JP2023535288A - 流体デバイスおよび方法 - Google Patents

Abstract

流体輸送のためのマイクロ流体システムが提供される。マイクロ流体システムは、マイクロ流体デバイスを含む。マイクロ流体デバイスは、注入口を含む注入口本体を含む。マイクロ流体デバイスは、注入口本体を支持する基部を含む。基部は、注入口と流体連通する流路を含む。基部は、流路の表面に形成された１つまたは複数のセンサー、または流路の表面に形成された１つまたは複数のウェルに形成された１つまたは複数のセンサーを含む。流路は、流体の流れを促進するように構成される。流体は、複数のビーズを含む。流体は、複数の浮遊細胞を含む。注入口は、注入口ポートで流体を受け入れるように構成される。注入口は、流路と流体連通する開口部を通って流体を排出するように構成される。注入口は、流路の水平寸法のかなりの部分にわたって流体の実質的に均一な流れを提供するように構成される。デバイスは、そうでなければそこに存在するエッジ効果を補償するように構成される。関連する方法、装置、システム、技術および物品についても説明する。

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、２０２０年６月３０日に出願された米国仮特許出願第６３／０４６，５００号の米国特許法第１１９条（ｅ）に基づく優先権を主張し、その全体が参照によりここに組み込まれる。

本開示は、流体輸送のためのデバイスおよび方法に関する。具体的には、本開示は超高スループットマイクロ流体デバイスおよび関連する方法に関する。

発展したマイクロ流体デバイスおよびメソッドは、複数の流路（ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｃｈａｎｎｅｌｓ）のポートまたは単一流路（ｓｉｎｇｌｅ ｃｈａｎｎｅｌ）のポートを含む。どちらの設計でも、それぞれのデバイスを通過する流体の流路を横切る速度プロファイルは、流れの主な方向において変化し、不均一な速度プロファイルを生成する。不均一な速度プロファイルにより、不必要に、デバイスに接続されたセンサーの精度が低下し、スループットが阻害される。さらに、ある発展したマイクロ流体デバイスでは、デバイスのアクティブセンサー領域は、流路長さ方向に数ミリメートル程度の距離（１つの例示的なデバイスでは約１２ｍｍ）だけ注入口構造および排出口構造から分離されることがある。さらに、ある発展したマイクロ流体デバイスでは、注入口構造および排出口構造または分岐流路ネットワークの比較的大きな設置面積に部分的に起因して、センサー領域に利用可能な基板の面積が大幅に減少する。

本発明者らは、関連技術のデバイスに関する少なくとも上記の問題点を克服するマイクロ流体デバイスおよび方法の改善を開発した。

以下の機能の１つまたは複数を、実行可能な任意の組み合わせで含めることができる。

流体輸送用のデバイスが提供される。デバイスは、注入口を含む注入口本体を含む。デバイスは、注入口本体を支持する基部を含み、基部は、注入口と流体連通する流路を含む。デバイスは、排出口を含む排出口本体と、排出口本体を支持する基部と、流路と流体連通する排出口と、を含む。注入口は、注入口ポートで流体を受け入れるように構成される。注入口は、流路と流体連通する開口部から流体を排出するように構成される。注入口は、流路の少なくとも１つの寸法（ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）のかなりの部分にわたって流体の実質的に均一な流れを提供するに構成される。

少なくとも１つの寸法は、垂直面と水平面のいずれかであってもよい。

注入口、流路、および排出口は、流路の水平面のかなりの部分にわたって流体の実質的に均一な流れを提供するよう構成されてもよい。

注入口、流路、および排出口は、流路内の立方体の領域のかなりの部分を介して流体の実質的に均一な流れを提供するように構成されてもよい。

デバイスはマイクロ流体デバイスであってもよい。流路は、マイクロ流体流路であってもよい。

注入口本体、基部、および排出口本体は、一体的な本体（ｕｎｉｔａｒｙ ｂｏｄｙ）を形成してもよい。

注入口は、デバイスの単一の入口であってもよい。流路は、デバイスの単一の流路であってもよい。排出口は、デバイスの単一の出口であってもよい。

注入口ポートの断面積と流路の入口の断面積との比は、約１対約７．５であってもよい。

注入口ポートの断面積と開口部の断面積との比は、約１対約５０であってもよい。

開口部の断面積と流路の入口の断面積との比は、約６．６７対約１であってもよい。

注入口ポートの深さと注入口のエッジの深さとの比は、約１対約２であってもよい。

注入口ポートの深さと注入口のエッジの深さと注入口ポートのまたはその近傍の高さとの比は、約１対約２対約３であってよい。

流路の高さと注入口ポートの深さと注入口のエッジの深さと注入口ポートのまたはその近傍の高さとの比は、約１対約４対約８対約１２であってもよい。

水平面における開口部の幅と深さとの比は、約２５対約１であってもよい。

垂直面における流路の幅と高さとの比は、約１８０対約１であってもよい。

水平面における注入口および／または排出口のうち少なくとも片側の断面形状は、ボウタイ形状（ｂｏｗｔｉｅ ｓｈａｐｅ）またはベンチュリー形状（Ｖｅｎｔｕｒｉ ｓｈａｐｅ）であってもよく、少なくとも片側は流路の反対側を向いていてもよい。

水平面における注入口および／または排出口の両側は、ボウタイ形状またはベンチュリー形状を有していてもよい。

垂直面における注入口および／または排出口の断面形状は、弓形の形状（ｂｏｗ ｓｈａｐｅ）またはブラケット形状（ｂｒａｃｋｅｔ ｓｈａｐｅ）であってもよい。

水平面における注入口ポートの断面形状は、矩形形状であってもよい。

基部は、平行板構造（ｐａｒａｌｌｅｌ ｐｌａｔｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を含んでいてもよい。

デバイスは、約１μＬ／秒と約５００μＬ／秒との間の体積流量で流体の実質的に均一な流れを提供するように構成されてもよい。

さらに、流体輸送用のマイクロ流体システムが提供される。マイクロ流体システムは、マイクロ流体デバイスを含む。マイクロ流体デバイスは、注入口を含む注入口本体を含む。マイクロ流体デバイスは、注入口本体を支持する基部を含む。基部は、注入口と流体連通する流路を含む。マイクロ流体デバイスは、流路の表面に形成された１つまたは複数のセンサーを含む、または流路の表面に形成された１つまたは複数のウェル（ｗｅｌｌｓ）に形成されたに１つまたは複数のセンサーを含む。マイクロ流体デバイスは、排出口を含む排出口本体と、排出口本体を支持する基部と、流路と流体連通する排出口と、を含む。

流路は、流体の流れを促進するように構成されてもよい。流体は、例えば、その中に懸濁された複数の固体ビーズ（ｓｏｌｉｄ ｂｅａｓ）を含んでもよい。流体は、複数の浮遊細胞を含んでもよい。注入口は、注入口ポートで流体を受け入れるように構成されていてもよい。注入口は、流路と流体連通する開口部を通じて流体を排出するように構成されていてもよい。注入口は、流路の水平寸法のかなりの部分にわたって流体の実質的に均一な流れを提供するように構成されてもよい。デバイスは、そうでなければそこに存在するエッジ効果（ｅｄｇｅ ｅｆｆｅｃｔｓ）を補償するように構成されていてもよい。

複数のビーズのそれぞれは、最大寸法、例えば、約１０μｍから約１６０μｍの幅または直径を有してもよい。

複数の浮遊細胞のそれぞれは、最大寸法、例えば、約１０μｍから約５０μｍの幅または直径を有してもよい。

約１５万個のセンサーが流路の表面に形成されてもよく、または、約１５万個のセンサーが約１５万個のウェルに形成され、ウェルはそれぞれ流路の表面に形成されてもよい。

基部は、平行板構造を含んでもよい。

また、マイクロ流体デバイスは、約１μＬ／秒と約５００μＬ／秒との間の体積流量で流体の実質的に均一な流れを提供するように構成されてもよい。

流体輸送の方法が提供される。方法は、注入口を含む注入口本体を提供することを含む。この方法は、注入口本体を支持する基部を提供することを含み、基部は、注入口と流体連通する流路を含む。方法は、排出口を含む排出口本体を提供することを含み、基部は、排出口本体を支持し、排出口は、流路と流体連通している。方法は、注入口の注入口ポートで液体を受け入れることを含む。方法は、流路と流体連通する注入口の開口部を通して流体を排出することを含む。方法は、注入口とともに、流路の水平寸法のかなりの部分にわたって流体の実質的に均一な流れを提供することを含む。

方法は、注入口、流路、および排出口とともに、流路の水平面のかなりの部分にわたって、流体の実質的に均一な流れを提供することを含んでもよい。

基部は、平行板構造を含んでもよい。

方法は、注入口、流路、および排出口とともに、約１μＬ／秒と約５００μＬ／秒との間の体積流量で流体の実質的に均一な流れを提供することを含んでもよい。

流体輸送用のデバイスが提供される。デバイスは、注入口を含む注入口本体を含む。デバイスは、注入口本体を支持する基部を含み、基部は、注入口と流体連通する流路を含む。注入口は、注入口ポートで流体を受け入れるように構成される。注入口は、流路と流体連通する開口部を通して流体を排出するように構成される。注入口は、流路の少なくとも１つの寸法のかなりの部分にわたって流体の実質的に均一な流れを提供するように構成される。

流体輸送用のマイクロ流体システムが提供される。マイクロ流体システムは、マイクロ流体デバイスを含む。マイクロ流体デバイスは、注入口を含む注入口本体を含む。マイクロ流体デバイスは、注入口本体を支持する基部を含む。基部は、注入口と流体連通する流路を含む。基部は、流路の表面に形成された１つまたは複数のセンサー、または流路の表面に形成された１つまたは複数のウェルに形成された１つまたは複数のセンサーを含む。流路は、流体の流れを促進するように構成される。流体は、複数のビーズを含む。流体は、複数の浮遊細胞を含む。注入口は、注入口ポートで流体を受け入れるように構成される。注入口は、流路と流体連通する開口部を通して流体を排出するように構成される。注入口は、流路の水平寸法のかなりの部分にわたって流体の実質的に均一な流れを提供するように構成される。デバイスは、そうでなければそこに存在するエッジ効果を補償するように構成される。

開示された主題のこれらおよび他の機能は、以下の図、詳細な説明、および特許請求の範囲を検討した後に、より完全に理解されるであろう。

これらおよび他の特徴は、添付の図面と併せて解釈される以下の詳細な説明からより容易に理解されるであろう。

例示的な実施形態によるタイプアルファ（タイプα）のマイクロ流体デバイスの透視ワイヤーフレーム図 例示的な実施形態によるタイプαの注入口本体および注入口、または排出口本体および排出口の詳細な透視ワイヤーフレーム図 例示的な実施形態によるタイプαのマイクロ流体デバイスの注入口、注入口遷移、流路、排出口遷移、および排出口における流体流れ領域を強調した透視ワイヤーフレーム図 例示的な実施形態によるタイプαのマイクロ流体デバイスの注入口遷移、流路、および排出口遷移のＸＺ平面における約０．１マイクロリットル（μＬ）／秒の体積流量で流れる流体（例えば、水）の速度を強調した平面ワイヤーフレーム図 例示的な実施形態によるタイプαのマイクロ流体デバイスの注入口遷移、流路、および排出口遷移のＸＺ平面における約１μＬ／秒の体積流量で流れる流体（例えば、水）の速度を強調した平面ワイヤーフレーム図 例示的な実施形態によるタイプαのマイクロ流体デバイスの注入口遷移、流路、および排出口遷移のＸＺ平面における約１０μＬ／秒の体積流量で流れる流体の速度を強調した平面ワイヤーフレーム図 例示的な実施形態によるタイプαのマイクロ流体デバイスの注入口遷移、流路、および排出口遷移のＸＺ平面における約１００μＬ／秒の体積流量で流れる流体の速度を強調した平面ワイヤーフレーム図 例示的な実施形態によるタイプαのマイクロ流体デバイスの注入口遷移、流路、および排出口遷移のＸＺ平面における約１００μＬ／秒の体積流量で流れる流体の速度を強調した透視ワイヤーフレーム図 例示的な実施形態によるタイプαのマイクロ流体デバイスの注入口遷移、流路、および排出口遷移のＸＺ平面における約５００μＬ／秒の体積流量で流れる流体の速度を強調した平面ワイヤーフレーム図 例示的な実施形態によるタイプαのマイクロ流体デバイスの注入口遷移、流路、および排出口遷移のＸＺ平面における約１，０００μＬ／秒（または約１ミリリットル（ｍＬ）／秒）の体積流量で流れる流体の速度を強調した平面ワイヤーフレーム図 例示的な実施形態によるタイプαのマイクロ流体デバイスの注入口遷移、流路、および排出口遷移のＸＺ平面における約５，０００μＬ／秒（または約１０ｍＬ／秒）の体積流量で流れる流体の速度を強調した平面ワイヤーフレーム図 例示的な実施形態によるタイプベータ（タイプβ）のマイクロ流体デバイスの透視ワイヤーフレーム図 例示的な実施形態によるタイプβのマイクロ流体デバイスの注入口本体および注入口、または排出口本体および排出口の詳細な透視ワイヤーフレーム図 例示的な実施形態によるタイプβのマイクロ流体デバイスの注入口、注入口遷移、流路、排出口遷移、および排出口における流体流れ領域を強調した透視ワイヤーフレーム図 例示的な実施形態によるタイプβのマイクロ流体デバイスの注入口遷移、流路、および排出口遷移のＸＺ平面における約１００μＬ／秒の体積流量で流れる流体の速度を強調した透視ワイヤーフレーム図 例示的な実施形態によるタイプβのマイクロ流体デバイスの注入口遷移、流路、および排出口遷移のＸＺ平面における約１００μＬ／秒の体積流量で流れる流体の速度を強調した平面ワイヤーフレーム図 例示的な実施形態によるタイプβのマイクロ流体デバイスの注入口遷移、流路、および排出口遷移のＸＺ平面における約１μＬ／秒の体積流量で流れる流体の速度を強調した平面ワイヤーフレーム図 例示的な実施形態によるタイプβのマイクロ流体デバイスの注入口遷移、流路、および排出口遷移のＸＺ平面における約１０μＬ／秒の体積流量で流れる流体の速度を強調した平面ワイヤーフレーム図 例示的な実施形態によるタイプガンマ（タイプγ）のマイクロ流体デバイスの注入口遷移、流路、排出口遷移のＸＺ平面における約１０μＬ／秒の体積流量で流れる流体の速度を強調した平面ワイヤーフレーム図 例示的な実施形態によるタイプデルタ（タイプδ）のマイクロ流体デバイスの透視ワイヤーフレーム図 例示的な実施形態による処理を示す図 関連技術によるマルチ流路マイクロ流体デバイスの透視図 従来技術によるシングル流路マイクロ流体デバイスの従来の流路のＸＺ平面における約１，０００μＬ／秒の体積流量で流れる流体の速度を強調した平面ワイヤーフレーム図 例示的な実施形態によるタイプαのデバイスの流路の第１の点を通るＸＹ平面における約１００μＬ／秒の体積流量で流れる流体の速度を強調した断面図 図２２Ａの下部の中央部分を拡大した図 例示的な実施形態によるタイプαのデバイスの流路の第２点を通るＸＹ平面における約１００μＬ／秒の体積流量で流れる流体の速度を強調した断面の拡大図 例示的な実施形態によるハーフスケール（５０％）の注入口／排出口を有するタイプαのマイクロ流体デバイスの注入口遷移、流路、および排出口遷移のＸＺ平面における約１００μＬ／秒の体積流量で流れる流体の速度を強調した平面ワイヤーフレーム図 例示的な実施形態によるハーフスケール（５０％）の注入口／排出口を有するタイプαのマイクロ流体デバイスの注入口遷移、流路、および排出口遷移のＸＺ平面における約１ｍＬ／秒の体積流量で流れる流体の速度を強調した平面ワイヤーフレーム図 例示的な実施形態による３／４スケール（７５％）の注入口／排出口を有するタイプαのマイクロ流体デバイスの注入口遷移、流路、および排出口遷移のＸＺ平面における約１００μＬ／秒の体積流量で流れる流体の速度を強調した平面ワイヤーフレーム図 例示的な実施形態による９／１０スケール（９０％）の注入口／排出口を有するタイプαのマイクロ流体デバイスの注入口遷移、流路、および排出口遷移のＸＺ平面における約１００μＬ／秒の体積流量で流れる流体の速度を強調した平面ワイヤーフレーム図 例示的な実施形態による９／１０スケール（９０％）の注入口／排出口を有するタイプαのマイクロ流体デバイスの注入口遷移、流路、および排出口遷移のＸＺ平面における約１ｍＬ／秒の体積流量で流れる流体の速度を強調した平面ワイヤーフレーム図 例示的な実施形態によるフルスケール（１００％）の注入口／排出口を有するタイプαのマイクロ流体デバイスの注入口遷移、流路、および排出口遷移のＸＺ平面における約２ｍＬ／秒の体積流量で流れる流体の速度を強調した平面ワイヤーフレーム図 例示的な実施形態による３／２スケール（１５０％）注入口／排出口を有するタイプαのマイクロ流体デバイスの注入口遷移、流路、および排出口遷移のＸＺ平面における約１００μＬ／秒の体積流量で流れる流体の速度を強調した平面ワイヤーフレーム図 例示的な実施形態によるタイプαのマイクロ流体デバイスの注入口遷移、流路、および排出口遷移のＸＺ平面における約１μＬ／秒の体積流量で流れる水よりも１００倍大きい粘度を有する流体の速度を強調した平面ワイヤーフレーム図 例示的な実施形態によるタイプαのマイクロ流体デバイスの注入口遷移、流路、および排出口遷移のＸＺ平面における約１０μＬ／秒の体積流量で流れる水よりも１００倍大きい粘度を有する流体の速度を強調した平面ワイヤーフレーム図 例示的な実施形態によるタイプαのマイクロ流体デバイスの注入口遷移、流路、および排出口遷移のＸＺ平面における約１００μＬ／秒の体積流量で流れる水よりも１００倍大きい粘度を有する流体の速度を強調した平面ワイヤーフレーム図 例示的な実施形態によるタイプαのマイクロ流体デバイスの注入口遷移、流路、および排出口遷移のＸＺ平面における約０．１μＬ／秒の体積流量で流れる水よりも１０００倍大きい粘度を有する流体の速度を強調した平面ワイヤーフレーム図 例示的な実施形態によるタイプαのマイクロ流体デバイスの注入口遷移、流路、および排出口遷移のＸＺ平面における約１００μＬ／秒の体積流量で流れる水よりも１０００倍大きい粘度を有する流体の速度を強調した平面ワイヤーフレーム図 例示的な実施形態によるタイプαのマイクロ流体デバイスの注入口遷移、流路、および排出口遷移のＸＺ平面における約２ｍＬ／秒の体積流量で流れる水よりも１０００倍大きい粘度を有する流体の速度を強調した平面ワイヤーフレーム図 例示的な実施形態によるタイプαのマイクロ流体デバイスの注入口遷移、流路、および排出口遷移のＸＺ平面における約５ｍＬ／秒の体積流量で流れる水よりも１０００倍大きい粘度を有する流体の速度を強調した平面ワイヤーフレーム図 例示的な実施形態によるタイプαのマイクロ流体デバイスの注入口遷移、流路、および排出口遷移のＸＺ平面における約１０ｍＬ／秒の体積流量で流れる水のよりも１０００倍大きい粘度を有する流体の速度を強調した平面ワイヤーフレーム図 他の実施形態と同様の注入口を有するが、例示的な実施形態による比較的大きな体積で制限されていない排出口構造を有する代替のタイプαのマイクロ流体デバイスの注入口遷移、流路、および排出口遷移のＸＺ平面における約１００μＬ／秒の体積流量で流れる流体の速度を強調した平面ワイヤーフレーム図 例示的な実施形態による代替のタイプαのマイクロ流体デバイスの注入口遷移、流路、および排出口遷移のＸＺ平面にける約１００μＬ／秒の体積流量で流れる流体の速度を強調した透視ワイヤーフレーム図

