測定セクション内のサンプル流体の流量を制御することによって、粘度及びせん断速度を適切な流体デバイスから計算できる。例えば、流体デバイスは、定義された寸法のチャネル内の圧力降下が測定される測定ユニットを流れるサンプルの流量を制御するためのポンプ装置を備え得る。既知の圧力降下、既知の流量、及び既知のチャネル寸法を使用して、粘度及びせん断速度を計算できる。流量はシリンジポンプによって制御され、測定チャネル全体の圧力降下は差圧センサを使用して行われる。血液等の非ニュートン流体（すなわち、せん断速度によって変化する流体）の粘度特性の全スペクトルを測定するために、流量は、正弦波パターンに従って、時間の経過とともに徐々に変化し得る。
しかしながら、気泡がシリンジと測定チャネルの間の流体システムに閉じ込められる場合、適用される流量の変化とそれに続く流体ライン全体にわたって受ける可変圧力により、気泡が圧縮及び減圧する。したがって、気泡は、圧力変化のためにその体積が減少及び増加することとなる。次に、これにより、シリンジポンプの移動によって生じる流量と、圧力差が測定される流体ラインを通過するサンプルの実際の流量とにかなりの差が生じることとなる。粘度の計算で考慮される流量がシリンジポンプのピストンの移動だけによって定義されるので、シリンジの体積変化と圧力が測定されるチャネル内の液体の流量との前述の流量の差は、計算された粘度の許容できない誤差が生じる。したがって、この誤差は測定を無効にすることとなる。さらに、気泡がチャネルの測定部内に閉じ込められている場合、予期されるよりも少ない液体が測定される及び／またはチャネルの有効断面積は減少することとなる。これにより、計算された粘度に重大な誤差が生じる及び／またはチャネルの物理的／絶対的な断面サイズを使用する粘度の計算を無効にする。これにより、システムから気泡を除去することの重要性が強調される。
図１を参照すると、流体管１０１からガスを排出するための流体逆止弁１００が示される。流体逆止弁１００は、上流側１１２及び下流側１１３を有する流体開口１１１を画定する保持体１１０を含む。
流体逆止弁１００は、また、保持体１１０によって保持され、流体開口１１１を覆うように配置される親水性多孔質材料１２０と、保持体１１０によって保持され、親水性多孔質材料１２０に隣接する流体開口１１１を覆うように配置される疎水性多孔質材料１３０とを含む。親水性多孔質材料１２０は、疎水性多孔質材料１３０の上流に位置付けられる。
親水性多孔質材料１２０の１つの面１２１は開口１１１の上流側１１２と流体連通し、疎水性多孔質材料１３０の１つの面１３１は開口１１１の下流側１１３と流体連通する。
親水性多孔質材料１２０は、上流側１１２からの液体を保持して、下流側１１３から上流側１１２へのガスの通過を妨げるように構成される。疎水性多孔質材料１３０は、上流側１１２から下流側１１３への液体の通過を妨げるように構成される。
流体管１０１の上流側１１２が最初にガスだけ（または主にガス）を含み、液体１８０が流体管１０１の上流側１１２に注入される場合、液体は液体表面１８１を含み、液体表面１８１により、ガスが下流側１１３を通過するように、開口１１１、親水性多孔質材料１２０、及び疎水性多孔質材料１３０を通ってガスを上流側１１２から押し出し得る。次に液体１８０が上流側１１２に注入されると、液体表面１８１及び液体１８０は、親水性多孔質材料１２０に入り、保持され得る。保持された液体１８０を有する親水性多孔質材料１２０は、親水性多孔質材料１２０を通るガスの通過を妨げる及び／または防止する。親水性多孔質材料１２０は、例えば、そのメッシュ内に高い表面張力の液体を保持するのを補助する強い毛細管圧を有し得る。
いくつかの実施形態では、保持された液体１８０は、親水性多孔質材料１２０から除去するのが難しい。したがって、流体逆止弁１００は、親水性多孔質材料１２０が液体１８０を保持し、さらなるガス排出が妨げられるまたは防止されるまで、ガスだけを実際に排出できるので、単回使用の逆止弁と見なされ得る。しかしながら、液体１８０が親水性多孔質材料１２０から除去される場合（例えば、親水性多孔質材料１２０を蒸発、加熱、またはそうでなければ乾燥することによって）、流体逆止弁１００は再利用できる。
