JP2024520470A - セルフアライニング光ファイバシステム及び方法を含むマイクロ流体システム、機器、及びカートリッジ - Google Patents

セルフアライニング光ファイバシステム及び方法を含むマイクロ流体システム、機器、及びカートリッジ Download PDF

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Abstract

本発明は、セルフアライニング光ファイバシステム及びその使用の方法を含むマイクロ流体システム、機器、及びカートリッジを対象とする。【選択図】図１

Description

概して、現在開示されている対象は、光ファイバインタフェースに関し、より詳細には、セルフアライニング（self-aligning）光ファイバシステム及び方法を含むマイクロ流体システム、機器、及びカートリッジに関する。
（関連出願）
現在開示されている対象は、２０２１年５月２７日に出願され、「Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ａｎｄ Ｃａｒｔｒｉｄｇｅ Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ａｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ」と題された、米国仮特許出願第ＵＳ６３／１９３，９４４号と、２０２１年８月２７日に出願され、「Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃｓ Ｓｙｓｔｅｍ，Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ，ａｎｄ Ｃａｒｔｒｉｄｇｅ Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ Ｓｅｌｆ－Ａｌｉｇｎｉｎｇ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ」と題された、米国仮特許出願第ＵＳ６３／２３７，８６８号とに関し、それらに対する優先権を主張し、それらの開示全体は、参照により本明細書に援用される。
２つのシステム、デバイス、及び／又はコンポーネント間の光結合を必要とする用途では、簡単且つ自動化された方法で光結合を達成することが困難であり得る。例えば、典型的な光ファイバカプラ（coupler）は、手動で操作される単一コネクタであり、或いは接続を行うためのねじ端子を有する。
マイクロ流体の用途では、例えば、光結合は、マイクロ流体機器とマイクロ流体デバイス（又はカートリッジ）との間に必要とされ得る。この実施例では、限界は、光ファイバがマイクロ流体デバイス（又はカートリッジ）に一度に１本ずつ手動で接続され得ることである。さらに、光接続の数は、制限され得る。別の限界は、光結合の機械的な複雑さがシステムのマイクロ流体デバイス（又はカートリッジ）側に主に存在することがあり、複雑さがシステムのマイクロ流体機器側にほとんど或いは全くないことがあることである。したがって、新しいアプローチは、２つのシステム、デバイス、及び／又はコンポーネント間の光結合に関して必要とされる。
いくつかの態様では、本発明は、（ａ）マイクロ流体機器であって、光検出システムを含む、マイクロ流体機器と、（ｂ）マイクロ流体カートリッジと、（ｃ）セルフアライニング光ファイバシステムとを含み、セルフアライニング光ファイバシステムは、マイクロ流体機器とマイクロ流体カートリッジとを光学的に結合する、マイクロ流体システムを対象とする。いくつかの実施形態では、光検出システムは、照明源及び光測定デバイスを含む。
いくつかの実施形態では、マイクロ流体システムは、機器光ファイバカプラ及びカートリッジ光ファイバコネクタを含むセルフアライニング光ファイバシステムを含む。いくつかの実施形態では、セルフアライニング光ファイバシステムは、複数の光検出チャネルを含み、複数の光検出チャネルの各々は、機器光チャネル及びカートリッジ光チャネルを含む。一実施形態では、セルフアライメント光ファイバシステムは、約４－約１６個の光検出チャネルを含む。一実施形態では、機器光チャネルの各々は、カートリッジ光チャネルの各々を光測定デバイスに光学的に接続する。