図面は必ずしも縮尺通りではないことに留意されたい。図面は、本明細書で開示される主題の典型的な態様のみを示すことを意図しており、したがって、開示の範囲を限定するものと見なされるべきではない。当業者であれば、本明細書に具体的に記載され、添付の図面に示されている構造、システム、デバイス、および方法が例示的な実施形態の非限定的なものであり、本発明の範囲が特許請求の範囲によってのみ定義されることを理解するであろう。

図２０はマルチ流路マイクロ流体デバイス７００の斜視図である。マルチ流路マイクロ流体デバイス７００は、注入口本体７０５、基部７５０、排出口本体７９５、複数の注入口、すなわち、８００ａ、８００ｂ、８００．．．、８００ｎ、複数の排出口、すなわち。８００ａ’、８００ｂ’、８００’．．．、８００ｎ’、および基部７５０の複数の流路８９０を含み、それぞれの流路は複数の注入口８００および排出口８００’にそれぞれ対応する。複数の注入口８００および排出口８００’（または分岐した流路）の実装は、流路がモノリス（ｍｏｎｏｌｉｔｈ：例えば、ガラスに接着したシリコーンエラストマー鋳型）によって画定されていないアプリケーションにおいて課題をもたらす場合があり、これは研究室では一般的なことである。さらに、複数の注入口８００および複数の排出口８００は、アッセイ（ａｓｓａｙ）のために利用可能なデバイスの総面積のかなりの部分を必要とすることがある。流路間の分割では表面スペースが失われたり、それぞれ流路の中心からエッジまで流速が異なったりすることがある。

図２１は、幅の広いシングル流路マイクロ流体デバイス９００の流路１０９０のＸＺ平面において、約１０００μＬ／秒（約１ｍＬ／秒）の体積流量で流れる流体（例えば、水）の速度を強調した等高線上面図（ｃｏｎｔｏｕｒ ｐｌｏｔ ｔｏｐ－ｖｉｅｗ）である。シングル流路マイクロ流体デバイス９００は、注入口本体９０５、基部９５０、排出口本体９９５、注入口本体９０５内の単一の注入口１０００、排出口本体９９５内の単一の排出口１０００’、および基部９５０内の流路１０９０を含む。単一の注入口１０００は流路１０９０に接続し、流路１０９０は単一の排出口１０００’に接続する。単一の注入口１０００、流路１０９０、および単一の排出口１０００’は、シングル流路マイクロ流体デバイス９００に流体が流れることを可能にする。本明細書全体で使用されるように、特に断りのない限り、例えば、図２１に示すように、流路１０９０の略中心１０９５において、Ｘ方向はデバイスの幅（ページの上下）に対応するし、Ｙ方向はデバイスの高さ（ページの内外）に対応し、Ｚ方向は流れの主な方向（ページの左から右）に対応する。略中心１０９５は、流路１０９０のＸＺ平面内に発生する。

一般に、流体は単一の注入口１０００を経由してシングル流路マイクロ流体デバイス９００に入り、流路１０９０に主にマイナスＹ方向に下降し、Ｚ方向で流路１０９０をおおむね横切って流れ、単一の排出口１０００’に流れ、シングル流路マイクロ流体デバイス９００から主にＹ方向に上昇する。しかし、単一の注入口１０００と単一の排出口１０００’とにより、流体のかなりの部分は、特に単一の注入口１０００と単一の排出口１０００’との付近で正と負のＸ方向に伝搬する。単一の注入口１０００と単一の排出口１０００’とを使用すると、流路１０９０を流れる流体の速度プロファイルが不均一になる。

この例では、体積流量を約１ｍＬ／秒に設定すると（アッセイ流路が占めるおおよその体積、すなわち毎秒約０．６７５ｍＬ）、単一の注入口１０００および単一の排出口１０００’の下方または付近の流体のＺ方向における速度は比較的高く、すなわち、約０．４４４４ｍｍ／秒（「４．４４４４４４ｅ－０１」と表示）から約０．５０００ｍｍ／秒（「５．００００００ｅ－０１」と表示）のオーダーで、一方、流路１０９０のエッジに沿った流体のＺ方向における速度は比較的低く、すなわち、約０．００００ｍｍ／秒から約０．０５５５６ｍｍ／秒のオーダーである。流路１０９０内の単一の注入口１０００と単一の排出口１０００’との間の流体のＺ方向内における速度は、図示されるように、約０．００００ｍｍ／秒のオーダーから約０．５０００ｍｍ／秒まで、その間の種々の増分、すなわち、約０．０５５５６ｍｍ／秒、約０．１１１１ｍｍ／秒、約０．１６６７ｍｍ／秒、約０．２２２２ｍｍ／秒、約０．２７７８ｍｍ／秒、約０．３３３３ｍｍ／秒、約０．３８８９ｍｍ／秒、および約０．４４４４ｍｍ／秒を伴って、変化する。流路１０９０の中心１０９５付近の流体のＺ方向における速度は、約０．０５５５６ｍｍ／秒から約０．１１１１ｍｍ／秒のオーダーである。このような設計のデバイスを使用して流体の分析を行うこともできるが、特に分析が流速、せん断（ｓｈｅａｒ）、または媒体交換に敏感な場合、流路１０９０の有効使用可能面積が著しく減少する。また、流路１０９０の周辺部や単一の注入口１０００または単一の排出口１０００’の付近にセンサーを設けると、Ｚ方向における不均一な速度により、シングル流路マイクロ流体デバイス９００のセンサーの精度が低下する。さらに、Ｚ方向内における速度が約０．０５５５６ｍｍ／秒から約０．１１１１ｍｍ／秒のオーダーである流路１０９０の領域のみにセンサーを設けても、Ｚ方向における速度が領域内で比較的不均一であることがあり、シングル流路マイクロ流体デバイス９００のセンサーの精度が低下する。注入口における比較的高い速度（およびせん断応力）は、アッセイに使用した場合、生きた細胞を破壊することがある。

注入口と排出口とを含むマイクロ流体デバイスが提供される。マイクロ流体デバイスは、未使用の潜在的なアクティブセンサー領域を最小化し、アクティブセンサー領域における均一なフロー領域を最大化し、アクティブセンサー領域における流路の周辺部での摩擦効果を相殺し、および／または注入口および排出口構造を通る流れを修正してアクティブセンサー領域の流路における均一な流れを促進するように構成されてもよい。

注入口および排出口のそれぞれは、Ｙ方向で主に垂直方向の流体の流れのための開口部を形成してもよい。注入口および排出口のそれぞれは、Ｚ方向における主に水平方向の流体の流れのために、流路のそれぞれの端部に接続されてもよい。流路は、分析用のセンサーおよび／またはウェルで構成されてもよい。本開示によるデバイスは、１つまたは複数のウェルの下部に１つまたは複数のセンサーを有する、および／または流路の下部および／または上部の比較的平坦な表面に１つまたは複数のセンサーを有する流路に適用できる。注入口および排出口の導管のそれぞれは、Ｙ方向の長さ（ＹＺ平面における垂直方向）とＺ方向の深さ（ＸＺ平面における水平方向）が変化してもよい。注入口の導管の形状は、流路に入る前にＸＹ平面に沿って変化する抵抗（粘性抵抗）を流体に与えるように構成されてもよい。排出口の導管の形状も同様に、Ｘ方向における幅に沿って流路から出た流体を排出口の下部で受け入れるように抵抗を変化させて構成してもよい。注入口および排出口の形状のそれぞれは、デバイスの流路に入る際の平面（Ｚ方向）速度プロファイルの変化を最小にするように構成されてもよい。注入口の形状は、流体の平面速度プロファイルを滑らかにするように構成されてもよい。注入口の形状は、層流条件下で流路の平面的な壁および表面に実質的に均等なせん断応力を生じさせるように構成されてもよい。マイクロ流体デバイスの様々な例示的な実施形態は、発展したマイクロ流体デバイスとともに、流路の幅にわたって流体の流れを均一にするために設けられた分岐した分岐流路（ｂｉｆｕｒｃａｔｉｎｇ ｃｈａｎｎｅｌｓ）の必要性を回避できる。

さらに、流路に対する注入口の（Ｙ方向における）比較的短い長さは、十分に速い層流速度下で注入口における粒子（例えば、ビーズおよび細胞）の沈降を最小化するように構成されてもよい。例えば、ある例示的な実施形態では、ビーズは約２５μｍから約５０μｍの最大寸法を有していてもよく、浮遊細胞は約１０μｍから約３０μｍの最大寸法を有していてもよい。

さらに、本マイクロ流体デバイスの注入口および排出口の形状は、効率的な製造可能性を促進するように構成されていてもよい。注入口および排出口の形状は、ＸＹ平面に沿って変化する抵抗を提供するキャビティに正の抜き勾配を生成するように構成されてもよい。注入口および排出口の導管の形状は、射出成形による大規模な製造を促進するように構成されてもよい。注入口および排出口は、射出成形により形成されてもよい。注入口および排出口は、流路とは別のトップピースまたはピースとして形成されてもよい。あるいは、注入口および排出口は、流路を囲む基部または基板とともに形成されてもよい。その間の注入口、排出口、および流路は、射出成形により一体的に形成されてもよい。

ある例示的な実施形態では、シングル流路マイクロ流体デバイスは、流路内の比較的大きなセンサー領域、単一の注入口と単一の排出口（複数の注入口と排出口に対して）、センサー領域に対して比較的小さな設置面積を有する、および、流路の幅（Ｘ方向）に沿って比較的均一に流れる単一の注入口と単一の排出口のそれぞれ、で構成されてもよい。上述したように、いくつかの以前に開発された設計では、平面的な速度プロファイルを均一にするために分岐した分岐流路ネットワークを使用し、これは平面全体の比較的大きな部分を占め、本質的に製造が困難である。また、開発された注入口および排出口の高さは、流路の高さにほとんど固定されて比較的短いため、特に流速が比較的遅い領域では、開発されたデバイスの注入口や排出口に重い粒子（ｈｅａｖｙ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ：例えば、ビーズまたは細胞）の好ましくない沈降を起こすことがある。一方、本開示の例示的な実施形態による注入口および排出口の長さ（Ｙ方向における）は、流路の高さよりもおおむね１桁長くてもよく、注入口および排出口の長さ（Ｙ方向における）は、液中の沈殿物の移動方向に対応する。さらに、本開示の例示的な実施形態の注入口および排出口の導管の形状は、注入口および排出口全体に十分な流れを生じさせるように構成されており、粒子が懸濁状態に留まり、デバイスを通して粒子の流れを促進するために表面せん断が十分に高い流路に到達できるようにする。

前述のように、ある発展したマイクロ流体デバイスでは、注入口構造および排出口構造とセンサー領域との間のＺ方向における距離が、約１２ｍｍオーダーで、センサー領域には約５万個のウェルだけが設けられている。一方、本開示の例示的な実施形態の注入口および排出口の比較的小さなフットプリントにより、同等な大きさのセンサー領域に、実質的により多くのウェル、例えば、約１５万個のウェルおよび／または約１５万個のセンサーを設けることができる。

例示的な実施形態では、平行板マイクロ流体流路であってもよい。流路を通過する流れの属性を定量化するために、以下の流動方程式を使用することができる。平行板マイクロ流体流路の体積流量は、以下の式（１）のように表すことができる。

本式において、ｈ＝高さ（Ｙ方向）、ｗ＝幅（Ｘ方向）、Ｌ＝長さ（Ｚ方向）、μ＝粘度、△Ｐ＝圧力差、Ｒ＝抵抗、および、Ｑ＝体積流量、である。なお、平行板構造では、横幅（Ｘ方向における）が縦幅（Ｙ方向における）よりも大幅に大きい、すなわち、ｗ＞＞ｈとなる。

平行板マイクロ流体流路の流れ原理は、以下の式（２）のように表すことができる。

平行マイクロ流体板流路の流れ抵抗（または粘性抵抗）の関係は、以下の式（３）のように表すことができる。

つまり、抵抗は長さ（Ｙ方向における）に強く依存する。具体的には、抵抗は長さ（Ｙ方向における）の３乗に反比例する。

本明細書に開示された機能および目的を満たす構造であれば、本開示の範囲に含まれる。以下、ここに開示された機能および目的を満たす例示的な実施形態について詳述するが、本開示はこれに限定されるものではない。本明細書の例示的な実施形態はマイクロ流体用途を対象としているが、開示された構成は、任意の適切な規模に拡大または縮小することができる。さらに、本明細書の例示的な実施形態は、任意のデバイスの床（ｂｅｄ）構造または水平構造を通るおよび／またはその上の流体の均一な流れを提供することができる。例えば、本明細書の例示的な実施形態は、触媒反応を引き起こすための領域を通るおよび／またはその上の流体の均一な流れを提供することができる。ある例示的な実施形態では、デバイスは、触媒床を通るおよび／または触媒床上の均一な流体流を促進するように構成されてもよい。

＜タイプαマイクロ流体デバイス＞
図１は、ある例示的な実施形態によるタイプαのマイクロ流体デバイス１００の透視ワイヤーフレーム図である。本書で使用される規則に注意されたい。奇数で始まる参照符号（例えば、１００、１５０など）は構造を示し、偶数で始まる参照符号（例えば、２００、２９０など）は構造の開口部（ｏｐｅｎｉｎｇｓ）または開口部（ａｐｐｅｒｔｕｒｅｓ）を示す（この規則はプロセス１１００には適用されない）。タイプαのマイクロ流体デバイス１００は、注入口本体１０５、基部１５０、および排出口本体１９５を含んでもよい。注入口本体１０５に注入口２００が形成されてもよい。注入口本体１０５は、排出口本体１９５と実質的に類似していてもよい。あるいは、注入口本体１０５は、排出口本体１９５と比較してバリエーション（ｖａｒｉａｔｉｏｎｓ）を有していてもよい。注入口本体１０５、基部１５０、および排出口本体１９５は、一体であってもよいし、別々の構成要素であってもよい。ある例示的な実施形態では、注入口本体１０５と排出口本体１９５とは互換性がある。ある例示的な実施形態では、注入口２００と排出口２００’とは、向きが反転しているだけで、実質的に同一であり、および互換性がある。「注入口」という用語は限定を意図するものではなく、ある例示的な実施形態では、流体の流れの方向を示すこともあり、流体の流れの方向を逆にすると、「注入口」および「排出口」という用語が逆になることもある。

排出口本体１９５に排出口２００’が形成されてもよい。注入口２００は、排出口２００’と実質的に類似していてもよい。あるいは、注入口２００は、排出口２００’と比較してバリエーションを有していてもよい。流路２９０は、注入口２００と排出口２００との間の流体接続（ｆｌｕｉｄ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）に提供されてもよい。注入口遷移２８５は、注入口２００の下部開口部と流路２９０の注入口側との間に設けられてもよい。排出口遷移２９５は、流路２９０の排出口側と排出口２００’の下部開口部との間に設けられてもよい。

ある例示的な実施形態では、マイクロ流体用途に対して、流路は平行板構造を有し、Ｙ方向における流路２９０の高さは均一であってもよく、約０．０５ｍｍから約０．５０ｍｍのオーダーであってもよい。流路２９０は、矩形の角柱形状を有していてもよい。具体的には、Ｙ方向における流路２９０の高さは、約０．２５ｍｍのオーダーであってもよい。ある例示的な実施形態では、Ｙ方向における流路２９０の高さを低くして、デバイス１００を通る輸送流体（ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｆｌｕｉｄ）の消費量（ｖｏｌｕｍｅ ｃｏｍｓｕｍｐｔｉｏｎ）を最小化する。ある例示的な実施形態では、Ｙ方向における流路２９０の高さは、流路２９０の表面上のせん断応力を考慮して最適化される。流路２９０の表面上のせん断応力は、一定の圧力差における流路２９０の高さの直接的な線形関数である。例えば、約２５から５０μｍの最大寸法を有するビーズおよび約１０から２０μｍの最大寸法を有する浮遊細胞については、ウェルアレイ（ｗｅｌｌ ａｒｒａｙｓ）を分離するために油などの流体を流体（例えば、水）に導入する場合、約０．２５ｍｍの流路の高さ２９０が、十分かつ望ましいせん断応力をもたらすものとして観測される。ある例示的な実施形態では、Ｘ方向における流路２９０の幅は、約４５．０ｍｍのオーダーであってもよい。他の例示的な実施形態では、Ｘ方向における流路２９０の幅は、約２００ｍｍのオーダーであってもよい。ある例示的な実施形態では、Ｙ方向における流路２９０の高さとＸ方向における流路２９０の幅との比は、約１対約１８０であってもよい。ある例示的な実施形態では、Ｚ方向における流路２９０の長さは、約７０ｍｍのオーダーであってもよい。