液体が親水性多孔質材料１２０に入った後、液体１８０の少なくとも一部は、親水性多孔質材料１２０を通過し、ギャップ１４０によって生じる空間（またはボイド）に入り得る及び／または疎水性多孔質材料１３０に接触し得る。しかしながら、液体１８０は、疎水性多孔質材料１３０を通過するのが妨げられる。疎水性多孔質材料１３０は、高い表面張力の液体がそのメッシュに入るのを妨げる強い反発圧力を有し得る。疎水性多孔質材料１３０を通る液体１８０の妨げ（または、それを通る液体１８０の通過に対する疎水性多孔質材料１３０の流体抵抗）は、疎水性多孔質材料１３０の疎水性の程度、疎水性多孔質材料１３０の細孔サイズ、及び測定／試験される特定の液体１８０の表面張力に起因し得る。これは、流体システム２００からの流体の損失を最小にし、それによって、流体システム２００を操作するために必要な流体量が減少する。これは、試薬に関連するコストを減少し、測定に必要な血液サンプルの量を最小にする利点をもたらす。ガスが通過することを可能にする疎水性多孔質材料１３０の能力は、ガスと液体１８０との粘度の差を利用する。
疎水性多孔質材料１３０は、例えば、極性液体の通過を妨げるのに特に適し得る。流体逆止弁１００によって保持される液体１８０は、非ニュートン流体、血液（全血）、血清、及び血漿のうちのいずれかの１つ以上を含み得る。
流体逆止弁１００は可動部品を含まない。これは、その信頼性を改善し、その製造コストを減少する利点をもたらし得る。また、その設計の単純さはそれがマイクロ流体アプリケーションに適する寸法で製造されることも可能にする。流体逆止弁１００は、例えば、流体管１０１のマイクロ流体チャネル内に適合するようなサイズになり得る。流体逆止弁１００の露出面積は、直径が約３ｍｍ未満の円と同等の面積であり得る。上流側１１２から流体に露出される流体逆止弁１００の総面積は、約０．４ｍｍ２～約１０ｍｍ２であり得る。しかしながら、いくつかの実施形態では、上流側１１２から流体に露出される流体逆止弁１００の総面積は、約０．０１ｍｍ２～約１００ｍｍ２である。いくつかの実施形態では、上流側１１２から流体に露出される流体逆止弁１００の総面積は、約０．４ｍｍ２～約８０ｍｍ２である。上流側１１２から流体に露出される流体逆止弁１００の総面積は、約０．４ｍｍ２～約２０ｍｍ２であり得る。
開口１１１の面積は、流体逆止弁１００の露出面積よりも小さくなり得る。
親水性多孔質材料１２０及び疎水性多孔質材料１３０の両方を、上流側と下流側との間に「一列」に並べられ、（親水性多孔質材料１２０が液体を保持する場合）下流側１１３からのガスの通過を協調的に妨げ（または制限し）、上流側１１２からの液体の通過を妨げ得る。親水性多孔質材料１２０は、疎水性多孔質材料１３０の上流に配置され得る。
親水性多孔質材料１２０及び疎水性多孔質材料１３０は、疎水性多孔質材料１３０が親水性多孔質材料１２０を介して上流側１１２と流体接続するように並べられ得る。
親水性多孔質材料１２０は、細孔サイズの分布を有する複数の細孔（図示せず）を画定し得る。細孔（第１の細孔）の中位径は約２ｎｍよりも大きくなり得る。いくつかの実施形態では、親水性多孔質材料１２０の第１の細孔は、約２ｎｍ～約１０ミクロンの範囲の中位径を有する。親水性多孔質材料１２０は、限外濾過（またはナノ多孔質）フィルタを含み得る。いくつかの実施形態では、親水性多孔質材料１２０の第１の細孔は、約０．１ミクロン～約１０ミクロンの範囲の中位径を有する。いくつかの実施形態では、親水性多孔質材料１２０の第１の細孔は、約０．２ミクロン～約１ミクロンの範囲の中位径を有する。親水性多孔質材料１２０の第１の細孔は、０．４５ミクロン等の約０．５ミクロンの中位径を有し得る。
親水性多孔質材料１２０の表面は液体１８０に対して親和性を有するが、親水性多孔質材料１２０の多孔質構造は、また、液体１８０の表面張力により、液体１８０の通過を妨げ得る。しかしながら、圧力が閾値圧力を超える場合、液体１８０は、親水性多孔質材料１２０を通過して、その中に保持され得る。閾値圧力は、例えば、約２５ｋＰａであり得、最大細孔は、直径が約０．４５ミクロンの円と同等であるサイズを有する。