いくつかの実施形態では、機器光ファイバカプラは、各々が先端部及び機器光ファイバを含む複数の機器フェルールアセンブリを含む。いくつかの実施形態では、カートリッジ光ファイバコネクタは、各々が機器フェルールアセンブリを受け入れることができる受容端部を含み、各々がカートリッジ光ファイバを含む複数のカートリッジフェルールアセンブリをさらに含む。
いくつかの実施形態では、マイクロ流体機器は、可動スライド機構をさらに含み、可動スライド機構は、機器光ファイバカプラをカートリッジ光ファイバコネクタに係合することによって、マイクロ流体機器とマイクロ流体カートリッジとの間に光結合を生成するように動作可能である。他の実施形態では、可動スライド機構は、機器フェルールアセンブリをカートリッジフェルールアセンブリに係合し、それによって、機器光ファイバをカートリッジ光ファイバに結合するように動作可能である。さらに他の実施形態では、可動スライド機構は、レールに取り付けられたスライド可能ベースプレートと、スライド可能ベースプレートの端部に取り付けられたバックプレートと、カートリッジ光ファイバコネクタに関して機器光ファイバカプラを前進させ、且つ／或いは後退させるように動作可能なリードねじ及び関連付けられたモータとを含む。
一実施形態では、マイクロ流体カートリッジは、（ａ）底部基板であって、液滴操作表面を含む、底部基板と、（ｂ）上部基板とをさらに含み、底部基板及び上部基板は、それらの間に液滴操作ギャップによって分離される。いくつかの実施形態では、マイクロ流体カートリッジは、デジタルマイクロ流体カートリッジ（ＤＭＦ）である。いくつかの実施形態では、底部基板及び／又は上部基板は、ＰＣＢ基板、ガラス基板、又はシリコン基板を含み、ＰＣＢ基板、ガラス基板、又はシリコン基板は、誘電体層と、液滴操作のために操作可能な１つ又は複数の電極とで任意にコーティングされている。
いくつかの実施形態では、底部基板と上部基板との間の液滴操作ギャップは、フィラー流体（filler fluid）で満たされる。一実施形態では、フィラー流体は、低粘度油又はハロゲン化油である。
いくつかの実施形態では、光検出システムは、１つ又は複数の表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）センサ、又は、１つ又は複数の局在表面プラズモン共鳴（ＬＳＰＲ）センサを含む。
別の態様によれば、本発明は、光検出操作を実行するための方法を対象とし、方法は、（ａ）マイクロ流体システムを提供することであって、マイクロ流体システムは、マイクロ流体機器、マイクロ流体カートリッジ、及び複数の光検出チャネルを含み、（ｉ）マイクロ流体機器は、機器光ファイバカプラを含み、（ｉｉ）マイクロ流体カートリッジは、カートリッジ光ファイバコネクタを含む、提供することと、（ｂ）機器光ファイバカプラをカートリッジ光ファイバコネクタにアラインする第１の光学アライメントステップを実行することと、（ｃ）各光検出チャネルを個々にアラインする第２の光学アライメントステップを実行することと、（ｄ）マイクロ流体システム、マイクロ流体機器及びマイクロ流体カートリッジを使用して光検出操作を実行することとを含む。
一実施形態では、マイクロ流体機器は、可動スライド機構をさらに含み、第１の光学アライメントステップは、光ファイバカプラが光ファイバコネクタに係合するまで、可動スライド機構を移動させることによって実施される。一実施形態では、光ファイバカプラは、固定光ファイバコネクタに向かって移動される。いくつかの実施形態では、第１の光学アライメントステップは、複数の光検出チャネルの各々のコースアライメントをもたらす。
一実施形態では、第２の光学アライメントステップは、複数の光検出チャネルの各々のファインアライメントをもたらす。いくつかの実施形態では、第２のアライメントステップは、光ファイバカプラが光ファイバコネクタに完全に係合するまで、可動スライド機構をマイクロ流体カートリッジに向かって並進させ続け、それによって、光検出チャネルの各々を個々にアラインすることによって実施される。