注入口本体１０５、基部１５０、排出口本体１９５、注入口２００、注入口遷移２８５、流路２９０、排出口遷移２９５、および排出口２００’は、射出成形またはその他の適切な方法で形成することができる。

図２は、例示的な実施形態によるタイプαのマイクロ流体デバイス１００の注入口本体１０５および注入口２００の詳細な透視ワイヤーフレーム図である。さらに、あるいは代替的に、排出口本体１９５および排出口２００’は、それぞれ、注入口本体１０５および注入口２００と実質的に同様または同一に実装することができる。注入口２００は、注入口２００の入口（例えば、ポート２０５、以下に説明する例）から注入口２００の出口（例えば、開口部２４０、以下に説明する例）までの注入口２００を通る流体の流れを変換するように構成されてもよい。具体的には、注入口２００は、注入口２００の入口（例えば、ポート２０５）における流体の流れを、注入口２００の出口（例えば、開口部２４０）における実質的に均一な流れに変換するように構成されてもよい。本明細書で使用する場合、用語「実質的に均一」な流れは、例えば、所定の試験におけるデバイスの所定の領域での最大観測値の約１０％として定義される範囲内の流体の流れを参照するのに使用することができる。実質的に均一な流れの非限定的な例は、以下に記載する。わかりやすくするために、シミュレーションは、速度を１０段階の目盛りで表現し、均一性の分解能を１０％以内に抑えている。

逆に、排出口２００’は、排出口２００’の入口（例えば、開口部２４０）から排出口２００’の出口（例えば、ポート２０５）までの排出口２００’を通る流体の流れを変換するように構成されてもよい。具体的には、排出口２００’は、排出口２００’の入口（例えば、開口部２４０）における流体の実質的に均一な流れを、排出口２００’（例えば、ポート２０５）から出る流体に適した流れに変換するよう構成されてもよい。

このように、注入口２００は、流路２９０に流体が入ると、流体の実質的に均一な流れを提供するように構成される。流路２９０への実質的に均一の流れにより、デバイス１００に接続されたセンサーの精度および／またはデバイス１００を通る流体のスループットが向上する。

例えば、後述の図４Ａ、図４Ｂ、図５～図９の左側（特に図５～図９）において実証されるように、図２において破線矢印で表されるように、流体の速度は破線で示され、注入口２００におけるそれぞれのベクトルの端部における流体の速度は、Ｘ方向における注入口２００に沿った実質的にすべての点において実質的に同一である。上部の注入口ポートからＸ方向に沿ったエッジに向かって注入口および排出口の導管のそれぞれのＺ方向における深さが徐々に増加することにより、注入口および排出口が注入口および排出口のそれぞれのエッジまで開くため、断面抵抗が強く減少する。このとき、深さが寄与する反比例する抵抗は、注入口ポートから注入口の下部までの任意の経路長が寄与する直線抵抗と釣り合うようにする（式３参照）。例えば、構造が注入口２００の場合、ポート２０５からの流れの経路（例えば、図２において破線矢印で示したもの）の累積抵抗は、注入口２００の下部の開口部２４０における流れの経路（ｆｌｏｗ ｐａｔｈｓ）の累積抵抗と等しいかそれに近い値である。注入口の下部におけるこれらの流れの経路の速度もまた、等しく均一である。

図２の実施形態において、注入口２００の片側は、実質的に平坦（ＸＹ平面と略同一平面上）であってもよく、流路２９０に面し、排出口２００’に面する注入口２００の側のＸＹ平面に対応する。逆に、排出口２００’は、実質的に平坦（ＸＹ平面と略同一平面上）であってもよく、流路２９０に面し、注入口２００に面する排出口２００’の側のＸＹ平面に対応する。

逆に、排出口２００’は、流路２９０から流体が出ると、流体の実質的に均一な流れを受け入れるように構成される。流路２９０からの実質的に均一な流れは、デバイス１００に接続されたセンサーの精度および／またはデバイス１００を通る流体のスループットを保証する。例えば、後述の図４～図９の右側に示すように、流路２９０を出た流体のＺ方向における速度は、Ｘ方向における排出口２００’に沿った実質的にすべての点において実質的に同一である。

注入口２００および／または排出口２００’は、ポート２０５を含んでもよい。ポート２０５は、Ｚ方向における深さ２１０を有していてもよい。ある例示的な実施形態では、ポート２０５のＺ方向における深さ２１０は、約０．５ｍｍから約１．５ｍｍの間の範囲であってもよく、ある実施形態では、約０．９ｍｍと約１．０ｍｍとの間の範囲であってよい。ポート２０５は、実質的に直線的なエッジ（図１に示すように）または非直線的なエッジ（図示せず）を有していてもよい。ポート２０５は、開放された上部（ＸＺ平面において）と、開放された下部（ＸＺ平面において）と、４つの閉鎖された側面（ＸＹ平面およびＹＺ平面においてそれぞれ２つずつ）と、により構成されてもよい。

ポート２０５は、図２に示すように、ＸＹ平面、ＹＺ平面、およびＸＺ平面のそれぞれ１つまたは複数において、矩形（正方形を含む）の断面を有していてもよい。ＸＺ平面における他の断面形状、例えば円形や楕円形は本開示の範囲内である（例えば、図１８参照）。

注入口２００および／または排出口２００’は、テーパー領域２２０を含んでもよい。テーパー領域２２０は、Ｚ方向においてテーパー状に（ｔａｐｅｒｅｄ）なっていてもよい。すなわち、上方から（ＸＺ平面から）見た場合、テーパー領域２２０は、ポート２０５付近のＺ方向における深さが比較的短く、変曲点（ｉｎｆｌｏｃｔｉｏｎ ｐｏｉｎｔ）２２５付近のＺ方向における深さが比較的大きいことが考えられる。図２に示すように、上方から（ＸＺ平面から）見た場合、注入口２００の片側、すなわち流路２９０の反対側を向いた側にのみ、テーパー領域２２０を設けてもよい。逆に、上方から（ＸＺ平面から）見た場合、排出口２００’の片側、すなわち流路２９０の反対側を向いた側にのみ、テーパー領域２２０を設けてもよい。すなわち、注入口２００または排出口２００’の流路２９０に面する側は、テーパーを有していなくてもよく、比較的平坦（ＸＹ平面と略同一平面上）であってもよい。（参照：図１１～図１５、図１６Ａ、および図１６Ｂの例示的な実施形態は、注入口４００と排出口４００’の両側がテーパー状になっている）。

テーパー領域２２０は、Ｙ方向における高さ２１５を有していてもよい。ある例示的な実施形態では、Ｙ方向における高さ２１５は約３．０ｍｍである。ある例示的な実施形態では、Ｙ方向における高さ２１５は、Ｚ方向における深さ２３５のテーパーが徐々に２倍になるよう、注入口２００および／または排出口２００’の中心からエッジ（２３５）までの距離の約８分の１に等しくてもよい。注入口は、本質的に垂直な流路（または導管）であってもよい。

変曲点２２５は、テーパー領域２２０と湾曲テーパー領域２３０との間に設けられてもよい。湾曲テーパー領域２３０は、Ｙ方向では湾曲し、Ｚ方向ではテーパー状になっていてもよい。すなわち、横から（ＸＹ平面から）見た場合、湾曲テーパー領域２３０は、変曲点２２５でＹ方向における湾曲が始まってもよく、Ｙ方向における湾曲は、湾曲テーパー領域２３０の端部で終了してもよい。また、上方から（ＸＺ平面から）見た場合、湾曲テーパー領域２３０は、変曲点２２５でＺ方向における深さが比較的短くてもよく、湾曲テーパー領域２３０の端部でＺ方向における深さ２３５が比較的大きくてもよい。ある例示的な実施形態では、湾曲テーパー領域２３０の端部のＺ方向における深さ２３５は、約１．０ｍｍから約３．０ｍｍの間の範囲であってもよく、ある実施形態では、約１．８ｍｍと約２．０ｍｍとの間の範囲であってもよい。

タイプαのマイクロ流体デバイス１００の総容量は約１，１６８μＬであってもよく、流路２９０の容量は約７４２．５μＬであってもよく、注入口２００または排出口２００’の容量は約２１２．７５μＬであってもよく、注入口２００および排出口２００’の容量は約４２５．５μＬであってもよい。このように、タイプαのマイクロ流体デバイス１００の総容量に対する注入口２００および排出口２００’の容量の割合は、約３６．４３％であってもよい。

湾曲テーパー領域２３０は、比較的遅い流速を有するデッドボリューム領域（または渦形成領域）であってもよく、完全な溶媒交換（ｍｅｄｉｕｍ ｅｘｃｈａｎｇｅｓ）のために最小化されてもよい。ある例示的な実施形態では、隣接する表面の比較的鋭い９０°の交差は、面取りおよび／または湾曲した交差（図示せず）で回避することができる。

ある例示的な実施形態では、図２に示すように、Ｚ方向における深さは、例えば、ポート２０５付近の約０．７５ｍｍから端部の約１．５ｍｍまで、ポート２０５付近の約０．９ｍｍから端部の約１．８ｍｍまで、ポート２０５付近の約１．０ｍｍから端部の約２．０ｍｍまで、または、ポート２０５付近の約１．５ｍｍから端部の約３．０ｍｍまで、直線的に変化してもよい。図２に示す例示的な実施形態では、例えば、深さが１：２の割合で変化することにより、深さによって寄与される反比例する抵抗が８（すなわち、２^３）だけ変化し、それによって、注入口ポートの中心から注入口エッジの下部までの長さの変化（～８）、例えば、約３．０ｍｍから約２４．０ｍｍによって寄与される直線抵抗と釣り合う（例えば、式３参照）。注入口２００および排出口２００’は、例えば図２に示すように、１つまたは複数の実質的に直線的なエッジを有していてもよい。ある例示的な実施形態では、Ｚ方向における深さが、ポート２０５から端部（深さ２３５）まで増加してもよい。注入口２００および排出口２００’は、１つまたは複数の湾曲したエッジを有していてもよい（図示せず）。あるいは、ある例示的な実施形態では、Ｚ方向における深さは、ポートから端部まで（例えば、テーパー状ではなく）実質的に一定であり、実質的に直線状のエッジを有していてもよい（参照、図１７）。

ある例示的な実施形態では、深さ２１０の約１．０ｍｍから深さ２３５の約２．０ｍｍ（または約０．７５ｍｍから約１．５ｍｍ、または約０．９ｍｍから約１．８ｍｍ、または約１．５ｍｍから約３．０ｍｍ）までのテーパーは線形であってもよい。線形テーパーは、ポート２０５の中心と開口部２４０に沿った任意の点との間の流れ抵抗のバランスをとるのに十分である。流体の流れ経路の長さ（図２の破線）は、ポート２０５の約３．０ｍｍからポート２０５と端部（深さ２３５）との間の約２４．０ｍｍ（例えば、中心から端部まで８倍の長さ）までおおむね変化し、それぞれ長さによって寄与される抵抗は８倍増加する。抵抗のバランスをとるために、ポート２０５の中心から深さ２３５まで深さ２倍のテーパーをつけて、深さにより寄与される抵抗を８倍（２^３）だけ効果的に低減する。他の例示的な実施形態では、線形テーパーの場合、両端に比べて中央部の抵抗がやや小さい（Ｚ方向の最大速度に比較的早く達する）ため、テーパーは非線形または曲線的であってもよい。線形テーパーは、アッセイ流路２９０の入口で十分に均一な速度を生成することができる。ある例示的な実施形態では、開口部２４０は、Ｚ方向において、約１．５ｍｍと約３．０との間、約２．０ｍｍ、約２．０ｍｍより大きい、または約２．０ｍｍより小さい範囲の深さを有する。

開口部２４０は、注入口本体１０５の底面に形成されてもよいし、排出口本体１９５の底面に形成されてもよい。すなわち、開口部２４０は、注入口２００の内部と注入口遷移２８５との間で流体連通するように形成されてもよいし、デバイスの反対側では、排出口遷移２９５と排出口２００’の内部との間で流体連通するように形成されてもよい。注入口遷移２８５および／または排出口遷移は、実質的に直線形状、またはその他の適切な形状を有していてもよい。注入口遷移２８５および／または排出口遷移２９５は、実質的に直線状のエッジ（図１に示すように）、または非直線状のエッジ（図示せず）を有していてもよい。

注入口遷移２８５は、流体の流れの主な方向を、注入口２００を出た後のＹ方向の実質的に垂直方向およびＸ方向の実質的に水平方向から、流路２９０に入る前のＺ方向の実質的に水平方向まで変化させるように機能してもよい。逆に、排出口遷移２９５は、流体の流れの主な方向を、流路２９０のＺ方向における実質的に水平方向から、排出口２００’に入る前のＹ方向の実質的に垂直方向およびＸ方向の実質的に水平方向まで変化させるように機能してもよい。

図３は、例示的な実施形態によるタイプαのマイクロ流体デバイス１００の注入口２００、注入口遷移２８５、流路２９０、および排出口遷移２９５における流体流れ領域を強調した透視ワイヤーフレーム図である。図３内の実線形状は、図３の左側で始まり、注入口２００のポート２０５から入り、ポート２０５を通って下（Ｙ方向）に流れ、注入口２００内で下（Ｙ方向）および外側または横（どちらもＸ方向）に流れ、注入口２００の下部で開口部２４０から出て、注入口遷移２８５に入り、注入口遷移２８５に入る前に右（Ｚ方向）に流れる方向を変え、流路２９０に入り、流路２９０を通って左から右（Ｚ方向）に流れ、排出口遷移２９５に出て、排出口２００’の下部で開口部２４０に向かって上に流れるよう方向を変え、ポート２０５に向かって上（Ｙ方向）および内側（どちらもＸ方向）に流れ、ポート２０５を通って上に流れ、そしてポート２０５の上部から出る流体流れ領域を表す。本明細書に記載された流体の流れの主な方向は左から右であるが、注入口と排出口とは、流体が右から左へ流れるように逆転してもよいことを理解されたい。

表１は、本開示のマイクロ流体デバイスの様々な例示的な実施形態の速度調査結果をまとめたものである。

図４Ａは、例示的な実施形態によるタイプαのマイクロ流体デバイス１００の注入口遷移２８５、流路２９０、および排出口遷移２９５のＸＺ平面における約０．１μＬ／秒の体積流量で流れる流体（例えば、水）の速度を強調した平面ワイヤーフレーム図である。ある例示的な実施形態では、流路２９０の上部内面と下部内面との間の略中間の点で流体の速度を測定することができる。図４Ａ、図４Ｂ、図５～図１０、図１４、図１５、図１６Ａ、図１６Ｂ、図１７、図２４～図３０の例示的な実施形態では、Ｙ方向における流路２９０の高さが約０．２５ｍｍであり、流路２９０の上部内面から約０．１２５ｍｍ下、または下部内面から約０．１２５ｍｍ上で流体の速度を測定したものである。図４Ａに示すような比較的低い流量では、水の粘性効果がより顕著になることがあり、軽微なエッジ効果が観察される。この例示的な設計の上限は、層流制約によって拘束されることがある。図４Ａの例示的な実施形態では、注入口遷移２８５および流路２９０においてＺ方向に流れる流体の速度は、注入口本体１０５の下に直接配置される注入口遷移２８５および流路２９０の領域で、約０．００００ｍｍ／秒から約０．００９８９３ｍｍ／秒まで変化するが、速度の変化するこの領域は、注入口本体１０５の下の領域に実質的に含まれる。同様に、流路２９０および排出口遷移２９５においてＺ方向に流れる流体の速度は、排出口本体１９５の下に直接配置される流路２９０および排出口遷移２９５の領域で、約０．００９８９３ｍｍ／秒から約０．００００ｍｍ／秒まで変化するが、速度の変化するこの領域は、排出口本体１９５の下の領域に実質的に含まれる。逆に、注入口本体１０５と排出口本体１９５との間に位置するデバイス１００のセンサー領域２９３において、流路２９０のＺ方向に流れる実質的にすべての流体の速度は、流路２９０の下面と上面との間の略中間のＹ方向における高さで測定すると、比較的狭い範囲内、すなわち約０．００８７９３ｍｍ／秒から約０．００９８９３ｍｍ／秒である。しかし、図４Ａの例示的な実施形態では、流路２９０の四隅、注入口本体１０５と排出口本体１９５との間に位置するデバイス１００のセンサー領域２９３の領域２９１において、Ｚ方向における速度は約０．００７６９４ｍｍ／秒から約０．００８７９３ｍｍ／秒である。すなわち、デバイス１００のセンサー領域２９３における流路２９０のＺ方向に流れる実質的なすべての流体の速度は、実質的に均一である。流体の実質的に均一な流れは注入口２００の上記の例示的な構成および排出口２００’の上記の構成の有利な効果である。

ある例示的な実施形態では、ポート２０５の断面積（すなわち、Ｘ寸法×Ｚ寸法）と流路２９０の入口の断面積（すなわち、Ｘ寸法×Ｙ寸法）との第１の比は、約２．０（例えば、１．０ｍｍ×２．０ｍｍ）対約１５．０（例えば、０．２５ｍｍ×６０．０ｍｍ）または約１．０対約７．５である。ある例示的な実施形態では、ポート２０５の断面積（すなわち、Ｘ寸法×Ｚ寸法）と開口部２４０の断面積（すなわち、Ｘ寸法×Ｚ寸法）との第２の比は、約２．０（例えば、１．０ｍｍ×２．０ｍｍ）対約１００．０（２．０ｍｍ×５０．０ｍｍ）または約１．０対約５０．０である。ある例示的な実施形態では、開口部２４０の断面積（すなわち、Ｘ寸法×Ｚ寸法）と流路２９０の入口の断面積（すなわち、Ｘ寸法×Ｙ寸法）との第３の比は、約１００．０（２．０ｍｍ×５０．０ｍｍ）対約１５．０（例えば、０．２５ｍｍ×６０．０ｍｍ）または約６．６７対約１．００である。ある例示的な実施形態では、ポート２０５の深さ２１０と注入口２００または排出口２００’の端部の深さ２３５との第４の比は、約１．０対約２．０である。ある例示的な実施形態では、ポート２０５の深さ２１０と注入口２００または排出口２００’の端部の深さ２３５とポート２０５のまたはその付近の高さ２１５との第５の比は、約１．０対約２．０対約３．０である。ある例示的な実施形態では、流路２９０の高さとポート２０５の深さ２１０と注入口２００または排出口２００’の端部の深さ２３５とポート２０５のまたはその付近の高さ２１５との第６の比は、約０．２５対約１．０対約２．０対約３．０、または約１．０対約４．０対約８．０対約１２．０である。ある例示的な実施形態では、ＸＺ平面における注入口２００または排出口２００’の片側または両側の断面形状は、ボウタイ形状、すなわちボウタイとして知られる首周りに着用する服飾品に似たもの、またはベンチュリー形状である。ある例示的な実施形態では、ＸＹ平面における注入口２００または排出口２００’の断面形状は、弓形の形状、すなわち、弓矢の弓に似たもの、またはブラケット形状、すなわち、開き括弧（「{」）に似たものまたは閉じ括弧（「}」）に似たものである。