親水性多孔質材料１２０が開口１１１を横切る複数の細孔内に液体を保持し、それによって細孔を詰まらせるまたは閉塞し、気密シールの少なくとも一部を形成する場合、親水性多孔質材料１２０（したがって、逆止弁１００）は、圧力限界（漏れ圧力限界または逆流圧力限界）まで、下流側１１３から上流側１１２へのガスの通過を実質的に防止し得る。逆流圧力限界は、下流側１１３に対する上流側１１２の負圧限界である。逆流圧力限界は約－１００ｋＰａであり得る（＜－１００ｋＰａの圧力または逆流圧力限界よりも大きい負圧は、上流側１１２へのガス漏れをもたらす）。いくつかの実施形態では、逆流圧力限界は、約－８０ｋＰａであり得る。
細孔径は、親水性多孔質材料が液体を保持するために有する親和性と一緒に、逆流圧力限界に影響を与えることが理解される。親水性多孔質材料１２０は、所望の逆流圧力限界を達成するために、特定のサイズの細孔サイズで選択され得る。例えば、毛細管圧の次の式を使用して、半径ｒの最大細孔径を決定し、特定の逆流圧力限界ＰＬを達成し得る。
Figure 2022546128000002
 ここで、σは液体１８０と空気の間の界面における表面張力であり、θは液体１８０の表面と細孔壁との間の接触角である。
親水性多孔質材料１２０と保持体１１０との密閉は、また、少なくとも漏れ圧力までの圧力に耐える必要もある。
親水性多孔質材料１２０が、開口１１１の一部だけを横切る複数の細孔内に液体を保持している場合、ガスの通過は妨げられ得るが、それにより、気密シールを形成し、逆流圧力限界まで下流側１１３から上流側１１２への流体（すなわち、ガス）の流れを実質的に防止するのに十分に妨げられ得ない。
親水性多孔質材料１２０及び疎水性多孔質材料１３０は、ギャップ１４０によって分離され得、親水性多孔質材料１２０及び疎水性多孔質材料１３０の対向面の間の距離は約２ｍｍ未満であり得る。ギャップ１４０は、流体の通過または透過を可能にする（構造を形成し得る）材料（すなわち、流体伝導性材料（図示せず））、機械的足場または充填材料）で満たされ得る。流体伝導性材料は、例えば、約５ミクロンよりも大きい直径を有する細孔を有する多孔質材料であり得る。約５ミクロンの細孔サイズを有する流体伝導性材料は、より小さな細孔を有する材料と比較して、より多くの流体を疎水性多孔質材料１３０に通過させ得る。これは一般に望ましくないが、約５ミクロンの細孔サイズを使用することによって、流体を疎水性多孔質材料１３０に通過することを可能にするこのプロセスは速くなり、より低い動作圧力で行われる利点をもたらし得る。
いくつかの実施形態では、ギャップ１４０は、気体または液体で満たされ得るボイドである、または少なくとも部分的に液体で満たされ得るボイドである。ギャップ１４０は、「デッドボリューム」と見なされ得る。
いくつかの実施形態では、ギャップ１４０の構造は、断面サイズが収縮し、次に、漏斗の長さに沿って断面サイズが増加する漏斗（図示せず）を画定し得る。漏斗は、また、固定直径の中間管長を含み得る。例えば、漏斗は、０．５ｍｍの長さにわたって直径３ｍｍ～１ｍｍに収縮し、次に、直径１ｍｍの長さ９ｍｍの管に収縮し、次に、漏斗は０．５ｍｍの長さにわたって３ｍｍに拡張し得る。これは、直径３ｍｍで長さ約１ｍｍのデッドボリュームと同等である。漏斗空間は足場材料で満たされ得、足場材料は、より大きな機械的安定性を親水性多孔質材料１２０及び疎水性多孔質材料１３０に提供する一方、液体に利用可能な体積を減少し、デッドボリュームをさらに減少するであろう。
いくつかの実施形態では、親水性多孔質材料１２０及び／または疎水性多孔質材料１３０は、それらの材料が互いに平行ではない対向する表面１２２、１３２を有するように並べられ得る。対向する表面１２２、１３２は、また、一般に非平面であり得、湾曲形状または起伏形状を有し得る。これらの状況では、親水性多孔質材料１２０及び／または疎水性多孔質材料１３０が分離している距離は、対向する表面１２２、１３２の間の最大距離であると見なされる。
いくつかの実施形態では、親水性多孔質材料１２０及び疎水性多孔質材料１３０は、互いに直接接触する。これは、ギャップ１４０をなくし、上流側が下流側１１３に対して負圧下にある場合、上流側１１２に逆流できる液体を含み得る逆止弁１００の空間量を減少させる利点をもたらす。いくつかの実施形態では、デッドボリュームは１マイクロリットル未満であり得る。