いくつかの実施形態では、光ファイバカプラは、各々が先端部及び機器光ファイバを含む複数の機器フェルールアセンブリをさらに含み、光ファイバコネクタは、各々が機器フェルールアセンブリを受け入れることができる受容端部を含み、各々がカートリッジ光ファイバを含む複数のカートリッジフェルールアセンブリをさらに含み、可動スライドは、機器フェルールアセンブリの各々がカートリッジフェルールアセンブリの各々に係合するまで移動され、それによって、機器光ファイバをカートリッジ光ファイバと接続し、複数の光検出チャネルを生成する。他の実施形態では、機器光ファイバカプラは、１つ又は複数のダウエルピンを有するハウジングをさらに含み、カートリッジ光コネクタは、１つ又は複数のデータムホール（datum hole）を有するハウジングをさらに含み、１つ又は複数のデータムホールは、第１のアライメントステップ中、１つ又は複数のダウエルピンを受け入れる。一実施形態では、ダウエルピンは、機器光ファイバカプラをカートリッジ光ファイバコネクタにアラインする。
一実施形態では、第２のアライメントステップは、光ファイバカプラと光ファイバコネクタとの間にＺ方向のアライメントをもたらす。別の実施形態では、第２のアライメントステップは、機器フェルールアセンブリの各々とカートリッジフェルールアセンブリの各々との間にＺ方向のアライメントをもたらし、機器光ファイバ及びカートリッジ光ファイバを、実質的にそれらの間にギャップを残すことなく対向してアラインする。さらに別の実施形態では、機器フェルールアセンブリは、ばねをさらに含み、ばねは、機器光ファイバ及びカートリッジ光ファイバを、実質的にそれらの間にギャップを残すことなく対向してアラインする。
一実施形態では、機器光ファイバは、カートリッジ光ファイバの約±０．７ｍｍ以内にアラインされる。別の実施形態では、機器光ファイバは、カートリッジ光ファイバの約±５０μｍ以内にアラインされる。いくつかの実施形態では、光学ゲルは、機器光ファイバとカートリッジ光ファイバとの間に塗布される。
いくつかの実施形態では、マイクロ流体システムは、照明源及び光測定デバイスを含む光検出システムをさらに含む。他の実施形態では、光検出システムは、表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）又は局在表面プラズモン共鳴（ＬＳＰＲ）を含み、光検出システムは、ＳＰＲ又はＬＳＰＲ照明源と、１つ又は複数のＳＰＲ又はＬＳＰＲ光測定デバイスとを含む。さらに他の実施形態では、マイクロ流体カートリッジは、デジタルマイクロ流体カートリッジ（ＤＭＦ）である。
本発明の特徴及び利点は、必ずしも縮尺通りに描かれていない添付の図面と併せて考慮される以下の説明から、より明確に理解されよう。
図１は、マイクロ流体機器とマイクロ流体デバイス（又はカートリッジ）とを光学的に結合するための、現在開示されているセルフアライニング光ファイバシステムの一実施例を含むマイクロ流体システムのブロックダイアグラムを示す。 図２Ａは、図１に示され、現在開示されているセルフアライニング光ファイバシステムを使用してマイクロ流体機器（又はカートリッジ）に光学的に結合されたマイクロ流体機器を含む、マイクロ流体システムの例示的なインスタンス化の透視図を示す。 図２Ｂは、図１に示されたマイクロ流体システムのマイクロ流体機器部分の一実施例の透視図を示す。 図３は、図１及び図２に示され、機器光ファイバカプラ及びカートリッジ光ファイバコネクタを含む、現在開示されているセルフアライニング光ファイバシステムの一実施例の透視図を示す。 図４は、図１及び図２に示され、機器光ファイバカプラ及びカートリッジ光ファイバコネクタを含む、現在開示されているセルフアライニング光ファイバシステムの一実施例の透視図を示す。 図５は、図１及び図２に示され、機器光ファイバカプラ及びカートリッジ光ファイバコネクタを含む、現在開示されているセルフアライニング光ファイバシステムの一実施例の透視図を示す。 図６は、図１－図５に示された現在開示されているセルフアライニング光ファイバシステムのさらなる詳細を示す透視図を示す。 図７Ａ及び図７Ｂは、それぞれ、図１３及び図１４に示された機器光ファイバカプラの機器フェルールアセンブリの一実施例を示す透視図及び分解図を示す。 図８は、図７Ａに示された機器フェルールアセンブリの機器フェルールの一実施例のさらなる詳細を示す様々な図を示す。 図９Ａ及び図９Ｂは、図７Ａに示された機器フェルールアセンブリの他の透視図を示す。 図１０は、図７Ａに示された機器フェルールアセンブリの側面図を示す。 図１１Ａ及び図１１Ｂは、それぞれ、図７Ａに示された機器フェルールアセンブリの正面図及び背面図を示す。 図１２は、様々なアセンブリの状態における、図７Ａに示された機器フェルールの透視図を示す。 