図４Ｂは、例示的な実施形態によるタイプαのマイクロ流体デバイスの注入口遷移、流路、および排出口遷移のＸＺ平面における約１μＬ／秒の体積流量で流れる流体（例えば、水）の速度を強調した平面ワイヤーフレーム図である。すなわち、図４Ｂに例示したトライアルの体積流量は、図４Ａに例示したトライアルで使用した体積流量よりも約１０倍大きい。

図４Ｂの例示的な実施形態では、注入口遷移２８５および流路２９０においてＺ方向に流れる流体の速度は、注入口本体１０５の下に直接配置される注入口遷移２８５および流路２９０の領域で、約０．００００ｍｍ／秒から約０．０９８８６ｍｍ／秒まで変化するが、速度の変化するこの領域は、注入口本体１０５の下の領域に実質的に含まれる。同様に、流路２９０および排出口遷移２９５においてＺ方向に流れる流体の速度は、排出口本体１９５の下に直接配置される流路２９０および排出口遷移２９５の領域で、約０．０９８８６ｍｍ／秒から約０．００００ｍｍ／秒まで変化するが、速度の変化するこの領域は、排出口本体１９５の下の領域に実質的に含まれる。逆に、注入口本体１０５と排出口本体１９５との間に位置するデバイス１００のセンサー領域２９３において、流路２９０のＺ方向に流れる実質的にすべてのまたはすべての流体の速度は、流路２９０の下面と上面との間の略中間のＹ方向における高さで測定すると、約０．０８７８８ｍｍ／秒から約０．０９８８６ｍｍ／秒である。図４Ａの例示的な実施形態とは異なり、図４Ｂでは、デバイス１００のセンサー領域２９３において、流路２９０の底面から約０．１２５ｍｍ上のＺ方向における高さで、流路２９０のＺ方向に流れるすべての流体の速度は、流路２９０のサイドエッジに沿った領域を含めて、実質的に均一、すなわち約０．０８７８８ｍｍ／秒と約０．０９８８６ｍｍ／秒との間である。すなわち、タイプαのマイクロ流体デバイス１００では、デバイス１００のセンサー領域２９３において流路２９０のＺ方向に流れる流体の速度は０．１μＬ／秒で略均一であるが（図４Ａの領域２９１におけるサイドエッジに沿った変化を参照）、一方、デバイス１００のセンサー領域２９３の流路２９０のＺ方向に流れる流体の速度は１μＬ／秒で略均一である（図４Ａと図４Ｂを参照）ため、約０．１μＬ／秒（図４Ａ）から約１μＬ／秒（図４Ｂ）へ体積流量の変化が著しい。流体の実質的に均一な流れは、注入口２００の上記の例示的な構成および排出口２００’の上記の構成の有利な効果である。

図５は、例示的な実施形態によるタイプαのマイクロ流体デバイス１００の注入口遷移２８５、流路２９０、および排出口遷移２９５のＸＺ平面において、約１０μＬ／秒の体積流量で流れる流体の速度を強調した平面ワイヤーフレーム図である。すなわち、図５に例示したトライアルの体積流量は、図４Ｂに例示したトライアルで使用した体積流量よりも約１０倍大きい。

図５の例示的な実施形態では、注入口遷移２８５および流路２９０においてＺ方向に流れる流体の速度は、注入口本体１０５の下に直接配置される注入口遷移２８５および流路２９０の領域で、約０．００００ｍｍ／秒から約１．０００ｍｍ／秒まで変化するが、速度の変化するこの領域は、注入口本体１０５の下の領域に実質的に含まれる。同様に、流路２９０および排出口遷移２９５においてＺ方向に流れる流体の速度は、排出口本体１９５の下に直接配置される流路２９０および排出口遷移２９５の領域で、約１．０００ｍｍ／秒から約０．００００ｍｍ／秒まで変化するが、速度の変化するこの領域は、排出口本体１９５の下の領域に実質的に含まれる。逆に、注入口本体１０５と排出口本体１９５との間に位置するデバイス１００のセンサー領域２９３において、流路２９０のＺ方向に流れる実質的にすべてまたはすべての流体の速度は、流路２９０の下面と上面との間の略中間のＹ方向における高さで測定すると、約０．９０２５ｍｍ／秒から約１．０００ｍｍ／秒である。流体の実質的に均一な流れは、注入口２００の上記の例示的な構成および排出口２００’の上記の構成の有利な効果である。

図６は、例示的な実施形態によるタイプαのマイクロ流体デバイス１００の注入口遷移２８５、流路２９０、および排出口遷移２９５のＸＺ平面において、約１００μＬ／秒の体積流量で流れる流体の速度を強調した平面ワイヤーフレーム図である。すなわち、図６に例示したトライアルの体積流量は、図５に例示したトライアルで使用した体積流量よりも約１０倍大きい。図５の例示的な実施形態と同様に、図６において、デバイス１００のセンサー領域２９３において、流路２９０の底面から約０．１２５ｍｍ上のＺ方向における高さで、流路２９０のＺ方向に流れるすべての流体の速度は、流路２９０のサイドエッジに沿った領域も含めて、実質的に均一、すなわち約９．０００ｍｍ／秒と約１０．００ｍｍ／秒との間である。

図７は、例示的な実施形態によるタイプαのマイクロ流体デバイス１００の注入口遷移２８５、流路２９０、および排出口遷移２９５のＸＺ平面において、約１００μＬ／秒の体積流量で流れる流体の速度を強調した透視ワイヤーフレーム図である。図６と図７との間の違いは視点だけである。

図８は、例示的な実施形態によるタイプαのマイクロ流体デバイス１００の注入口遷移２８５、流路２９０、および排出口遷移２９５のＸＺ平面において、約５００μＬ／秒の体積流量で流れる流体の速度を強調した平面ワイヤーフレーム図である。すなわち、図８に例示したトライアルの体積流量は、図６および図７に例示したトライアルで使用した体積流量よりも約５倍大きい。図４Ｂおよび図５～図７の例示的な実施形態と同様に、図８において、デバイス１００のセンサー領域２９３において、流路２９０の底面から約０．１２５ｍｍ上のＺ方向における高さで、流路２９０のＺ方向に流れるすべての流体の速度は、流路２９０のサイドエッジに沿った領域を含めて、実質的に均一、すなわち、約４７．００ｍｍ／秒と約５２．００ｍｍ／秒との間である。

図９は、例示的な実施形態によるタイプαのマイクロ流体デバイス１００の注入口遷移２８５、流路２９０、および排出口遷移２９５のＸＺ平面にいて、約１，０００μＬ／秒（または約１ｍＬ／秒）の体積流量で流れる流体の速度を強調する平面ワイヤーフレーム図である。すなわち、図９に例示したトライアルの体積流量は、図８に例示したトライアルで使用した体積流量よりも約２倍大きい。図９において、デバイス１００のセンサー領域２９３において、流路２９０の底面から約０．１２５ｍｍ上のＺ方向における高さで、流路２９０のＺ方向に流れる流体の速度は、実質的に均一であるとは言えない（図４Ａに例示したトライアルよりもさらに均一でない）。図９の左側において、注入口本体１０５の下方では、デバイス１００のセンサー領域２９３において流路２９０のＺ方向に流れる流体の速度は、比較的大きく変化する。すなわち、デバイス１００のＺ方向に流れる流体の速度は、注入口本体１０５の下方において約０．００００ｍｍ／秒と約１１０．０ｍｍ／秒との間、流路２９０において約８６．００ｍｍ／秒と約１１０．０ｍｍ／秒との間、および排出口本体１９５の下方において約１１０．０ｍｍ／秒と約２４．００ｍｍ／秒との間である。最高速度は、注入口２００のポート２０５の右側の点から排出口２００’のポート２０５の左側の点まで延びる不規則でおおむね楕円形の領域（図９に見られるように）で観測され、最低速度は、注入口２００のポート２０５の両側の２つのゾーンにおいて図９の左側で観測される。流路２９０内では、図９に示すように、最高速度は、流路２９０の中心で観測される。図９の例示的な実施形態では、流路２９０の四隅において、注入口本体１０５と排出口本体１９５との間に位置するデバイス１００のセンサー領域２９３の領域２９１のサイドエッジに沿って、Ｚ方向における速度は約８６．００ｍｍ／秒から約９８．００ｍｍ／秒であり、不規則でおおむね楕円の領域で示されるよりも小さい。

図１０は、例示的な実施形態によるタイプαのマイクロ流体デバイス１００の注入口遷移２８５、流路２９０、および排出口遷移２９５のＸＺ平面における、約５，０００μＬ／秒（または約５ｍＬ／秒）の体積流量で流れる流体の速度を強調する平面ワイヤーフレーム図である。すなわち、図１０に例示したトライアルの体積流量は、図９に例示したトライアルで使用した体積流量よりも約５倍大きい。図４Ｂおよび図５～図８の例示的な実施形態とは異なり、図１０では、デバイス１００のセンサー領域２９３において、流路２９０の底面から約０．１２５ｍｍ上のＺ方向における高さで、流路２９０のＺ方向に流れる流体の速度は、実質的に均一であるとは言えない（図４Ａに例示したトライアルよりもさらに均一でない）。図１０の左側において、注入口本体１０５の下方では、デバイス１００のセンサー領域２９３において流路２９０のＺ方向に流れる流体の速度は、比較的大きく変化する。すなわち、デバイス１００のＺ方向に流れる流体の速度は、注入口本体１０５の下方において約０．００００ｍｍ／秒と約７３３．０ｍｍ／秒との間、流路２９０において約３２６．０ｍｍ／秒と約６５２．０ｍｍ／秒との間、および排出口本体１９５の下方において約１６３．０ｍｍ／秒と約６５２．０ｍｍ／秒との間である。最高速度は、注入口２００のポート２０５付近で観測され、最低速度は、注入口２００のポート２０５の両側の２つゾーンにおいて図１０の左側で観測される。流路２９０内では、図１０に示すように、最高速度は、注入口２００のポート２０５の両側で観測され、局所的に比較的遅いスポットが、注入口２００のポート２０５のすぐ右側（Ｚ方向）に流路２９０内で発生する。

図２２Ａは、例示的な実施形態によるデバイス１００の注入口２００のポート２０５に対して流路２９０へＺ方向に約３．０ｍｍの流路２９０を通るＸＹ平面における断面である。なお、ポート２０５と注入口２００との構造は参考のために示したものであり、断面におけるＸＹ平面の一部を構成するものではない。図２２Ａの下部には、ＸＺ平面において約１００μＬ／秒の体積流量で流れ、流路２９０のＺ方向に流れる流体の速度が示されている。図２２Ｂは、図２２Ａの下部の中央部分を拡大したものを含む。図２２Ｂは、Ｚ方向における平面速度のすべての測定値が測定される面の中央部、すなわち流路２９０の下部から約０．１２５ｍｍの位置に最大速度が存在する放物線状の速度プロファイルを示すものである。図２２Ａおよび図２２Ｂは、図２３に示すように、流路２９０へのＺ方向に約３．０ｍｍでのＺ方向における速度は、流路２９０へのＺ方向における約１．０ｍｍの場合と比較して、より均一であることを示す。図２２Ａおよび図２２Ｂにおいて、流路２９０へのＺ方向に約３．０ｍｍでのＺ方向における速度は、流路２９０の上エッジおよび下エッジに隣接する約６ｍｍ／秒から約７ｍｍ／秒の最小速度から、流路のＹ方向における中間点、すなわち流路の下部から約０．１２５ｍｍにおける約１１ｍｍ／秒から約１３ｍｍ／秒の最大速度に変化する。

図２３は、例示的な実施形態によるデバイス１００の注入口２００のポート２０５に対して流路２９０へのＺ方向に約１．０ｍｍの流路２９０の遠端、左側を通るＸＹ平面における拡大された断面図であり、すなわち、図２２Ａおよび図２２Ｂの断面よりも注入口２００に近い断面を示す。デバイス１００の流路２９０の片側（マイナスＸ方向側）のみが表示されている。ＸＺ平面において約１００μＬ／秒の体積流量で流れ、流路２９０のＺ方向に流れる流体の速度が、図２３の下部に図示されている。図２３は、図２２Ａおよび図２２Ｂに示すように、Ｚ方向における速度が、流路２９０へＺ方向に３．０ｍｍの場合と比較して、流路２９０へ１．０ｍｍでは均一でないことを実証している。また、図２３は、流路２９０における最大速度が、必ずしも流路２９０のエッジまでずっと延びているとは限らないことを実証していることに留意されたい。ＸＹ平面において図２３を生成するために使用される分析システムの分解能は、本明細書で提示されるすべてのＸＺ平面の速度プロファイルにおいて流路のエッジに近い比較的遅い速度に関連するデータおよび表示をもたらすものではない。図２３が、比較的高い速度（１３ｍｍ／秒のオーダー）が流路２９０のエッジまでずっと、またはほとんどずっと延びていることを示唆する可能性がある限りにおいて、これは、図２３を生成するために使用した分析システムの分解能のアーティファクト（ａｒｔｉｆａｃｔ）である可能性がある。流路２９０のエッジに比較的近いところで、流路２９０の高さの約半分のオーダー、すなわち流路のエッジからＸ方向においてで約０．０００ｍｍから約０．１２５ｍｍ以内で比較的遅い速度が生じることは、本構造で一般に知られている。図２３の左側の約１１．００ｍｍ／秒の速度の約１３．００ｍｍ／秒への延長が示唆するように、実際には、最大速度は流路２９０のエッジに物理的に到達しないであろう。つまり、流路２９０の左右のサイドエッジは、流路２９０の上端および下端と同様の段階的速度プロファイルを有すると合理的に予想される。

さらに、図２３は、Ｙ方向における流路２９０の略中間で、流路２９０における最も均一な速度が発生し続けていることを示している。例えば、流路２９０がＹ方向において約０．２５０ｍｍの長さを有する場合、Ｙ方向内における流路２９０の下部から約０．１２５ｍｍで最も均一な速度が発生する。図２３Ｂの右側では、Ｚ方向における主な速度は、約６．０００ｍｍ／秒と約１３．００ｍｍ／秒との間である。一方、図２３Ｂの最も左側、流路２９０のサイドエッジに対応する部分では、Ｚ方向における速度が、約６．０００ｍｍ／秒と約１１．００ｍｍ／秒との間である。流路２９０の頂点付近では、Ｚ方向における速度は、約６．０００ｍｍ／秒と約７．０００ｍｍ／秒との間である。流路２９０の下部付近では、Ｚ方向における速度は、約４．０００ｍｍ／秒と約６．０００ｍｍ／秒との間である。つまり、流路２９０の中心に比べて、流路２９０のエッジ付近のＺ方向における速度の変動が大きい。

図２４～図２８および図３０は、スケールダウンした（図２４～図２８）注入口２００および排出口２００’の構造を有するタイプαのマイクロ流体デバイス、およびスケールアップした（図３０）注入口２００および排出口２００’の構造を有するタイプαのマイクロ流体デバイスの、ＸＺ平面における速度プロファイルを示す図である。図２９は、２，０００μＬ／秒（または約２ｍＬ／秒）の体積流量で流れる流体を有するフルスケール（１００％）の注入口２００および排出口２００’の構造を有するタイプαのマイクロ流体デバイスのＸＺ平面における別の速度プロファイルを示し、すなわち、フルスケール（１００％）の注入口２００および排出口２００’を解析するために、図２９は、図９の後（約１ｍＬ／秒）および図１０の前（約５ｍＬ／秒）に順に見ることができる。

本セクションで使用される「スケールダウン（ｓｃａｌｅｄ－ｄｏｗｎ）」、「スケールアップ（ｓｃａｌｅｄ－ｕｐ）」、「フルスケール（ｆｕｌｌ－ｓｃａｌｅ：１００％）」等の用語は、注入口２００および排出口２００’の構造の、タイプαのマイクロ流体デバイスにおけるポート２０５の深さ２１０が約１．０ｍｍのもの、および、湾曲テーパー領域２３０の端部のＺ方向における深さ２３５が約２．０ｍｍのものに対する相違を指すことを意図する。スケールダウン、スケールアップ、フルスケール（１００％）などの用語は、質的なものとして解釈されるべきではない。つまり、例えば、「フルスケール（１００％）」という用語は、他の設計と比較された基準設計を示すために便宜上使用される。また、本明細書で使用される「スケール」という用語およびその変形（すなわち、ハーフスケール、３／４スケール（７５％）など）は、ある実施形態では、注入口２００および排出口２００’の２つの寸法、すなわち、例えば、Ｚ方向におけるポート２０５の深さ２１０および湾曲テーパー領域２３０の端部のＺ方向における深さ２３５、の変化を示すことがある。図２４～図２８および図３０では、深さ２１０および深さ２３５を除いて、デバイス１００のその他の機能は、上述のフルスケール（１００％）バージョン、例えば、図１～図３の例示的な実施形態のものと同じであってもよい。