疎水性多孔質材料１３０は、細孔サイズの分布を有する複数の細孔（図示せず）を画定し得る。細孔（第２の細孔）の中位径は約２ｎｍよりも大きくなり得る。いくつかの実施形態では、疎水性多孔質材料１３０の第２の細孔は、約２ｎｍ～約１０ミクロンの範囲の中位径を有する。疎水性多孔質材料１３０は、限外濾過（またはナノ多孔質）フィルタを含み得る。いくつかの実施形態では、疎水性多孔質材料１３０の第２の細孔は、約０．１ミクロン～約１０ミクロンの範囲の中位径を有する。いくつかの実施形態では、疎水性多孔質材料１３０の第２の細孔は、約０．１ミクロン～約０．５ミクロンの範囲の中位径を有する。いくつかの実施形態では、疎水性多孔質材料１３０の第２の細孔は、約０．１ミクロン～約０．３ミクロンの範囲の中位径を有する。例えば、疎水性多孔質材料１３０の第２の細孔は、約０．２ミクロンの中位径（０．２２ミクロンの公称直径等）を有し得る。
疎水性多孔質材料１３０は、高い表面張力の液体がそのメッシュに入るのを妨げる強い反発圧力を有し得る。有利なことに、１０ミクロン未満の細孔サイズは、疎水性多孔質材料１３０が、通常のマイクロ流体動作条件に適する圧力限界（例えば、破裂圧力限界もしくは破壊圧力限界、または漏れ圧力限界）まで、下流側１１３へのいくつかの液体の通過を妨げることを可能にする。漏れ圧力限界は、約２５０ｋＰａであり得る（２５０ｋＰａよりも大きい圧力は、疎水性多孔質材料１３０を通って下流側１１３への液体の逃げをもたらすことを意味する）。いくつかの実施形態では、漏れ圧力限界は約１５０ｋＰａであり得る。いくつかの実施形態では、漏れ圧力限界は約１００ｋＰａであり得る。
疎水性材料が漏れ圧力限界にも影響を与えることが理解される。例えば、膜は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のポリマーから形成され、少なくとも約２５０ｋＰａの漏れ圧力限界を有し得る。親水性多孔質材料１３０と保持体１１０との密閉は、また、少なくとも漏れ圧力までの圧力に耐える必要もある。
いくつかの実施形態では、親水性多孔質材料１２０及び疎水性多孔質材料１３０のいずれか一方または両方は膜を含み得る。膜は、例えば、材料の基材を形成し得る。膜は、細孔を画定するメッシュを含み得る。膜は、例えば、市販のシリンジフィルタに見られるものと同じまたは同様であり得る。
親水性多孔質材料１２０は、親水性膜を形成するために、基材上に親水性コーティングまたは親水性層を含み得る。親水性膜は、例えば、Ｗｈａｔｍａｎが提供するＮｕｃｌｅｐｏｒｅ（商標）フィルタ、Ｐｏｒｅｘ Ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ Ｇｒｏｕｐが提供するＶｉｒｔｅｋ（商標）ベント、ならびにＳｔｅｒｌｉｔｅｃｈ Ｃｏｒｐ．、Ａｄｖａｎｔｅｃ ＭＦＳＩｎｃ．、及びＧＶＳ Ｓ．ｐ．Ａが提供する他のフィルタ等の市販のフィルタに見られるものと同じまたは同様であり得る。
親水性多孔質材料１２０は、その細孔及び／またはそのメッシュの内側に液体（高表面張力液体等）を維持する強い毛細管圧を有し得る。表面張力は、液体１８０のタイプ及び親水性多孔質材料１２０が形成される材料に依存する。例えば、液体１８０がエタノールを含む場合、親水性多孔質材料１２０が液体１８０を保持した後、親水性多孔質材料１２０は、ガスの通過を妨げるようにうまく機能しない場合がある。別の例では、液体１８０がヘキサンを含む場合、液体は親水性多孔質材料１２０を通過し得ない。
疎水性多孔質材料１３０は、疎水性膜を形成するために、基材上に疎水性コーティングまたは疎水性層を含み得る。疎水性膜は、液体（高表面張力液体等）がその細孔及び／またはそのメッシュに入るのを妨げる及び／または防止する可能である強い反発圧力を有し得る。疎水性膜は、例えば、Ｗｈａｔｍａｎが提供するＮｕｃｌｅｐｏｒｅ（商標）フィルタ、Ｐｏｒｅｘ Ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ Ｇｒｏｕｐが提供するＶｉｒｔｅｋ（商標）ベント、ならびにＳｔｅｒｌｉｔｅｃｈ Ｃｏｒｐ．、Ａｄｖａｎｔｅｃ ＭＦＳＩｎｃ．、及びＧＶＳ Ｓ．ｐ．Ａが提供する他のフィルタ等の市販のフィルタに見られるものと同じまたは同様であり得る。
流体逆止弁１００は、流体管１０１内に適合し、流体管１０１内に位置し得るように構成（例えば、サイズ決定及び成形）され得る。流体逆止弁１００は流体の外表面１５０を含み得、外表面１５０は、流体管１０１の内表面１０２の少なくとも一部に係合して、流体管１０１を密閉し（流体シールを生じ）、流体管１０１を上流側１１２及び下流側１１３に分離する。