図１３は、それぞれ、図１－図６に示された現在開示されているセルフアライニング光ファイバシステムの機器光ファイバカプラの一実施例の透視図及び分解図を示す。 図１４は、それぞれ、図１－図６に示された現在開示されているセルフアライニング光ファイバシステムの機器光ファイバカプラの一実施例の透視図及び分解図を示す。 図１５Ａは、図１－図６に示された現在開示されているセルフアライニング光ファイバシステムのカートリッジ光ファイバコネクタのカートリッジフェルールアセンブリの一実施例の透視図を示す。 図１５Ｂは、図１５Ａに示されたカートリッジフェルールアセンブリの透視断面図を示す。 図１６Ａ及び図１６Ｂは、それぞれ、図１５Ａに示されたカートリッジフェルールアセンブリの上面図及び側面図を示す。 図１７Ａ及び図１７Ｂは、それぞれ、図１５Ａに示されたカートリッジフェルールアセンブリの正面図及び背面図を示す。 図１８は、図１５Ａに示されたカートリッジフェルールアセンブリの分解図を示す。 図１９は、図１５Ａに示されたカートリッジフェルールアセンブリのカートリッジフェルールの一実施例のさらなる詳細を示す断面図を示す。 図２０は、図１－図６に示され、機器光ファイバカプラとカートリッジ光ファイバコネクタとが完全に共に係合したことを示す、現在開示されているセルフアライニング光ファイバシステムの一部分の断面図を示す。 図２１は、図１－図６に示され、機器光ファイバカプラとカートリッジ光ファイバコネクタとが完全に共に係合したことを示す、現在開示されているセルフアライニング光ファイバシステムの一部分の断面図を示す。 図２２は、図１－図６に示された現在開示されているセルフアライニング光ファイバシステムのカートリッジ光ファイバコネクタに関する機器光ファイバカプラの上面図を示す。 図２３は、図１－図６に示された現在開示されているセルフアライニング光ファイバシステムのカートリッジ光ファイバコネクタに関する機器光ファイバカプラの上面図を示す。 図２４は、図１－図６に示された現在開示されているセルフアライニング光ファイバシステムのカートリッジ光ファイバコネクタに関する機器光ファイバカプラの底面図を示す。 図２５は、図１－図６に示された現在開示されているセルフアライニング光ファイバシステムのカートリッジ光ファイバコネクタに関する機器光ファイバカプラの底面図を示す。 図２６は、図１－図２５に示されたセルフアライニング光ファイバシステムを含む、現在開示されているマイクロ流体システムの使用の方法の一実施例のフローダイアグラムを示す。
（定義）
１つ又は複数の電極に関して、「活性化する（activate）」は、液滴の存在下で、液滴操作をもたらす１つ又は複数の電極の電気状態の変化に影響を及ぼすことを意味する。電極の活性化は、交流（ＡＣ）又は直流（ＤＣ）を使用して達成され得る。任意の適切な電圧は、使用され得る。例えば、電極は、約５Ｖよりも大きい、或いは約２０Ｖよりも大きい、或いは約４０Ｖよりも大きい、或いは約１００Ｖよりも大きい、或いは約２００Ｖよりも大きい、或いは約３００Ｖよりも大きい電圧を使用して活性化されてもよい。適切な電圧は、厚さ及び誘電率などの誘電体の特性、粘度などの液体の特性、その上他の多くの要因の関数である。ＡＣ信号が使用される場合、任意の適切な周波数は、採用され得る。例えば、電極は、約１Ｈｚ－約１０ＭＨｚ、又は約１Ｈｚ－約１０ＫＨｚ、又は約１０Ｈｚ－約２４０Ｈｚ、又は約６０Ｈｚの周波数を有するＡＣ信号を使用して活性化されてもよい。
「液滴」は、液滴アクチュエータ上の液体の体積を意味する。典型的に、液滴は、フィラー流体によって少なくとも部分的に囲まれる。例えば、液滴は、フィラー流体によって完全に囲まれることがあり、或いはフィラー流体と液滴アクチュエータの１つ又は複数の表面とによって囲まれることがある。別の実施例として、液滴は、フィラー流体、液滴アクチュエータの１つ又は複数の表面、及び／又は大気に囲まれることがある。さらに別の実施例として、液滴は、フィラー流体及び大気によって囲まれることがある。液滴は、例えば、水性若しくは非水性であってもよく、或いは水性及び非水性成分を含む混合物又はエマルションであってもよい。