図２４は、例示的な実施形態によるハーフスケール（５０％）の注入口２００／排出口２００’を有するタイプαのマイクロ流体デバイス１００の注入口遷移、流路、および排出口遷移のＸＺ平面における約１００μＬ／秒の体積流量で流れる流体の速度を強調した平面ワイヤーフレーム図である。Ｚ方向におけるポート２０５の深さ２１０は約０．５ｍｍであってもよく、湾曲テーパー領域２３０の端部のＺ方向における深さ２３５は約１．０ｍｍであってもよい。タイプαのマイクロ流体デバイス１００の総容量は約９６７μＬであってもよく、流路２９０の容量は約７４２．５μＬであってもよく、注入口２００または排出口２００’の容量は約１１２．２５μＬであってもよく、注入口２００および排出口２００’の容量は約２２４．５μＬであってもよい。このように、タイプαのマイクロ流体デバイス１００の総容量に対する注入口２００および排出口２００’の容量の割合は、約２３．２１％であってもよい。

図２４の例示的な実施形態では、注入口遷移２８５および流路２９０においてＺ方向に流れる流体の速度は、注入口本体１０５の下に直接配置される注入口遷移２８５および流路２９０の領域で、約４．０００ｍｍ／秒から約１１．００ｍｍ／秒まで変化する。同様に、流路２９０および排出口遷移２９５においてＺ方向に流れる流体の速度は、排出口本体１９５の下に直接配置される流路２９０および排出口遷移２９５の領域で、約１１．００ｍｍ／秒から約４．０００ｍｍ／秒まで変化する。注入口本体１０５と排出口本体１９５との間に位置するデバイス１００のセンサー領域２９３において、流路２９０のＺ方向を流れる流体の速度は、流路２９０の下面と上面との間の略中間のＹ方向における高さで測定すると、約８．０００ｍｍ／秒から約１１．００ｍｍ／秒まで変化する。ピーク速度は約１０．００ｍｍ／秒から約１１．００ｍｍ／秒までであり、１つは注入口２００のポート２０５に比較的近い領域、および、もう１つは排出口２００’のポート２０５に比較的近い領域の２つの領域で発生する。Ｚ方向における実質的に均一な速度の観点からすると、約１００μＬ／秒の体積流量では、ハーフスケール（５０％）の注入口２００／排出口２００’は、同じまたは同様の体積流量で、他のスケールよりも理想的ではない。

図２５は、例示的な実施形態によるハーフスケール（５０％）の注入口２００／排出口２００’を有するタイプαのマイクロ流体デバイス１００の注入口遷移、流路、および排出口遷移のＸＺ平面において、約１ｍＬ／秒の体積流量で流れる流体の速度を強調した平面ワイヤーフレーム図である。すなわち、体積流量は、図２４に示すトライアルの場合よりも約１０倍大きい。図２５の注入口２００／排出口２００’の設計は、図２４の設計と同じである。

図２５の例示的な実施形態では、注入口遷移２８５および流路２９０においてＺ方向に流れる流体の速度は、注入口本体１０５の下に直接配置される注入口遷移２８５および流路２９０の領域で、約４３．００ｍｍ／秒から約１２８．０ｍｍ／秒まで変化する。同様に、流路２９０および排出口遷移２９５においてＺ方向に流れる流体の速度は、排出口本体１９５の下に直接配置される流路２９０および排出口遷移２９５の領域で、約１２８．０ｍｍ／秒から約４３．００ｍｍ／秒まで変化する。注入口本体１０５と排出口本体１９５との間に位置するデバイス１００のセンサー領域２９３において、流路２９０のＺ方向に流れる流体の速度は、流路２９０の下面と上面との間の略中間のＹ方向における高さで測定すると、約７１．００ｍｍ／秒から約１１４．０ｍｍ／秒まで変化する。ピーク速度は約１１４．０ｍｍ／秒から約１２８．０ｍｍ／秒までであり、１つは注入口２００のポート２０５に比較的近い領域、およびもう１つは排出口２００’のポート２０５に比較的近い領域の２つの領域で発生する。Ｚ方向における実質的に均一な速度の観点からすると、約１ｍＬ／秒の体積流量では、ハーフスケール（５０％）の注入口２００／排出口２００’は、同じまたは同様の体積流量で、他のスケールよりも理想的ではない。

図２６は、例示的な実施形態による３／４スケール（７５％）の注入口２００／排出口２００’を有するタイプαのマイクロ流体デバイスの注入口遷移、流路、および排出口遷移のＸＺ平面において、約１００μＬ／秒の体積流量で流れる流体の速度を強調した平面ワイヤーフレーム図である。Ｚ方向におけるポート２０５の深さ２１０は約０．７５ｍｍであってもよく、湾曲テーパー領域２３０の端部のＺ方向における深さ２３５は約１．５ｍｍであってもよい。タイプαのマイクロ流体デバイス１００の総容量は約１，０６７μＬであってもよく、流路２９０の容量は約７４２．５μＬであってもよく、注入口２００または排出口２００’の容量は約１６２．２５μＬであってもよく、注入口２００および排出口２００’の容量は約３２４．５μＬであってもよい。このように、タイプαのマイクロ流体デバイス１００の総容量に対する注入口２００および排出口２００’の容量の割合は、約３０．４１％であってよい。

図２６の例示的な実施形態では、注入口遷移２８５および流路２９０においてＺ方向に流れる流体の速度は、注入口本体１０５の下に直接配置される注入口遷移２８５および流路２９０の領域で、約４．０００ｍｍ／秒から約１０．００ｍｍ／秒まで変化する。同様に、流路２９０および排出口遷移２９５においてＺ方向内に流れる流体の速度は、排出口本体１９５の下に直接配置される流路２９０および排出口遷移２９５の領域で、約１０．００ｍｍ／秒から約４．０００ｍｍ／秒まで変化する。注入口本体１０５と排出口本体１９５との間に位置するデバイス１００のセンサー領域２９３において、流路２９０のＺ方向に流れる流体の速度は、流路２９０の下面と上面との間の略中間のＹ方向における高さで測定すると、約８．０００ｍｍ／秒から約１０．００ｍｍ／秒まで変化する。流路２９０の四隅、注入口本体１０５と排出口本体１９５との間に位置するデバイス１００のセンサー領域２９３の領域２９１において、Ｚ方向における速度は約８．０００ｍｍ／秒から約９．０００ｍｍ／秒である。ピーク速度は、約９．０００ｍｍ／秒から約１０．００ｍｍ／秒までであり、流路２９０のかなりの部分にわたって、注入口本体１０５の下および流路２９０に隣接する排出口本体１９５の下のデバイス１００の部分で生じている。Ｚ方向における実質的に均一な速度の観点からすると、約１００μＬ／秒の体積流量では、３／４スケール（７５％）の注入口２００／排出口２００’は、比較的小さいスケールのデバイスよりも理想により近いが、同じまたは同様の体積流量で、他のスケールよりも理想的ではない。

図２７は、例示的な実施形態による９／１０スケール（９０％）の注入口２００／排出口２００’を有するタイプαのマイクロ流体デバイスの注入口遷移、流路、および排出口遷移のＸＺ平面において、約１００μＬ／秒の体積流量で流れる流体の速度を強調した平面ワイヤーフレーム図である。Ｚ方向におけるポート２０５の深さ２１０は約０．９ｍｍであってもよく、湾曲テーパー領域２３０の端部のＺ方向における深さ２３５は約１．８ｍｍであってもよい。タイプαのマイクロ流体デバイス１００の総容量は約１，１２８μＬであってもよく、流路２９０の容量は約７４２．５μＬであってもよく、注入口２００または排出口２００’の容量は約１９２．７５μＬであってもよく、注入口２００および排出口２００’の容量は約３８５．５μＬであってもよい。このように、タイプαのマイクロ流体デバイス１００の総容量に対する注入口２００および排出口２００’の容量の割合は、約３４．１８％であってよい。

図２７の例示的な実施形態では、注入口遷移２８５および流路２９０においてＺ方向に流れる流体の速度は、注入口本体１０５の下に直接配置される注入口遷移２８５および流路２９０の領域で、約０．００００ｍｍ／秒から約１３．００ｍｍ／秒まで変化する。同様に、流路２９０および排出口遷移２９５においてＺ方向に流れる流体の速度は、排出口本体１９５の下に直接配置される流路２９０および排出口遷移２９５の領域で、約１３．００ｍｍ／秒から約６．０００ｍｍ／秒まで変化する。すなわち、遷移２８５および２９５で速度が大きく変化する。一方、注入口本体１０５と排出口本体１９５との間に位置するデバイス１００のセンサー領域２９３において、流路２９０のＺ方向に流れる流体の速度は、流路２９０の下面と上面との間の略中間のＹ方向における高さで測定すると、約１１．００ｍｍ／秒から約１３．００ｍｍ／秒まで変化する。ピーク速度は、約１１．００ｍｍ／秒から約１３．００ｍｍ／秒までであり、流路２９０のかなりの部分または全体にわたって発生する。Ｚ方向における実質的に均一な速度の観点からすると、約１００μＬ／秒の体積流量では、９／１０スケール（９０％）の注入口２００／排出口２００’は、比較的小さいスケールのデバイスよりも理想により近く、同じまたは同様の体積流量で、フルスケール（１００％）の注入口２００／排出口２００’を有する設計のデバイスと同程度である。

図２８は、例示的な実施形態による９／１０スケール（９０％）の注入口２００／排出口２００’を有するタイプαのマイクロ流体デバイス１００の注入口遷移、流路、および排出口遷移のＸＺ平面において約、１ｍＬ／秒の体積流量で流れる流体の速度を強調した平面ワイヤーフレーム図である。すなわち、体積流量は、図２７に示すトライアルの場合のよりも約１０倍大きい。

図２８の例示的な実施形態では、注入口遷移２８５および流路２９０においてＺ方向に流れる流体の速度は、注入口本体１０５の下に直接配置される注入口遷移２８５および流路２９０の領域で、約１６．００ｍｍ／秒から約１４６．０ｍｍ／秒まで変化する。同様に、流路２９０および排出口遷移２９５においてＺ方向に流れる流体の速度は、排出口本体１９５の下に直接配置される流路２９０および排出口遷移２９５の領域で、約１３０．０ｍｍ／秒から約４９．００ｍｍ／秒まで変化する。注入口本体１０５と排出口本体１９５との間に位置するデバイス１００のセンサー領域２９３において、流路２９０のＺ方向に流れる流体の速度は、流路２９０の下面と上面との間の略中間のＹ方向における高さで測定すると、約９８．００ｍｍ／秒から約１４６．０ｍｍ／秒まで変化する。流路２９０のかなりの部分にわたって、注入口本体１０５と排出口本体１９５との間に位置するデバイス１００のセンサー領域２９３において、流路２９０のＺ方向に流れる流体の速度は、流路２９０の下面と上面との略中間のＹ方向における高さで測定すると、約１１４．０ｍｍ／秒から約１３０．０ｍｍ／秒まで変化する。ピーク速度は約１３０．０ｍｍ／秒から約１４６．０ｍｍ／秒までであり、注入口２００のポート２０５に比較的近い１つの領域で発生する。Ｚ方向における実質的に均一な速度の観点からすると、約１ｍＬ／秒の体積流量では、９／１０スケール（９０％）の注入口２００／排出口２００’は、同じまたは同様の体積流量で他のスケールよりも理想的ではないが、比較的小さいスケールのデバイスの多くよりも実質的に理想に近い。

図２９は、例示的な実施形態によるフルスケール（１００％）の注入口２００／排出口２００’を有するタイプαのマイクロ流体デバイス１００の注入口遷移、流路、および排出口遷移のＸＺ平面において、約２ｍＬ／秒の体積流量で流れる流体の速度を強調した平面ワイヤーフレーム図である。上で詳述したように、フルスケール（１００％）の注入口２００／排出口２００’を有するタイプαのマイクロ流体デバイス１００では、ポート２０５のＺ方向における深さ２１０は約１．０ｍｍであってもよく、湾曲テーパー領域２３０の端部のＺ方向における深さ２３５は約２．０ｍｍであってもよい。

図２９において、デバイス１００のＺ方向に流れる流体の速度は、注入口本体１０５の下方において約０．００００ｍｍ／秒と約４２４．０ｍｍ／秒との間、流路２９０において約１８８．０ｍｍ／秒と約２８２．０ｍｍ／秒との間、および排出口本体１９５の下方において約４７．００ｍｍ／秒と約２８２．０ｍｍ／秒との間である。最高速度は、約３７７．０ｍｍ／秒から約４２４．０ｍｍ／秒との間であり、注入口２００のポート２０５付近で観測され、最低速度は、約０．００００ｍｍ／秒から約４７．００ｍｍ／秒との間であり、注入口２００のポート２０５の両側の２つのゾーンにおける図２９の左側で観測される。流路２９０内では、最高速度は、流路２９０のかなりの部分にわたって不規則な形状の領域で観測され、約２３５．０ｍｍ／秒と約２８２．０ｍｍ／秒との間の速度を有する。

図２９を、図９の後（約１ｍＬ／秒）および図１０の前（約１０ｍＬ／秒）に順に見た場合、すなわち、図４から図１０までの連続で見た場合を含めると、フルスケール（１００％）の注入口２００／排出口２００’を有するタイプαのマイクロ流体デバイス１００は、流路２９０の下面と上面との間の略中間のＹ方向における高さで測定すると、１μＬ／秒（図４Ｂ）、１０μＬ／秒（図５）、１００μＬ／秒（図６および図７）、および５００μＬ／秒（図８）を含む複数の体積流量で、注入口本体１０５と排出口本体１９５との間に位置するデバイス１００のセンサー領域２９３において、流路２９０のＺ方向に流れる流体の実質的に均一な速度を示す。０．１μＬ／秒（図４Ａ）の体積流量と１μＬ／秒（図４Ｂ）の体積流量との間で、注入口本体１０５と排出口本体１９５との位置するデバイス１００のセンサー領域２９３において、流路２９０のＺ方向に流れる流体の速度は、流路２９０の下面と上面との間の略中間のＹ方向における高さで測定すると、部分的に均一から実質的に均一まで遷移する。逆に、５００μＬ／秒（図８）の体積流量と１ｍＬ／秒（図９）の体積流量との間では、注入口本体１０５と排出口本体１９５の間に位置するデバイス１００のセンサー領域２９３において、流路２９０のＺ方向に流れる流体の速度は、流路２９０の下面と上面との間の略中間のＹ方向における高さで計測すると、実質的に均一から部分的に均一に遷移する。１ｍＬ／秒（図９）の体積流量と２ｍＬ／秒（図２９）の体積流量と５ｍＬ／秒（図１０）の体積流量との間で、注入口本体１０５と排出口本体１９５との間に位置するデバイス１００のセンサー領域２９３において、流路２９０のＺ方向に流れる流体の速度は、流路２９０の下面と上面との間の略中間のＹ方向における高さで計測すると、部分的に均一から実質的に不均一に遷移する。すなわち、フルスケール（１００％）の注入口２００／排出口２００’を有するタイプαのマイクロ流体デバイス１００は、流路２９０の下面と上面との間の略中間のＹ方向における高さで測定すると、約０．５μＬ／秒と約７５０μＬ／秒との間、より具体的には、約１μＬ／秒と約５００μＬ／秒との間の体積流量で、注入口本体１０５と排出口本体１９５との間に位置するデバイス１００のセンサー領域２９３において、流路２９０のＺ方向に流れる流体の実質的に均一な速度を示す。

注入口本体１０５と排出口本体１９５との間に位置するデバイス１００のセンサー領域２９３において、流路２９０のＺ方向における、約４７．００ｍｍ／秒と約５２．００ｍｍ／秒との間の最大の実質的に均一な速度の範囲は、流体の体積流量が約５００μＬ／秒（図８）の場合に、フルスケール（１００％）の注入口２００／排出口２００’を有するタイプαのマイクロ流体デバイス１００で達成された。また、注入口本体１０５と排出口本体１９５との間に位置するデバイス１００のセンサー領域２９３において、流路２９０のＺ方向における、約０．０８７８８ｍｍ／秒と約０．０９８８６ｍｍ／秒との間の最小の実質的に均一な速度の範囲は、流体の体積流量が約１μＬ／秒（図４Ｂ）の場合に、フルスケール（１００％）の注入口２００／排出口２００’を有するタイプαのマイクロ流体デバイス１００で達成された。

図３０は、例示的な実施形態による３／２スケール（１５０％）の注入口２００／排出口２００’を有するタイプαのマイクロ流体デバイスの注入口遷移、流路、および排出口遷移のＸＺ平面において、約１００μＬ／秒の体積流量で流れる流体の速度を強調した平面ワイヤーフレーム図である。３／２スケール（１５０％）注入口２００／排出口２００’を有するタイプαのマイクロ流体デバイス１００では、ポート２０５のＺ方向における深さ２１０は約１．５ｍｍであってもよく、湾曲部テーパー領域２３０の端部のＺ方向における深さ２３５は約３．０ｍｍであってもよい。３／２スケール（１５０％）の注入口２００／排出口２００’を有するタイプαのマイクロ流体デバイス１００の総容量は約１，３７０μＬであってもよく、流路２９０の容量は約７４２．５μＬであってもよく、注入口２００または排出口２００’の容量は約３１３．７５μＬであってもよく、注入口２００および排出口２００’の容量は約６２７．５μＬであってもよい。このように、タイプαのマイクロ流体デバイス１００の総容量に対する注入口２００および排出口２００’の容量の割合は、約４５．８０％であってよい。図３０は、約１００μＬ／秒の体積流量で流れる流体の、３／２スケール（１５０％）の注入口２００および排出口２００’の構造を有するタイプαのマイクロ流体デバイスに対するＸＺ平面における速度プロファイルを示す図である。