逆止弁１００と内表面１０２との間に形成された密閉は、ガスが、開口１１１を介して通過する以外に、上流側１１２から下流側１１３に通過するのを防止する。しかしながら、親水性多孔質材料１２０が開口１１１にわたって液体を保持する場合、ガスは、上流側１１２から下流側１１３への通過が妨げられる、または防止される。
図２を参照すると、逆止弁２００は、さらに、Ｏリング２５２等の密閉部材を含み得る。密閉部材は、保持体２１０の外表面２５０に係合し得、逆止弁２００が流体管１０１内に位置するとき、密閉部材は、また、流体管１０１の内表面１０２の少なくとも一部に係合して、流体管１０１を密閉し得、これにより、流体は、開口１１１及び流体逆止弁１００を介して、上流側１１２から下流側１１３にだけ通過できる。
いくつかの実施形態では、保持体２１０の外表面２５０は、シーリング部材を保持するための凹部または溝２５１を画定し得る。凹部または溝２５１は、保持体２１０の周りで円周方向に延在し得る。
図３は、流体管３０１と、流体逆止弁３１０を含むプランジャ３６０とを含む、自己密閉排出流体システム３００を示す。プランジャ３６０及び流体逆止弁３１０は、流体管３０１内に適合するように適応される。プランジャ３６０が流体管３０１内に適合するとき、プランジャ３６０の外表面３５０は、流体管３０１の内表面３０２に係合して、流体管３０１を密閉し、開口３１１と一緒に、流体管３０１を上流側３１２及び下流側３１３に分離する。流体管３０１の内表面３０２の間の流体シールは、流体管を、ガス及び液体を収容するための上流側と、ガスを受けるための下流側とに分離する。
有利なことに、上流側３１２が液体（図示せず）で満たされると、流体逆止弁３１０は、上流側３１２の内部のいずれのガスも、上流側３１２から外に排出され下流側３１３に通過することと、液体の通過を妨げるまたは停止することと、いずれのガスも下流側３１３から上流側３１２に戻るのを妨げるまたは防止することと、を可能にする。
プランジャ３６０は、下流側３１３と流体接続する排出経路３６１を画定し、上流側３１２から下流側３１３に通過したガスを誘導し、プランジャ３６１を通過させ得る及び／また通りぬけさせ得る。
プランジャ３６０は、流体管３０１との密閉を維持しながら、流体管３０１に沿って変位するように構成され得る。外表面３５０は、例えば、ポリマー材料から形成され得る。したがって、プランジャ３６０は、上流側３１２内の液体を押して、流体管３０１に沿って移動させるように作動し得る。
プランジャ３６０は、プランジャ３６０に力を加えてプランジャ３６０を変位させるのを補助するフランジ３６３を備え得る。
流体管３０１は、液体がプランジャ３６０によって上流側３１２から押し出され得るように、流体出口３０３を含み得る。流体逆止弁１００、２００、３１０は、ガスを上流側３１２から除去することを可能にし、ガスが上流側３１２に再び入るのを防止するので、流体システム３００は、液体の正確な分配を提供するのを補助し得る。
図４、図５、及び図６は、流体管１０１と、流体逆止弁４１０及びプランジャスティック４６２を含むプランジャ４６０とを含む、流体システム４００を示す。流体逆止弁１００、２００、３１０、４１０、及びプランジャスティック４６２の少なくとも一部は、流体管１０１内に適合するように適応される。
保持体４１１は、第１の部分４１４及び第２の部分４１５を含み得る。第１の部分４１４及び第２の部分４１５は、互いに結合及び／または相互接続するように構成される。第１の部分４１４または第２の部分４１５のいずれか一方は、他の部分が内部に適合するように成形される凹部４１６を画定するように成形され得る。例えば、第１の部分４１４は凹部４１６を画定するように成形され得、第２の部分４１５は凹部４１６内に適合するように成形され得る。
凹部４１６及び第１の部分４１４または第２の部分４１５の他方は、凹部４１６の深さに沿って先細になる直径Ｄ等の横方向寸法を有し得る。凹部４１６は、例えば、円錐台形状または切頭角錐形状を有し得る。いくつかの実施形態では、凹部４１６は、一定の横方向寸法を有し得ない。例えば、凹部は、円筒形、正方形、または長方形の形状を有し得る。
親水性多孔質材料４２０及び疎水性多孔質材料４３０の一方または両方の少なくとも一部（または全部）は、凹部４１６内に位置し得る。いくつかの実施形態では、第１の部分４１４及び第２の部分４１５は互いに結合される及び／または相互接続され、親水性多孔質材料４２０及び疎水性多孔質材料４３０を協調的に保持する。
いくつかの実施形態では、摩擦嵌合が、第１の部分４１４または第２の部分４１５の間に形成される。凹部４１６の形状及び第１の部分４１４または第２の部分４１５の他方の形状は、摩擦嵌合を形成するのを補助し得る。第１の部分４１４または第２の部分４１５の他方の形状は、凹部４１６の形状を補完し得る。
いくつかの実施形態では、第１の部分４１４または第２の部分４１５は、化学結合、ヒートシール、及び接着剤のいずれか１つによって一緒に結合される。第１の部分４１４または第２の部分４１５は、互いに取り外し可能または固定可能に取り付けられ得る。
いくつかの実施形態では、親水性多孔質材料４２０及び疎水性多孔質材料４３０は、材料４２０、４３０の加圧、ピンチ、インプリンティング、及び変形と、溶融、超音波溶接、熱溶接、レーザー溶接、オーバーモールド等によって、保持体４１１によって保持され得る。代替として、親水性多孔質材料４２０及び疎水性多孔質材料４３０は、第１の部分４１４または第２の部分４１５のうちの１つ以上の内部で直接形成（例えば、射出成形）され得る。
流体逆止弁４１０は、保持体４１１の下流面４１２上の２つ以上のタブ４６３によってプランジャスティック４６２によって保持され得る。プランジャスティック４６２の接触面４６４は、タブ４６３を補完してタブ４６３に係合するように成形され得る。
流体逆止弁４１０は、疎水性多孔質材料４３０の下流側１１３に流体通路を画定する内側導管４１７を含み得る。内側導管４１７の横断面形状がプランジャスティックの接触面４６４とは異なり得ることにより、流体逆止弁４１０がプランジャスティック４６２によって保持されるとき、排出口４１８が、ガスが内側導管４１７から逃げることを可能にするように画定される。
流体逆止弁４１０は、Ｏリング４５２を保持するフランジ４１９を含み得る。例えば、第２の部分４１５はフランジ４１９を含み得る。フランジ４１９は、第２の部分４１５の周りで円周方向に延在し得る。いくつかの実施形態では、第１の部分４１４は、Ｏリング４５２をさらに保持するリップ４２１を含み得る。リップ４２１は、第１の部分４１４と相互接続されたとき、第２の部分４１５の周りで円周方向に延在し得る。第２の部分４１５のフランジ４１９、リップ４２１、及び外表面４５０は、まとめて、Ｏリング４５２を保持し得る。
図７及び図８を参照すると、流体管１０１内に流体逆止弁７１０を含む流体システム７００が示される。流体逆止弁７１０は、第１の部分７１１及び第２の部分７１５を含む。第１の部分７１１は、サイズが減少する横方向寸法Ｔを有する流体管１０１の上流側１１２と流体接続する上流表面７１２を含み得る。例えば、上流表面７１２は円錐台形状、切頭角錐形状、または凹形状の少なくとも一部を含み、それにより、上流側１１２から下流側１１３へのガスの通過を補助し得る。上流表面７１２は、逆球形の少なくとも一部を有し得る。
いくつかの実施形態では、流体システム３００、４００、７００は、また、流体管１０１によって画定される流体チャネル内のバッフル等の構造（図示せず）を含み、それにより、流体管１０１の内表面１０２に沿った液体の流れを促進し、内表面１０２の近くの上流側１１２に気泡が閉じ込められるリスクを減少し得る。バッフルは、例えば、流体管１０１または流体逆止弁１００、３１０、４１０、７１０のいずれかに取り付けられ得る。
いくつかの実施形態では、気泡が流体管１０１の内表面１０２の近くに閉じ込められるリスクを減少するために、液体１８０の表面１８１と、流体管１０１及び／または流体逆止弁１００、３１０、４１０、７１０の内表面１０２との間の接触角を、親水性材料で流体管１０１の内表面１０２を形成することによって及び／または疎水性材料で流体逆止弁１００、３１０、４１０、７１０の保持体１１０を形成することによって増加させ得る。
親水性材料（例えば、ポリ（メチルメタクリレート）、ＰＭＭＡ）から形成された内表面１０２は、液体１８０によって流体管１０１を満たす凹状メニスカスの確立に有利に働き得る。