図３０を図２６から図２７、図６、図３０へと順に見ると、９／１０スケール（９０％）の注入口２００／排出口２００’（図２７）、フルスケール（１００％）の注入口２００／排出口２００’（図６）、および３／２スケール（１５０％）の注入口２００／排出口２００’（図３０）を有するタイプαのマイクロ流体デバイス１００のそれぞれは、注入口本体１０５と排出口本体１９５の間に位置するデバイス１００のセンサー領域２９３において、流路２９０の下面と上面との間の略中間のＹ方向における高さで測定すると、約１００μＬ／秒の体積流量で、流路２９０のＺ方向に流れる流体の実質的に均一な速度を示す。３／４スケール（７５％）の注入口２００／排出口２００’（図２６）と９／１０スケール（９０％）の注入口２００／排出口２００’（図２７）との間で、注入口本体１０５と排出口本体１９５との間に位置するデバイス１００のセンサー領域２９３において、流路２９０のＺ方向に流れる流体の速度は、流路２９０の下面と上面との間の略中間のＹ方向における高さで測定すると、部分的に不均一から実質的にまたは完全に均一に遷移する。９／１０スケール（９０％）の注入口２００／排出口２００’（図２７）を有するタイプαのマイクロ流体デバイス１００は、約１００μＬ／秒の体積流量で、注入口本体１０５と排出口本体１９５との間に位置するデバイス１００のセンサー領域２９３において、流路２９０の下面と上面との間の略中間のＹ方向における高さで測定すると、約１１．００ｍｍ／秒から約１３．００ｍｍ／秒の範囲で、流路２９０のＺ方向に流れる流体の実質的に均一な速度を示す。フルスケール（１００％）の注入口２００／排出口２００’（図６）を有するタイプαのマイクロ流体デバイス１００は、約１００μＬ／秒の体積流量で、注入口本体１０５と排出口本体１９５との間に位置するデバイス１００のセンサー領域２９３において、流路２９０の下面と上面との間の略中間のＹ方向における高さで測定すると、約９．０００ｍｍ／秒から約１０．００ｍｍ／秒の範囲で、流路２９０のＺ方向に流れる流体の実質的に均一な速度を示す。３／２スケール（１５０％）の注入口２００／排出口２００’（図３０）を有するタイプαのマイクロ流体デバイス１００は、約１００μＬ／秒の体積流量で、注入口本体１０５と排出口本体１９５との間に位置するデバイス１００のセンサー領域２９３において、流路２９０の下面と上面との間の略中間のＹ方向における高さで測定すると、約８．０００ｍｍ／秒から約１０．００ｍｍ／秒の範囲で、流路２９０のＺ方向に流れる流体の実質的に均一な速度を示す。

図３１～図３８に関連するトライアルでは、流体の粘度は、図４Ａ、図４Ｂ、図５～図１０、図１４、図１５、図１６Ａ、図１６Ｂ、図１７、図２２Ａ、図２２Ｂ、図２３～図３０、図３９、および図４０に関連するトライアルの場合よりも実質的に大きい。図３１～図３３は、例示的な実施形態によるタイプαのマイクロ流体デバイス１００の注入口遷移２８５、流路２９０、および排出口遷移２９５のＸＺ平面において、それぞれ約１μＬ／秒、約１０μＬ／秒、および約１００μＬ／秒の体積流量で流れる水よりも１００倍大きい粘度を有する流体の速度を強調した平面ワイヤーフレーム図である。図３４～図３８は、例示的な実施形態によるタイプαのマイクロ流体デバイス１００の注入口遷移２８５、流路２９０、および排出口遷移２９５のＸＺ平面において、それぞれ約０．１μＬ／秒、約１００μＬ／秒、約２ｍＬ／秒、約５ｍＬ／秒、および約１０ｍＬ／秒の体積流量で流れる水よりも１０００倍大きい粘度を有する流体の速度を強調した平面ワイヤーフレーム図である。図３１～図３６は、水の約１０００倍までの大きさの実質的に相対的に高い粘度で、かつ、約２ｍＬ／秒までの体積流量の流体に対して、タイプαのマイクロ流体デバイス１００が流路２９０において実質的に均一な流れを生成する能力を示す。比較の目的のために、図３１に関連するトライアルは、図４Ｂのトライアル（約１μＬ／秒）と比較され得る。図３２に関連するトライアルは、図５のトライアル（約１０μＬ／秒）と比較され得る。図３３および図３５に関連するそれぞれのトライアルは、図６、図７、図２２Ａ、図２２Ｂ、図２３、図２４、図２６、図２７、図３０、図３９、および図４０のそれぞれのトライアル（約１００μＬ／秒）と比較され得る。図３４のトライアルは、図４Ａのトライアル（約０．１μＬ／秒）と比較され得る。図３６のトライアルは、図２９のトライアル（約２，０００μＬ／秒）と比較され得る。そして、図３７のトライアルは、図１０のトライアル（約５，０００μＬ／秒）と比較され得る。

具体的には、図３１の例示的な実施形態では、約１μＬ／秒の体積流量で流れ、かつ注入口遷移２８５および流路２９０においてＺ方向に流れる水よりも１００倍大きい粘度を有する流体の速度は、注入口本体１０５の下に直接配置される注入口遷移２８５および流路２９０の領域で、約０．００００ｍｍ／秒から約０．１２２６ｍｍ／秒まで変化するが、速度の変化するこの領域は、注入口本体１０５の下の領域に実質的に含まれる。同様に、流路２９０および排出口遷移２９５においてＺ方向に流れる流体の速度は、排出口本体１９５の下に直接配置される流路２９０および排出口遷移２９５の領域で、約０．１２２６ｍｍ／秒から約０．００００ｍｍ／秒まで変化するが、速度の変化するこの領域は排出口本体１９５の下の領域に実質的に含まれる。逆に、注入口本体１０５と排出口本体１９５との間に位置するデバイス１００のセンサー領域２９３において、流路２９０のＺ方向に流れる実質的にすべての流体の速度は、流路２９０の下面と上面との間の略中間のＹ方向における高さで測定すると、比較的狭い範囲内、すなわち、約０．１０８９ｍｍ／秒から約０．１２２６ｍｍ／秒である。しかし、図３１の例示的な実施形態では、流路２９０の二隅、注入口本体１０５と排出口本体１９５との間に位置するデバイス１００のセンサー領域２９３の領域２９１において、Ｚ方向における速度は約０．０９５３３ｍｍ／秒から約０．１０８９ｍｍ／秒である。すなわち、デバイス１００のセンサー領域２９３において、流路２９０のＺ方向に流れる実質的にすべての流体の速度は、実質的に均一である。流体の実質的に均一な流れは、注入口２００の上記の例示的な構成および排出口２００’の上記の構成の有利な効果である。

図３２の例示的な実施形態では、約１０μＬ／秒の体積流量で流れ、かつ注入口遷移２８５および流路２９０においてＺ方向に流れる水よりも１００倍大きい粘度を有する流体の速度は、注入口本体１０５の下に直接配置される注入口遷移２８５および流路２９０の領域で、約０．００００ｍｍ／秒から約１．０００ｍｍ／秒まで変化するが、速度の変化するこの領域は、注入口本体１０５の下の領域に実質的に含まれる。同様に、流路２９０および排出口遷移２９５において、Ｚ方向に流れる流体の速度は、排出口本体１９５の下に直接配置される流路２９０および排出口遷移２９５の領域で、約１．０００ｍｍ／秒から約０．００００ｍｍ／秒まで変化するが、速度の変化するこの領域は、排出口本体１９５の下の領域に実質的に含まれる。逆に、注入口本体１０５と排出口本体１９５との間に位置するデバイス１００のセンサー領域２９３において、流路２９０のＺ方向に流れる実質的にすべての流体の速度は、流路２９０の下面と上面との間の略中間のＹ方向における高さで測定すると、比較的狭い範囲内、すなわち約０．９８１２ｍｍ／秒および約１．０００ｍｍ／秒である。しかし、図３２の例示的な実施形態では、流路２９０の二隅、注入口本体１０５と排出口本体１９５との間に位置するデバイス１００のセンサー領域２９３の領域２９１において、Ｚ方向における速度は約０．８５８６ｍｍ／秒から約０．９８１２ｍｍ／秒である。すなわち、デバイス１００のセンサー領域２９３において、流路２９０のＺ方向に流れる実質的にすべての流体の速度は、実質的に均一である。流体の実質的に均一な流れは、注入口２００の上記の例示的な構成および排出口２００’の上記の構成の有利な効果である。

図３３の例示的な実施形態では、約１００μＬ／秒の体積流量で流れ、かつ注入口遷移２８５および流路２９０においてＺ方向に流れる水よりも１００倍大きい粘度を有する流体が速度は、注入口本体１０５の下に直接配置される注入口遷移２８５および流路２９０の領域で、約０．００００ｍｍ／秒から約１２．００ｍｍ／秒まで変化するが、速度の変化するこの領域は、注入口本体１０５の下の領域に実質的に含まれる。同様に、流路２９０および排出口遷移２９５においてＺ方向に流れる流体の速度は、排出口本体１９５の下に直接配置される流路２９０および排出口遷移２９５の領域で、約１２．００ｍｍ／秒から約０．００００ｍｍ／秒まで変化するが、速度の変化するこの領域は、排出口本体１９５の下の領域に実質的に含まれる。逆に、注入口本体１０５と排出口本体１９５との間に位置するデバイス１００のセンサー領域２９３において、流路２９０のＺ方向に流れる実質的にすべての流体の流速は、流路２９０の下面と上面との間の略中間のＹ方向における高さで測定すると、比較的狭い範囲内、すなわち約１１．００ｍｍ／秒から約１２．００ｍｍ／秒である。しかし、図３３の例示的な実施形態では、流路２９０の二隅、注入口本体１０５と排出口本体１９５との間に位置するデバイス１００のセンサー領域２９３の領域２９１において、Ｚ方向における速度は約１０．００ｍｍ／秒から約１１．００ｍｍ／秒である。すなわち、デバイス１００のセンサー領域２９３において、流路２９０のＺ方向に流れる実質的にすべての流体の速度は、実質的に均一である。流体の実質的に均一な流れは、注入口２００の上記の例示的な構成および排出口２００’の上記の構成の有利な効果である。

図３４の例示的な実施形態では、約０．１μＬ／秒の体積流量で流れ、かつ注入口遷移２８５および流路２９０においてＺ方向に流れる水よりも１０００倍大きい粘度を有する流体の速度は、注入口本体１０５の下に直接配置される注入口遷移２８５および流路２９０の領域で、約０．００００ｍｍ／秒から約０．０１２２４ｍｍ／秒まで変化するが、速度の変化するこの領域は、注入口本体１０５の下の領域に実質的に含まれる。同様に、流路２９０および排出口遷移２９５においてＺ方向に流れる流体の速度は、排出口本体１９５の下に直接配置される流路２９０および排出口遷移２９５の領域で、約０．０１２２４ｍｍ／秒から約０．００００ｍｍ／秒まで変化するが、速度の変化するこの領域は、排出口本体１９５の下の領域に実質的に含まれる。逆に、注入口本体１０５と排出口本体１９５との間に位置するデバイス１００のセンサー領域２９３において、流路２９０のＺ方向に流れる実質的にすべての流体の速度は、流路２９０の下面と上面との間の略中間のＹ方向における高さで測定すると、比較的狭い範囲内、すなわち、約０．０１０８８ｍｍ／秒から約０．０１２２４ｍｍ／秒である。しかし、図３４の例示的な実施形態では、流路２９０の二隅、注入口本体１０５と排出口本体１９５との間に位置するデバイス１００のセンサー領域２９３の領域２９１において、Ｚ方向における速度は約０．００９５２０ｍｍ／秒から約０．０１０８８ｍｍ／秒である。すなわち、デバイス１００のセンサー領域２９３において、流路２９０のＺ方向に流れる実質的にすべての流体の速度は、実質的に均一である。流体の実質的に均一な流れは、注入口２００の上記の例示的な構成および排出口２００’の上記の構成の有利な効果である。

図３５の例示的な実施形態では、約１００μＬ／秒の体積流量で流れ、かつ注入口遷移２８５および流路２９０においてＺ方向に流れる水よりも１０００倍大きい粘度を有する流体の速度は、注入口本体１０５の下に直接配置される注入口遷移２８５および流路２９０の領域で、約０．００００ｍｍ／秒から約１２．００ｍｍ／秒まで変化するが、速度の変化するこの領域は、注入口本体１０５の下の領域に実質的に含まれる。同様に、流路２９０および排出口遷移２９５においてＺ方向内に流れる流体の速度は、排出口本体１９５の下に直接配置される流路２９０および排出口遷移２９５の領域で、約１２．００ｍｍ／秒から約０．００００ｍｍ／秒まで変化するが、速度の変化するこの領域は、排出口本体１９５の下の領域に実質的に含まれる。逆に、注入口本体１０５と排出口本体１９５との間に位置するデバイス１００のセンサー領域２９３において、流路２９０のＺ方向に流れる実質的にすべての流体の速度は、流路２９０の下面と上面とのの間の略中間のＹ方向における高さで測定すると、比較的狭い範囲内、すなわち、約１１．００ｍｍ／秒から約１２．００ｍｍ／秒である。しかし、図３５の例示的な実施形態では、流路２９０の二隅、注入口本体１０５と排出口本体１９５との間に位置するデバイス１００のセンサー領域２９３の領域２９１において、Ｚ方向における速度は約１０．００ｍｍ／秒から約１１．００ｍｍ／秒である。すなわち、デバイス１００のセンサー領域２９３において、流路２９０のＺ方向に流れる実質的にすべての流体の速度は、実質的に均一である。流体の実質的に均一な流れは、注入口２００の上記の例示的な構成および排出口２００’の上記の構成の有利な効果である。

図３６の例示的な実施形態では、約２０００μＬ／秒（約２ｍＬ／秒）の体積流量で流れ、かつ注入口遷移２８５および流路２９０においてＺ方向に流れる水よりも１０００倍大きい粘度を有する流体の速度は、注入口本体１０５の下に直接配置される注入口遷移２８５および流路２９０の領域で、約０．００００ｍｍ／秒から約２４８．０ｍｍ／秒まで変化するが、速度の変化するこの領域は、注入口本体１０５の下の領域に実質的に含まれる。同様に、流路２９０および排出口遷移２９５においてＺ方向に流れる流体の速度は、排出口本体１９５の下に直接配置される流路２９０および排出口遷移２９５の領域で、約２４８．０ｍｍ／秒から約０．００００ｍｍ／秒まで変化するが、速度の変化するこの領域は、排出口本体１９５の下の領域に実質的に含まれる。逆に、注入口本体１０５と排出口本体１９５との間に位置するデバイス１００のセンサー領域２９３において、流路２９０のＺ方向に流れる実質的にすべてのまたはすべての流体の速度は、流路２９０の下面と上面との間の略中間のＹ方向における高さで測定すると、比較的狭い範囲内、すなわち、約２２１．０ｍｍ／秒から約２４８．０ｍｍ／秒である。すなわち、デバイス１００のセンサー領域２９３において、流路２９０のＺ方向に流れる実質的にすべてまたはすべての流体の速度は、実質的に均一である。流体の実質的に均一な流れは、注入口２００の上記の例示的な構成および排出口２００’の上記の構成の有利な効果である。

図３７の例示的な実施形態では、約５０００μＬ／秒（約５ｍＬ／秒）の体積流量で流れ、かつ注入口遷移２８５および流路２９０においてＺ方向に流れる水よりも１０００倍大きい粘度を有する流体の速度は、注入口本体１０５の下に直接配置される注入口遷移２８５および流路２９０の領域で、約０．００００ｍｍ／秒から約６５６．０ｍｍ／秒まで変化する。同様に、流路２９０および排出口遷移２９５においてＺ方向に流れる流体の速度は、排出口本体１９５の下に直接配置される流路２９０および排出口遷移２９５の領域で、約６５６．０ｍｍ／秒から約０．００００ｍｍ／秒まで変化する。注入口本体１０５と排出口本体１９５との間に位置するデバイス１００のセンサー領域２９３において、流路２９０のＺ方向に流れる流体の速度は、流路２９０の下面と上面との間の略中間のＹ方向における高さで測定すると、約５１０．０ｍｍ／秒から約６５６．０ｍｍ／秒まで変化する。流路２９０の四隅および流路２９０のサイドエッジに沿って、注入口本体１０５と排出口本体１９５との間に位置するデバイス１００のセンサー領域２９３の領域２９１において、Ｚ方向における速度は約５１０．０ｍｍ／秒から約５８３．０ｍｍ／秒である。ピーク速度は約５８３．０ｍｍ／秒から約６５６．０ｍｍ／秒であり、流路２９０のかなりの部分にわたって、および、流路２９０に隣接する注入口本体１０５の下および排出口本体１９５の下のデバイス１００の一部で発生する。注入口２００および排出口２００’のそれぞれの下のデバイス１００の四隅のそれぞれで、約０．０００ｍｍ／秒の最小速度が発生する。

図３８において、約１０，０００μＬ／秒（約１０ｍＬ／秒）の体積流量で流れ、かつ流路２９０の底面から約０．１２５ｍｍの上のＺ方向に置ける高さで、デバイス１００のセンサー領域２９３において流路２９０のＺ方向に流れる水よりも１０００倍大きい粘度を有する流体の速度は、実質的に均一であるとは言えない（図３７で示すトライアルよりもさらに均一でない）。図３８の左側において、注入口本体１０５の下方では、デバイス１００のセンサー領域２９３において、流路２９０のＺ方向に流れる流体の速度は、比較的大きく変化する。すなわち、デバイス１００のＺ方向に流れる流体の速度は、注入口本体１０５の下方において約０．００００ｍｍ／秒と約２，１６５ｍｍ／秒との間、流路２９０において約４８１．０ｍｍ／秒と約１，６８４ｍｍ／秒との間、排出口本体１９５の下方において約２４１．０ｍｍ／秒と約１，６８４ｍｍ／秒との間である。最高速度は、注入口２００のポート２０５付近で観測され、最低速度は、注入口２００のポート２０５の両側の２つゾーンにおいて図１０の左側で観測される。流路２９０内では、最高速度は、注入口２００のポート２０５の両側で観測され、局所的に比較的遅いスポットが、図３８に見られるように、注入口２００のポート２０５のすぐ右側（Ｚ方向）に流路２９０内で発生する。

図３９は、他の実施形態と同様に注入口２００を有する代替的なタイプαのマイクロ流体デバイス１００Ａの注入口遷移２８５、流路２９０、および排出口遷移２９５のＸＺ平面における、約１００μＬ／秒の体積流量で流れる流体の速度を強調する平面ワイヤーフレーム図であるが、排出口２００’の代わりに、代替的なタイプαのマイクロ流体デバイス１００Ａは、例示的な実施形態による比較的大きな容積の制限されていない排出口２００Ａを有する。具体的には、排出口２００Ａは、排出口遷移に隣接する開放された下部と、デバイス１００Ａの上方からアクセス可能な開放された上部と、排出口本体１９５によって画定され、その内部にある４つの側壁と、を有する実質的に直線形状を有していてもよい。排出口２００Ａにおける開口部は、Ｘ方向における幅が流路２９０と実質的に等しく、Ｚ方向における寸法が約２．０ｍｍであってもよい。