いくつかの実施形態では、流体逆止弁１００、３１０、４１０、７１０（または、少なくとも上流表面７１２）は、疎水性材料（例えば、ポリエチレン、ＰＥ）から形成され、またはコーティングされ、流体逆止弁１００、３１０、４１０、７１０の上流表面７１２の早いウィッキングを最小にする。そうでなければ、早いウィッキングは、完全なガス排出前に親水性多孔質媒体１２０を濡らすことをもたらすであろう。
図９を参照すると、チャネル９０２を画定する流体管９０１、第１のシリンジ９１０Ａ、及び第２のシリンジ９１０Ｂを含む流体デバイス９００が示される。第１のシリンジ９１０Ａ及び第２のシリンジ９１０Ｂは、それぞれ、前述のように、流体システム３００、４００、７００を備える。流体システム３００、４００、７００の上流側１１２、３１２は、チャネル９０２と流体接続する。流体管９０１は、さらに、流体入口９０３を含む。流体入口９０３は入口プランジャ９９０を受けるように適応し得、入口プランジャ９９０を使用して、チャネル９０１及び流体システム３００、４００、７００の上流側１１２、３１２を通して液体を押し、流体管９０１から下流側１１３、３１３を介してガスを放出し得る。
流体管９０１は、チャネル９０２と流体接続する２つ以上のポート９０４を含み、チャンバの異なる部分の圧力測定を行うことを可能にする。チャンバは異なる領域の断面を含み得、それにより、プランジャ３６０、４６０の作動中の圧力測定からレオロジー測定を行うことを可能にする。プランジャ３６０、４６０の作動は、チャネル９０２内の変化する流量及び圧力をもたらす。したがって、プランジャ３６０、４６０はシリンジポンプとして機能し得る。圧力が漏れ圧力限界よりも低い場合、液体はチャネル内に留まり、負圧の大きさが逆流圧力限界の大きさよりも小さい場合、ガスはチャネル９０２に入らない。
流体システム９００は、さらに、プランジャ３６０、４６０に係合して、プランジャ３６０、４６０の移動を制御（作動）するように構成される自動運動制御システム（図示せず）を備え得る。例えば、自動運動制御システムは、プランジャ３６０、４６０の往復運動を制御し得る。
また、プランジャ３６０、４６０の流体逆止弁３１０、４１０に可動部品がないことで、マイクロ流体寸法（例えば、約３ｍｍ未満）を有する流体管９０１からガスを排出するのに必要な時間を短縮する利点をもたらし得る。これは、血液の凝結及び／または凝固を制限するために血液関連の液体を含むレオロジー応用に特に重要であり、サンプルの注入、ガスの排出、測定の実施に許可される最大時間は約３０秒であり得る。流体逆止弁３１０、４１０は、例えば、流体管１０１からガスを排出するのに約１０秒未満だけ必要であり得る。
多くの変形及び／または修正が、本開示の広範な一般的範囲から逸脱することなく、上記の実施形態になされ得ることは当業者によって理解される。したがって、本実施形態は、全ての点で例示的であり、限定的ではないと見なすべきである。
国際出願第ＰＣＴ／ＧＢ２０１７／０５３３９３号

Claims (27)

  1. ガスを流体システムから排出するための流体逆止弁であって、前記流体逆止弁は、
    上流側及び下流側を有する流体開口を画定する保持体と、
    前記保持体によって保持され、前記流体開口を覆うように配置される親水性多孔質材料と、
    前記保持体によって保持され、前記流体開口を覆い、前記親水性多孔質材料に隣接するように配置される疎水性多孔質材料と、を含み、
    前記親水性多孔質材料の一面は前記開口の前記上流側と流体連通し、前記疎水性多孔質材料の一面は前記開口の前記下流側と流体連通し、
    前記親水性多孔質材料は、前記上流側からの液体を保持し、前記下流側から前記上流側へのガスの通過を妨げるように構成され、前記疎水性多孔質材料は前記上流側から前記下流側への液体の通過を妨げるように構成される、前記流体逆止弁。
  2. 前記親水性多孔質材料は前記疎水性多孔質材料の上流に配置される、請求項１に記載の流体逆止弁。
  3. 前記親水性多孔質材料及び前記疎水性多孔質材料の少なくとも１つは複数の細孔を画定し、前記複数の細孔は約０．１ミクロン～約１０ミクロンの範囲の中位孔径を有する、請求項１または２に記載の流体逆止弁。
  4. 前記複数の細孔は約１ミクロン未満の中位孔径を有する、請求項３に記載の流体逆止弁。
  5. 前記疎水性多孔質材料及び前記親水性多孔質材料は互いに直接接触する、先行請求項のいずれか１項に記載の流体逆止弁。
  6. 前記疎水性多孔質材料及び前記親水性多孔質材料は互いに分離している、請求項１～４のいずれか１項に記載の流体逆止弁。
  7. 前記疎水性多孔質材料及び前記親水性多孔質材料は、約０ｍｍよりも大きく約２ｍｍ未満の距離だけ互いに分離している、請求項６に記載の流体逆止弁。
  8. 前記疎水性多孔質材料及び前記親水性多孔質材料は、流体の通過または透過を可能にする材料によって分離される、請求項６または７のいずれかに記載の流体逆止弁。
  9. 前記疎水性多孔質材料及び前記親水性多孔質材料はボイドによって分離される、請求項６または７のいずれかに記載の流体逆止弁。
  10. 前記保持体は第１の部分及び第２の部分を含み、前記第１の部分及び前記第２の部分は一緒に結合され、前記親水性多孔質材料及び前記疎水性多孔質材料を協調的に保持する、先行請求項のいずれか１項に記載の流体逆止弁。
  11. 前記第１の部分及び第２の部分の一方は、凹部を画定するように成形され、前記第１の部分及び前記第２の部分の他方の一部分は、前記第１の部分及び前記第２の部分を一緒に結合するように、前記凹部内に適合するように成形される、請求項１０に記載の流体逆止弁。
  12. 前記第１の部分及び前記第２の部分は、摩擦嵌合を形成するように成形される、または互いに結合される、請求項１１に記載の流体逆止弁。
  13. 前記凹部は前記凹部の深さに沿って先細になるサイズを有する、請求項１１または１２のいずれかに記載の流体逆止弁。
  14. 前記親水性多孔質材料及び前記疎水性多孔質材料のそれぞれの少なくとも一部は前記凹部内に位置する、請求項１０～１３のいずれか１項に記載の流体逆止弁。
  15. 前記第１の部分は、円錐台形状または凹形状の少なくとも一部を有する前記上流側と流体接続する上流表面を含み、前記上流側から前記下流側へのガスの通過を補助する、請求項１０～１４のいずれか１項に記載の流体逆止弁。
  16. 前記親水性多孔質材料は親水性膜を含む、先行請求項のいずれか１項に記載の流体逆止弁。
  17. 前記疎水性多孔質材料は疎水性膜を含む、先行請求項のいずれか１項に記載の流体逆止弁。
  18. 前記親水性多孔質材料は親水性コーティングを含む、先行請求項のいずれか１項に記載の流体逆止弁。
  19. 前記疎水性多孔質材料は疎水性コーティングを含む、先行請求項のいずれか１項に記載の流体逆止弁。
  20. 前記親水性多孔質材料が液体に露出された場合、前記流体逆止弁は、約－８０ｋＰａの逆流圧力制限で前記下流側から前記上流側へのガスの通過を妨げる、先行請求項のいずれか１項に記載の流体逆止弁。
  21. 前記疎水性多孔質材料は、約１５０ｋＰａの漏れ圧力限界で前記上流側から前記下流側への前記液体の通過を妨げるように構成される、先行請求項のいずれか１項に記載の流体逆止弁。
  22. 自己密閉排出流体システムであって、
    内表面を含む流体管と、
    請求項１～２１のいずれか１項に記載の流体逆止弁であって、前記流体逆止弁は前記流体管内で適合し、前記流体管の前記内表面との流体シールを形成し、前記流体管を、ガス及び液体を含む上流側と、前記ガスを受ける下流側とに分離する、前記流体逆止弁と、を含む、前記自己密閉排出流体システム。
  23. 前記流体管は前記上流側と流体連通する複数のポートを画定し、圧力測定を行うことを可能にする、請求項２２に記載の流体システム。
  24. 前記流体管は前記上流側と流体連通する入口を画定し、流体を前記上流側に注入することを可能にする、請求項２２～２３のいずれか１項に記載の流体システム。
  25. 前記流体管内に適合するように適応するプランジャをさらに含み、前記プランジャは前記流体逆止弁を含む、請求項２２～２４のいずれか１項に記載の流体システム。
  26. 前記プランジャに係合して、前記プランジャの移動を制御するように構成される自動運動制御システムをさらに含む、請求項２５に記載の流体システム。
  27. 前記流体管の前記内表面に沿った液体の流れを促進するために、前記第１の部分に隣接する前記流体管内に位置するバッフル構成要素をさらに含む、請求項２２～２６のいずれか１項に記載の流体システム。
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