図３９の例示的な実施形態では、約１００μＬ／秒の体積流量で流れ、かつ注入口遷移２８５および流路２９０のＺ方向に流れる流体の速度は、注入口本体１０５の下に直接配置される注入口遷移２８５および流路２９０の領域で、約０．００００ｍｍ／秒から約１３．００ｍｍ／秒まで変化するが、速度の変化するこの領域は、注入口本体１０５の下の領域に実質的に含まれる。同様に、流路２９０および排出口遷移２９５においてＺ方向に流れる流体の速度は、排出口本体１９５の下に直接配置される流路２９０および排出口遷移２９５の領域で、約１３．００ｍｍ／秒から約０．００００ｍｍ／秒まで変化するが、速度の変化するこの領域は、排出口本体１９５の下の領域に実質的に含まれる。逆に、注入口本体１０５と排出口本体１９５との間に位置するデバイス１００Ａのセンサー領域２９３において、流路２９０のＺ方向に流れる実質的にすべてまたはすべての流体の速度は、流路２９０の下面と上面との間の略中間のＹ方向における高さで測定すると、比較的狭い範囲内、すなわち、約１１．００ｍｍ／秒から約１３．００ｍｍ／秒である。すなわち、デバイス１００Ａのセンサー領域２９３において、流路２９０のＺ方向に流れる実質的にすべてまたはすべての流体の速度は、実質的に均一である。流体の実質的に均一な流れは注入口２００の上記の例示的な構成の有利な効果であり、排出口２００Ａの構成から独立したものである。

図４０は、例示的な実施形態による代替的なタイプαのマイクロ流体デバイス１００Ａの注入口遷移２８５、流路２９０、および排出口遷移２９５のＸＺ平面における、約１００μＬ／秒の体積流量で流れる流体の速度を強調した透視ワイヤーフレーム図である。図３９と図４０の違いは視点だけである。

図３９および図４０は、以上で説明および実証したように、タイプαのマイクロ流体デバイス１００および１００Ａの注入口２００が、流路２９０のＺ方向において実質的に均一な流れを達成するために（排出口２００’または排出口２００Ａに対するいかなる特定の拘束的構造も必要とせず）十分であり得ることをまとめて実証している。

＜タイプβマイクロ流体デバイス＞
図１１～図１５、図１６Ａ、および図１６Ｂは、例示的な実施形態によるタイプβのマイクロ流体デバイス３００を示す図である。図１１～図１５、図１６Ａ、および図１６Ｂのタイプβのマイクロ流体デバイス３００は、図１～図３、図４Ａ、図４Ｂ、および図５～図１０のタイプαのマイクロ流体デバイス１００と実質的に類似しているが、ただし、図１～図３、図４Ａ、図４Ｂ、および図５～図１０では、注入口２００および排出口２００’の片側のみが平坦（ＸＹ平面と略同一平面上）である、すなわち、流路２９０に面する側が平坦（ＸＹ平面と略同一平面上）であり、流路２９０から離れる方向に面する側がテーパー状である。一方、図１１～図１５、図１６Ａおよび図１６Ｂでは、注入口４００および排出口４００’の両側は、テーパー状、すなわち、流路４９０に面する側と流路４９０から離れる方向に面する側の両方がテーパー状である。そうでなければ、図１１～図１５、図１６Ａおよび図１６Ｂのタイプβのマイクロ流体デバイス３００の１つまたは複数の特徴は、図１～図３、図４Ａ、図４Ｂおよび図５～図１０のタイプαのマイクロ流体デバイス１００の対応する特徴に実質的に類似していてもよい。

図１４は、例示的な実施形態によるタイプβのマイクロ流体デバイス３００の注入口遷移４８５、流路４９０、および排出口遷移４９５のＸＺ平面において、約１００μＬ／秒の体積流量で流れる流体の速度を強調した透視ワイヤーフレーム図である。図１５は、例示的な実施形態によるタイプβのマイクロ流体デバイス３００の注入口遷移４８５、流路４９０、および排出口遷移４９５のＸＺ平面において、約１００μＬ／秒の体積流量で流れる流体の速度を強調した平面ワイヤーフレーム図である。

注入口遷移４８５および流路４９０においてＺ方向に流れる流体の速度は、注入口本体３０５の下に直接配置される注入口遷移４８５および流路４９０の領域で、約０．００００ｍｍ／秒から約１０．００ｍｍ／秒まで変化するが、速度する変化のこの領域は、注入口本体３０５の下の領域に実質的に含まれる。同様に、流路４９０および排出口遷移４９５においてＺ方向に流れる流体の速度は、排出口本体３９５の下に直接配置される流路４９０および排出口遷移４９５の領域で、約１０．００ｍｍ／秒から約０．００００ｍｍ／秒まで変化するが、速度の変化するこの領域は排出口本体３９５の下の領域に実質的に含まれる。逆に、デバイス３００のセンサー領域４９３（すなわち、流路４９０の直線領域（ｒｅｃｔｉｌｉｎｅａｒ ｒｅｇｉｏｎ））において、流路４９０のＺ方向に流れる実質的にすべてまたはすべての流体の速度は、センサー領域４９３が注入口本体３０５と排出口本体３９５との間に位置する場合、約９．０００ｍｍ／秒から約１０．００ｍｍ／秒である。すなわち、デバイス３００のセンサー領域４９３において、流路４９０のＺ方向に流れる実質的にすべてのまたはすべての流体の速度は、実質的に均一である。流体の実質的に均一な流れは、注入口４００の上記の例示的な構成および排出口４００’の上記の構成の有利な効果である。

図１６Ａは、例示的な実施形態によるタイプαのマイクロ流体デバイス３００の注入口遷移４８５、流路４９０、および排出口遷移４９５のＸＺ平面において、約１μＬ／秒の比較的低い（図１４～図１５の約１００倍低い）体積流量で流れる流体の速度を強調した平面ワイヤーフレーム図である。図１６Ａの例示的な実施形態では、注入口遷移４８５および流路４９０のＺ方向に流れる流体の速度は、注入口本体３０５の下に直接配置される注入口遷移４８５および流路４９０の領域で、約０．００００ｍｍ／秒から約０．０９６３４ｍｍ／秒まで変化するが、速度の変化するこの領域は、注入口本体３０５の以下の領域に実質的に含まれる。同様に、流路４９０および排出口遷移４９５のＺ方向に流れる流体の速度は、排出口本体３９５の下に直接配置される流路４９０および排出口遷移４９５の領域で、約０．０９６３４ｍｍ／秒から約０．００００ｍｍ／秒まで変化するが、速度の変化するこの領域は、排出口本体３９５の下の領域に実質的に含まれる。逆に、注入口本体３０５と排出口本体３９５との間に位置するデバイス３００のセンサー領域４９３において、流路４９０のＺ方向に流れる実質的にすべてまたはすべての流体の速度は、約０．０８５６３ｍｍ／秒から約０．０９６３４ｍｍ／秒である。流体の実質的に均一な流れは、注入口４００の上記の例示的な構成および排出口４００’の上記の構成の有利な効果である。

図１６Ｂは、例示的な実施形態によるタイプαのマイクロ流体デバイス３００の注入口遷移４８５、流路４９０、および排出口遷移４９５のＸＺ平面において、約１０μＬ／秒の比較的低い（図１５の約１０倍低い）体積流量で流れる流体の速度を強調した平面ワイヤーフレーム図である。図１６Ｂの例示的な実施形態では、注入口遷移４８５および流路４９０のＺ方向に流れる流体の速度は、注入口本体３０５の下に直接配置される注入口遷移４８５および流路４９０の領域で、約０．００００ｍｍ／秒から約０．９８５８ｍｍ／秒まで変化するが、速度の変化するこの領域は、注入口本体３０５の下の領域に実質的に含まれる。同様に、流路４９０および排出口遷移４９５のＺ方向に流れる流体の速度は、排出口本体３９５の下に直接配置される流路４９０および排出口遷移４９５の領域で、約０．９８５８ｍｍ／秒から約０．００００ｍｍ／秒まで変化するが、速度の変化するこの領域は、排出口本体３９５の下の領域に実質的に含まれる。逆に、注入口本体３０５と排出口本体３９５との間に位置するデバイス３００のセンサー領域４９３において、流路４９０のＺ方向に流れる実質的にすべての流体の速度は、約０．８７６３ｍｍ／秒と約０．９８５８ｍｍ／秒との間である。すなわち、デバイス３００のセンサー領域４９３において、流路４９０のＺ方向に流れる実質的にすべてまたはすべての流体の速度は、実質的に均一である。流体の実質的に均一な流れは、注入口４００の上記の例示的な構成および排出口４００’の上記の構成の有利な効果である。

ある例示的な実施形態では、ポート４０５の断面積（すなわち、Ｘ寸法×Ｚ寸法）と流路４９０の入口の断面積（すなわち、Ｘ寸法×Ｙ寸法）との第１の比は、約２．０（例えば、１．０ｍｍ×２．０ｍｍ）対約１１．２５（例えば、０．２５ｍｍ×４５．０ｍｍ）、または約１．０対約５．６２５である。ある例示的な実施形態では、ポート４０５の断面積（すなわち、Ｘ寸法×Ｚ寸法）と開口部４４０の断面積（すなわち、Ｘ寸法×Ｚ寸法）との第２の比は、約２．０（例えば、１．０ｍｍ×２．０ｍｍ）対約４５．０（（２．０ｍｍ×４５．０ｍｍ）／２）、または約１．０対約２２．５である。ある例示的な実施形態では、開口部４４０の断面積（すなわち、Ｘ寸法×Ｚ寸法）と流路４９０の入口の断面積（すなわち、Ｘ寸法×Ｙ寸法）との第３の比は、約１００．０（２．０ｍｍ×５０．０ｍｍ）対約１５．０（例えば、０．２５ｍｍ×６０．０ｍｍ）、または約６．６７対約１．００である。ある例示的な実施形態では、ポート４０５の深さ４１０と、注入口４００または排出口４００’の端部の深さ４３５との第４の比は、約１．０対約２．０である。ある例示的な実施形態では、ポート４０５の深さ４１０と、注入口４００または排出口４００’の端部における深さ４３５と、ポート４０５におけるまたはその付近の高さ４１５と、の第５の比は、約１．０対約２．０対約３．０である。ある例示的な実施形態では、流路４９０の高さと、ポート４０５の深さ４１０と、注入口４００または排出口４００’の端部における深さ４３５と、ポート４０５におけるまたはその付近の高さ４１５と、の第６の比は、約０．２５対約１．０対約２．０対約３．０、または約１．０対約４．０対約８．０対約１２．０である。ある例示的な実施形態では、ＸＺ平面における注入口４００または排出口４００’の断面形状は、ボウタイ形状、すなわち、ボウタイとして知られる首周りに着用する服飾品に似たもの、またはベンチュリー形状である。ある例示的な実施形態では、ＸＹ平面における注入口４００または排出口４００’の断面形状は、弓形の形状、すなわち、弓矢の弓に似たもの、またはブラケット形状、すなわち、開き括弧（「{」）に似たものまたは閉じ括弧（「}」）に似たものである。

＜タイプγマイクロ流体デバイス＞
図１７は、例示的な実施形態によるタイプγのマイクロ流体デバイス３００Ａの注入口遷移４８５Ａ、アッセイ流路であってもよい流路４９０Ａ、および排出口遷移４９５ＡのＸＺ平面における、約１，０００μＬ／秒の体積流量で流れる流体の速度を強調した平面ワイヤーフレーム図である。タイプγのマイクロ流体デバイス３００Ａは、タイプαのマイクロ流体デバイス３００と実質的に同様であってもよく、そのため、同様の構造には同様の番号を付し、簡潔さのために一部の同様の構造が省略されている。タイプγのマイクロ流体デバイス３００Ａとタイプαのマイクロ流体デバイス３００との相違点の１つは、注入口４００Ａおよび排出口４００’ＡのＸＺ平面においてテーパーがないこと（タイプαのマイクロ流体デバイス３００の注入口４００および排出口４００’と比較して）であってもよい。すなわち、ポートから端部までテーパー状である代わりに、注入口４００Ａおよび排出口４００’Ａのそれぞれは、Ｚ方向における深さが均一であってもよい。注入口４００Ａおよび排出口４００’Ａ（それぞれのポートを含む）のそれぞれの深さは、約１．０ｍｍであってもよい。本例示的な設計は、Ｚ方向における注入口の導管のテーパーが、流路４９０Ａにおいて均一な速度を達成するために設けられてもよいことを実証する。

例えば、図１７に示すように、注入口遷移４８５Ａおよび流路４９０ＡのＺ方向に流れる流体の速度は、注入口本体３０５Ａの下に直接配置される注入口遷移４８５Ａおよび流路４９０Ａの領域で、約０．０４６ｍｍ／秒から約０．１０３ｍｍ／秒まで変化する。同様に、流路４９０Ａおよび排出口遷移４９５ＡのＺ方向に流れる流体の速度は、排出口本体３９５Ａの下に直接配置される流路４９０Ａおよび排出口遷移４９５Ａの領域で、約０．１０３ｍｍ／秒から約０．０４６ｍｍ／秒まで変化する。デバイス３００Ａのセンサー領域４９３Ａの大部分で、Ｚ方向における速度は、約０．０８０ｍｍ／秒から約０．０９１ｍｍ／秒である。しかし、図１７の例示的な実施形態では、注入口４００Ａおよび排出口４００’Ａのポート付近に位置するデバイス３００Ａのセンサー領域のおおむね半円の領域４９１Ａ（破線で示す）において、Ｚ方向における速度は約０．０９１ｍｍ／秒から約０．１０３ｍｍ／秒である。すなわち、デバイス３００Ａのセンサー領域４９３Ａにおいて、流路４９０ＡのＺ方向に流れる大部分の流体の速度は、実質的に均一である。図１４、図１５、図１６Ａ、および図１６Ｂ（特に図１４および図１５）と図１７とを比較すると、テーパー領域４２０のテーパーに関連する流路４９０および湾曲テーパー領域４３０（図１４、図１５、図１６Ａ、図１６Ｂ、特に図１４と図１５は）において、そのようなテーパーを省いた設計（図１７）に対する実質的に均一な速度を提供することについての改善点が、実証される。また、タイプγのマイクロ流体デバイス３００Ａでは、タイプαのマイクロ流体デバイス３００で観測された差に対して、最大観測速度（約０．１０３ｍｍ／秒）と最小観測速度（約０．０４６ｍｍ／秒）との差が比較的小さい。

＜タイプδマイクロ流体デバイス＞
図１８は、例示的な実施形態によるタイプδのマイクロ流体デバイス５００の透視ワイヤーフレーム図である。タイプδのマイクロ流体デバイス５００は、タイプαのマイクロ流体デバイス１００またはタイプβのマイクロ流体デバイス３００またはタイプγのマイクロ流体デバイス３００Ａと実質的に同様であってもよく、そのため、同様の構造には同様の番号を付し、簡潔のために一部の同様の構造が省略されている。タイプδのマイクロ流体デバイス５００とタイプαのマイクロ流体デバイス１００またはタイプβのマイクロ流体デバイス３００またはタイプγのマイクロ流体デバイス３００Ａとの相違点の１つは、ポートの形状であってもよい。タイプαのマイクロ流体デバイス１００およびタイプβのマイクロ流体デバイス３００またはタイプγのマイクロ流体デバイス３００Ａに設けられたおおむね直線形状の代わりに、タイプδのマイクロ流体デバイス５００には、注入口６００および排出口６００’のポートが円筒形状を有していてもよい。タイプβのマイクロ流体デバイス３００またはタイプγのマイクロ流体デバイス３００Ａと同様に、タイプδのマイクロ流体デバイス５００は、注入口６００および排出口６００’のＸＺ平面においてテーパーがなくてもよい（タイプαのマイクロ流体デバイス１００の注入口２００および排出口２００’と比較して）。

タイプαのマイクロ流体デバイス１００、タイプβのマイクロ流体デバイス３００、タイプγのマイクロ流体デバイス３００Ａ、およびタイプδのマイクロ流体デバイス５００のいずれか１つまたは複数の特徴は、限定されることなく、任意の組み合わせで組み合わせてもよい。タイプαのマイクロ流体デバイス１００、タイプβのマイクロ流体デバイス３００、タイプγのマイクロ流体デバイス３００Ａ、およびタイプδのマイクロ流体デバイス５００のいずれか１つまたは複数の特徴は、限定されることなく、省略または重複していてもよい。

図１９は、例示的な実施形態によるプロセス（または方法）１１００を示す図である。以下のプロセス１１００は、タイプαのデバイス１００の例示的な特徴を参照して説明されているが、プロセス１１００は、代替的なタイプαのデバイス１００Ａ、タイプβのデバイス３００、タイプγのデバイス３００Ａ、またはタイプδのデバイス５００を含む上述のいずれかのデバイスに適用することができる。プロセス１１００は、開始１１０５および終了１１９５を含んでもよい。プロセス１１００は、注入口（例えば、２００）を含む注入口本体（例えば、１０５）を提供することを含んでもよい（ステップ１１１０）。プロセス１１００は、注入口本体（例えば、１０５）を支持する基部（例えば、１５０）を提供することを含んでもよい（ステップ１１１５）。プロセス１１００は、基部（例えば、１５０）に、注入口（例えば、２００）と流体通信する流路（例えば、２９０）を提供することを含んでもよい（ステップ１１２０）。プロセス１１００は、排出口（例えば、２００’）を含む排出口本体（例えば、１９５）を提供することを含んでもよい（ステップ１１２５）。プロセス１１００は、排出口本体（例えば、１９５）を支持する基部（例えば、１５０）を提供することを含んでもよい（ステップ１１３０）。プロセス１１００は、流路（例えば、２９０）と流体通信する排出口（例えば、２００’）を提供することを含んでもよい（ステップ１１３５）。プロセス１１００は、注入口（例えば、２００）の注入口ポート（例えば、２０５）において流体を受け入れることを含んでもよい（ステップ１１４０）。プロセス１１００は、流路（例えば、２９０）と流体連通する注入口（例えば、２００）の開口部（例えば、２４０）を介して流体を排出することを含んでもよい（ステップ１１４５）。プロセス１１００は、注入口（例えば、２００）で、流路（例えば、２９０）の（Ｘ方向における）幅のかなりの部分にわたって流体の実質的に均一な流れを提供することを含んでもよい（ステップ１１５０）。プロセス１１００は、例えば、少なくとも図４Ｂ、図５～図８、図１４、図１５、図１６Ａ、図１６Ｂ、図２７および図３６で実証されるように、注入口（例えば、２００）、流路（例えば、２９０）、および排出口（例えば、２００’）で、流路（例えば、２９０）の水平面（ＸＺ平面）のかなりの部分にわたって流体の実質的に均一な流れを提供することを含んでもよい（ステップ１１５５）。プロセス１１００の１つまたは複数のステップは、限定されることなく、再配置、省略、または重複してもよい。

ある例示的な実施形態では、流路２９０は、非平行板構造を有していてもよい。例えば、注入口２００と排出口２００’との間で、流路２９０は、２つ以上の非平行な壁を有していてもよい。流路２９０は、角錐台の形状、すなわち、先端を取り除いた角錐であってもよく、Ｚ方向における全長に沿って矩形の断面を有する形状であってもよい。流路２９０の注入口は直線形状を有していてもよく、流路２９０の排出口は直線形状を有していてもよく、および、流路２９０の注入口と排出口との間に角のある壁（ａｎｇｌｅｄ ｗａｌｌ）が設けられていてもよい。注入口２００は、排出口２００’よりも小さくても大きくてもよい。小さい注入口２００と大きい排出口２００’を有し、直線形状の流路２９０を有する例示的な実施形態では、流路２９０を画定する４つの壁のうち少なくとも２つは、注入口２００から排出口２００’まで大きさが線形的に増加してもよい。大きな注入口２００とより小さな排出口２００’を有し、直線形状の流路２９０を有する例示的な実施形態では、流路２９０を画定する４つの壁のうち少なくとも２つは、注入口２００から排出口２００’まで大きさが線形的に減少してもよい。ある例示的な実施形態では、直線形状の流路２９０の４つの壁すべてが、注入口２００と排出口２００’との間で、大きさが増加したり減少したりしてもよい。流路２９０は、ＸＹ平面において、楕円形、円形、正円形、または不規則な形状など、非直線的な断面形状を有していてもよい。

ある例示的な実施形態において、注入口２００は、本上述の注入口のいずれか、すなわち、タイプα、タイプβ、タイプγ、タイプδなどと同様の構造を有していてもよい。流路の排出口は、排出口２００’をスケールアップしたものであっても、スケールダウンしたものであってもよい。直線状のＸＹ断面を有する角錐台状の流路２９０では、流路２９０の４つの壁のうち少なくとも２つは、大きさが徐々に増加してもよいし、減少してもよい。このような構成により、注入口２００が排出口２００’よりも小さい場合、流路２９０は、Ｚ方向にわたって大きさが徐々に一貫して増加してもよく、注入口２００は、流路２９０の入口に実質的に均一な流れを供給するよう構成されてもよい。流路２９０を通過して流れる流体の速度プロファイルは、流体が徐々に一貫してより大きい流路２９０を通過して比較的大きい排出口２００’に移動するにつれて、実質的に均一に減少する。逆に、注入口２００が排出口２００’よりも大きい場合、流路２９０はＺ方向にわたって大きさが徐々に一貫して減少してもよく、注入口２００は流路２９０の入口に実質的に均一な流れを供給するよう構成されてもよい。流路２９０を通過して流れる流体の速度プロファイルは、流体が徐々に一貫してより小さい流路２９０を通過して比較的小さい排出口２００’に移動するにつれて、実質的に均一に増加する。流路２９０の壁は、直線的、曲線的、または不規則な形状であってもよく、これにより、流路２９０のＺ方向にわたる速度プロファイルに直線的、曲線的、または不規則な変化がもたらされるであろう。流路２９０の幅が流路２９０の高さの１０倍未満である例示的な実施形態において、非平行板構造では、流路の幅（Ｚ方向）にわたる速度は、体積流量を一定とすると、断面積の相対変化による減少を除いて、実質的に均一であるだろう。

本明細書で使用される用語は、特定の実施形態を説明することのみを目的としており、本開示を限定することを意図するものではない。本明細書で使用される場合、単数形「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、文脈上明らかにそうでない場合を除き、複数形も含むことが意図される。さらに、本明細書で使用される場合、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」および／または「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、記載された特徴、整数、ステップ、操作、要素、および／または成分の存在を規定するが、１または複数の他の特徴、整数、ステップ、操作、要素、成分、および／またはそのグループの存在または追加を排除しないことが理解されるであろう。本明細書で使用する場合、「および／または（ａｎｄ／ｏｒ）」という用語は、関連するリスト項目の１つまたは複数の任意の組み合わせを含む。

少なくとも１つの例示的な実施形態は、例示的なプロセスを実行するために複数のユニットを使用するものとして説明されているが、例示的なプロセスは、１つまたは複数のモジュールによって実行することもできることが理解される。

本明細書において、「第１（ｆｉｒｓｔ）」、「第２（ｓｅｃｏｎｄ）」、「第３（ｔｈｉｒｄ）」などの用語の使用は、いかなる順序も記述することなく、種々の構造、寸法、または操作を識別するために提供され、構造、寸法、または操作は、文脈上特定の順序が確実に指定されない限り、記載された順序と異なる順序で実行されてもよい。

本明細書および特許請求の範囲を通して使用される近似語（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｉｎｇ ｌａｎｇｕａｇｅ）は、関連する基本的な機能に変化をもたらすことなく許容される範囲で変化し得るあらゆる定量的表現を修正するために適用することができる。従って、「約（ａｂｏｕｔ）」および「実質的に（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ）」などの用語により修飾された値は、指定された正確な値に限定されるものではない。少なくともいくつかの例では、近似語は、値を測定するための機器の精度に対応することがある。本明細書および特許請求の範囲の全体を通じて、範囲限定は、組み合わされおよび／または交換されることがあり、そのような範囲は、文脈または言語が他に示さない限り、そこに含まれるすべての下位範囲を識別し、および含む。

特に明記しない限り、または文脈から明らかでない限り、本明細書で使用する場合、用語「約（ａｂｏｕｔ）」は、当該技術分野における通常の許容範囲内、例えば平均の２標準偏差内と理解される。「約（ａｂｏｕｔ）」は、記載された値の１０％，９％，８％，７％，６％，５％，４％，３％，２％，１％，０．５％，０．１％，０．０５％，０．０１％以内であると理解できる。文脈から明らかな場合を除き、本明細書で提供されるすべての数値は、「約（ａｂｏｕｔ）」という用語によって修飾されている。

上述の説明および特許請求の範囲において、「少なくとも１つの（ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ ｏｆ）」または「１つまたは複数の（ｏｎｅ ｏｒ ｍｏｒｅ ｏｆ）」といった表現が、要素または特徴の接続語のリストに続いて現れることがある。また、「および／または（ａｎｄ／ｏｒ）」という用語は、２つ以上の要素または特徴のリストで出現することもある。このような語句は、それが使用される文脈によって他に暗示的または明示的に否定されない限り、記載された要素または特徴のいずれかを個別に、または記載された要素または特徴のいずれかを他の記載された要素または特徴と組み合わせて意味することを意図している。例えば、「ＡおよびＢの少なくとも１つ（ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ ｏｆ Ａ ａｎｄ Ｂ）」、「１つまたは複数のＡおよびＢ（ｏｎｅ ｏｒ ｍｏｒｅ ｏｆ Ａ ａｎｄ Ｂ）」、「Ａおよび／またはＢ（Ａ ａｎｄ／ｏｒ Ｂ）」という表現は、それぞれ「Ａ単独、Ｂ単独、またはＡおよびＢをともに」を意味することが意図されている。また、３つ以上の項目を含むリストについても、同様の解釈を意図している。例えば、「Ａ、Ｂ、およびＣの少なくとも１つ（ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ ｏｆ Ａ， Ｂ， ａｎｄ／ｏｒ Ｃ）」、「１つまたは複数のＡ、Ｂ、およびＣ（ｏｎｅ ｏｒ ｍｏｒｅ ｏｆ Ａ， Ｂ， ａｎｄ Ｃ）」、「Ａ、Ｂ、および／またはＣ（Ａ， Ｂ， ａｎｄ／ｏｒ Ｃ）」という表現は、それぞれ「Ａ単独、Ｂ単独、Ｃ単独、ＡおよびＢをともに、ＡおよびＣをともに、ＢおよびＣをともに、または、ＡとＢとＣとをともに」を意味することが意図されている。さらに、上記および特許請求の範囲における「基づく（ｂａｓｅｄ ｏｎ）」という用語の使用は、「少なくとも部分的に基づく（ｂａｓｅｄ ａｔ ｌｅａｓｔ ｉｎ ｐａｒｔ ｏｎ）」を意味することを意図しており、この場合、未記載の特徴や要素も許容される。

本明細書に記載された主題は、所望の構成に応じて、システム、装置、方法、および／または物品として実施することができる。前述の説明で示された実施形態は、本明細書に記載された主題と一致するすべての実施形態を示すわけではない。その代わりに、それらは、記載された主題に関連する態様と一致するいくつかの例に過ぎない。いくつかの変形を以上に詳細に説明したが、他の修正または追加が可能である。特に、本明細書に記載されたものに加えて、さらなる特徴および／または変形が提供されてもよい。例えば、上記の実施形態は、開示された特徴の様々な組み合わせおよびサブコンビネーション、および／または上に開示された、いくつかのさらなる特徴の組み合わせおよびサブコンビネーションを対象としてもよい。また、添付の図面に示された、および／または本明細書に記載された論理フローは、望ましい結果を達成するために、必ずしも示された特定の順序または連続した順序を必要とするものではない。他の実施形態は、以下の特許請求の範囲の範囲内であってもよい。

Claims (31)

1. 流体輸送のためのデバイスであって、
   注入口を備える注入口本体と、
   前記注入口本体を支持する基部であって、前記注入口と流体連通する流路を含む、基部と、
   排出口を備える排出口本体であって、前記基部が前記排出口本体を支持し、前記排出口が前記流路と流体連通する、排出口本体と、
   を備え、
   前記注入口は、注入口ポートで流体を受け入れるように構成され、
   前記注入口は、前記流路と流体連通する開口部を通って前記流体を排出するように構成され、
   前記注入口は、前記流路の少なくとも１つの寸法のかなりの部分にわたって前記流体の実質的に均一な流れを提供するように構成される、
   デバイス。
2. 前記少なくとも１つの寸法は、垂直面、および水平面のうち少なくともいずれか一方である、
   請求項１に記載のデバイス。
3. 前記注入口、前記流路、および前記排出口は、前記流路の水平面のかなりの部分にわたって前記流体の実質的に均一な流れを提供するように構成される、
   請求項１に記載のデバイス。
4. 前記注入口、前記流路、および前記排出口は、前記流路内の立方体領域のかなりの部分を介して前記流体の実質的に均一な流れを提供するように構成される、
   請求項１に記載のデバイス。
5. 前記デバイスは、マイクロ流体デバイスであり、
   前記流路は、マイクロ流体流路である、
   請求項１に記載のデバイス。
6. 前記注入口本体、前記基部、および前記排出口本体は、一体的な本体を形成する、
   請求項１に記載のデバイス。
7. 前記注入口は、前記デバイスの単一の注入口であり、
   前記流路は、前記デバイスの単一の流路であり、
   前記排出口は、前記デバイスの単一の排出口である、
   請求項１に記載のデバイス。
8. 前記注入口ポートの断面積と前記流路の入口の断面積との比は、約１対約７．５である、
   請求項１に記載のデバイス。
9. 前記注入口ポートの断面積と前記開口部の断面積との比は、約１対約５０である、
   請求項１に記載のデバイス。
10. 前記開口部の断面積と前記流路の入口の断面積との比は、約６．６７対約１である、
    請求項１に記載のデバイス。
11. 前記注入口ポートの深さと前記注入口の端部の深さとの比は、約１対約２である、
    請求項１に記載のデバイス。
12. 前記注入口ポートの深さと、前記注入口の端部の深さと、前記注入口ポートのまたはその近傍の高さとの比は、約１対約２対約３である、
    請求項１に記載のデバイス。
13. 前記流路の高さと、前記注入口ポートの深さと、前記注入口の端部の深さと、前記注入口ポートのまたはその近傍の高さとの比は、約１対約４対約８対約１２である、
    請求項１に記載のデバイス。
14. 水平面における前記開口部の幅と深さとの比は、約２５対約１である、
    請求項１に記載のデバイス。
15. 垂直面における前記流路の幅と高さとの比は、約１８０対約１である、
    請求項１に記載のデバイス。
16. 水平面における前記注入口および／または前記排出口の少なくとも片側の断面形状は、ボウタイ形状、またはベンチュリー形状を有し、前記少なくとも片側は、前記流路の反対側を向いている、
    請求項１に記載のデバイス。
17. 水平面における前記注入口および／または前記排出口の両側は、ボウタイ形状またはベンチュリー形状を有する、
    請求項１６に記載のデバイス。
18. 垂直面における前記注入口および／または前記排出口の断面形状は、弓形の形状またはブラケット形状である、
    請求項１に記載のデバイス。
19. 水平面における前記注入口ポートの断面形状は、矩形形状である、
    請求項１に記載のデバイス。
20. 前記基部は、平行板構造を備える、
    請求項１に記載のデバイス。
21. 前記デバイスは、約１μＬ／秒と約５００μＬ／秒との間の体積流量で流体の実質的に均一な流れを提供するように構成される、
    請求項１に記載のデバイス。
22. 流体輸送のためのマイクロ流体システムであって、
    注入口を備える注入口本体と、
    前記注入口本体を支持する基部であって、
    前記注入口と流体連通する流路と、
    前記流路の表面に形成された１つまたは複数のセンサーまたは前記流路の表面に形成された１つまたは複数のウェルに形成された１つまたは複数のセンサーと、
    を備える基部と、
    排出口を備える排出口本体であって、前記基部が排出口本体を支持し、前記排出口が流路と流体連通する、排出口本体と、
    を備えるマイクロ流体デバイス、
    を備え、
    前記流路は、前記流体の流れを促進するように構成され、
    前記流体は、複数のビーズおよび／または複数の浮遊細胞を備え、
    前記注入口は、注入口ポートで流体を受け入れるように構成され、
    前記注入口は、前記流路と流体連通する開口部を通って前記流体を排出するように構成され、
    前記注入口は、前記流路の水平寸法のかなりの部分にわたって前記流体の実質的に均一な流れを提供するように構成され、
    前記デバイスは、前記水平寸法に関して前記流体の不均一な速度をもたらすエッジ効果を補償するように構成される、
    マイクロ流体システム。
23. 前記複数のビーズのそれぞれは、約１０μｍから約１６０μｍまでの最大寸法を有し、
    前記複数の浮遊細胞のそれぞれは、約１０μｍから約５０μｍまでの最大寸法を有し、
    約１５万個のセンサーが前記流路の表面に形成される、または、約１５万個のセンサーが、前記流路の表面に形成された約１５万個のウェルにそれぞれ形成される、
    請求項２２に記載のマイクロ流体システム。
24. 前記基部は、平行板構造を備える、
    請求項２２に記載のマイクロ流体システム。
25. 前記マイクロ流体デバイスは、約１μＬ／秒と約５００μＬ／秒との間の体積流量で前記流体の実質的に均一な流れを提供するように構成される、
    請求項２２に記載のマイクロ流体システム。
26. 流体輸送のための方法であって、
    注入口を備える注入口本体を提供するステップと、
    前記注入口本体を支持する基部を提供するステップであって、前記基部は、前記注入口と流体通信する流路を含む、ステップと、
    排出口を備える排出口本体を提供するステップであって、前記基部は前記排出口本体を支持し、前記排出口は前記流路と流体連通する、ステップと、
    前記注入口の注入口ポートで前記流体を受け入れるステップと、
    前記流路と流体連通する前記注入口の開口部を通って前記流体を排出するステップと、
    前記注入口で、前記流路の水平寸法のかなりの部分にわたって前記流体の実質的に均一な流れを提供するステップと、
    を含む、
    方法。
27. 前記注入口、前記流路、および前記排出口で、前記流路の水平面のかなりの部分にわたって前記流体の実質的に均一な流れを提供するステップ、
    を含む、
    請求項２６に記載の方法。
28. 前記基部は、平行板構造を備える、
    請求項２６に記載の方法。
29. 前記注入口、前記流路、および前記排出口で、約１μＬ／秒と約５００μＬ／秒との間の体積流量で前記流体の実質的に均一な流れを提供するステップ、
    を含む、
    請求項２６に記載の方法。
30. 流体輸送のためのデバイスであって、
    注入口を備える注入口本体と、
    前記注入口本体を支持する基部であって、前記注入口と流体連通する流路を備える基部と、
    を備え、
    前記注入口は、注入口ポートで前記流体を受け入れるように構成され、
    前記注入口は、前記流路と流体連通する開口部を通って前記流体を排出するように構成され、
    前記注入口は、前記流路の少なくとも１つの寸法のかなりの部分にわたって前記流体の実質的に均一な流れを提供するように構成される、
    デバイス。
31. 流体輸送のためのマイクロ流体システムであって、
    注入口を備える注入口本体と、
    前記注入口本体を支持する基部であって、
    前記注入口と流体連通する流路と、
    前記流路の表面に形成された１つまたは複数のセンサーまたは前記流路の表面に形成された１つまたは複数のウェルに形成された１つまたは複数のセンサーと、
    を備える基部と、
    を備えるマイクロ流体デバイス、
    を備え、
    前記流路は、前記流体の流れを促進するように構成され、
    前記流体は、複数のビーズおよび／または複数の浮遊細胞を備え、
    前記注入口は、注入口ポートで前記流体を受け入れるように構成され、
    前記注入口は、前記流路と流体連通する開口部を通って前記流体を排出するように構成され、
    前記注入口は、前記流路の水平寸法のかなりの部分にわたって前記流体の実質的に均一な流れを提供するように構成され、
    前記デバイスは、前記水平寸法に関して前記流体の不均一な速度をもたらすエッジ効果を補償するように構成される、
    マイクロ流体システム。

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