「液滴アクチュエータ」は、液滴を操作するためのデバイスを意味する。マイクロ流体デバイス、マイクロ流体カートリッジ、デジタルマイクロ流体（ＤＭＦ）デバイス、及びＤＭＦカートリッジは、液滴アクチュエータの一実施例である。特定の液滴アクチュエータは、それらの間に液滴操作ギャップと共に配置された１つ又は複数の基板と、１つ又は複数の基板と関連付けられ（例えば、パターン化され、積層され、取り付けられ、且つ／或いは埋め込まれ）、１つ又は複数の液滴操作を行うように配置された電極とを含み得る。例えば、特定の液滴アクチュエータは、ベース（又は底部）基板と、基板と関連付けられた液滴操作電極と、基板及び／又は電極上の１つ又は複数の誘電体層と、任意に、液滴操作表面を形成する基板、誘電体層及び／又は電極上の１つ又は複数の疎水性層とを含み得る。一般的に液滴操作ギャップと呼ばれるギャップによって液滴操作表面から分離される上部基板はまた、設けられ得る。液滴アクチュエータは、上部及び／又は下部基板上に様々な電極配置を含み得る。液滴操作中、液滴は、接地電極又は基準電極と連続的な接触、又は頻繁的な接触のままであることが好ましい。接地電極又は基準電極は、ギャップに面する上部基板、ギャップに面する下部基板、又はギャップ自体内と関連付けられ得る。電極が両方の基板上に設けられる場合、電極を制御し、或いは監視するための液滴アクチュエータ機器に電極を結合するための電気接点は、一方又は両方のプレートと関連付けられ得る。いくつかのケースでは、一方の基板上の電極は、他方の基板に電気的に結合され、一方の基板のみは、液滴アクチュエータと接触する。複数の基板が使用される場合、スペーサは、基板間にスペーサを設けられ、それらの間のギャップの高さを判定し、アクチュエータ上の分注リザーバを規定してもよい。スペーサの高さは、例えば、約５μｍ－約１０００μｍ、又は約１００μｍ－約４００μｍ、又は約２００μｍ－約３５０μｍ、又は約２５０μｍ－約３００μｍ、又は約２７５μｍであってもよい。スペーサは、例えば、上部又は下部基板から突出している特徴又は層、及び／又は上部基板と下部基板との間に挿入された材料で形成されてもよい。１つ又は複数の開口部は、液体が液滴操作ギャップに供給され得る流体経路を形成するための１つ又は複数の基板に設けられ得る。
いくつかのケースでは、液滴アクチュエータの上部及び／又は底部基板は、ポリイミド誘電体などの、誘電体でコーティングされているＰＣＢ基板を含み、いくつかのケースでは、ＰＣＢ基板はまた、液滴操作表面を疎水性にするためにコーティングされていてもよく、或いはその他の方法で処理されてもよい。様々な材料はまた、液滴アクチュエータの誘電体成分として使用のために適している。いくつかのケースでは、液滴アクチュエータの上部及び／又は底部基板は、特徴が、マイクロリソグラフィを使用した材料の薄い層の堆積及びエッチングを含む半導体デバイス製造から借用されたプロセス技術を使用してパターン化されたガラス又はシリコン基板を含む。上部及び／又は底部基板は、液滴操作電極が形成された半導体バックプレーン（すなわち、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）アクティブマトリクスコントローラ）で構成してもよい。
典型的に、液滴アクチュエータの電極は、コントローラ又はプロセッサによって制御され、それ自体、システムの一部として設けられ、処理機能、ならびにデータ及びソフトウェアの格納、及び入出力機能を含み得る。試薬は、液滴操作ギャップ内の液滴アクチュエータ上に、或いは液滴操作ギャップに流体的に結合されたリザーバ内に提供され得る。試薬は、例えば、液滴といった液体形態であってもよく、或いは液滴操作ギャップ内若しくは液滴操作ギャップに流体的に結合されたリザーバ内に再構成可能な形態で提供されてもよい。典型的に、再構成可能な試薬は、再構成のために液体と組み合わされ得る。
「液滴操作」は、液滴アクチュエータ上の液滴の任意の操作を意味する。液滴操作は、例えば、液滴を液滴アクチュエータにロードすること（loading）；１つ又は複数の液滴をソース液滴から分注すること；液滴を２つ以上の液滴に分けること（splitting）、分離すること（separating）、又は分割すること（dividing）；任意の方向において、液滴を、１箇所から別の箇所に輸送すること；２つ以上の液滴を単一の液滴にマージすること（merging）、又は結合すること；液滴を薄めること；液滴を混合すること；液滴を撹拌すること；液滴を変形させること；液滴を所定の位置に維持すること；液滴をインキュベートすること；液滴を加熱すること；液滴を蒸発させること；液滴を冷却すること；液滴を処分すること；液滴を液滴アクチュエータから輸送すること；本明細書に説明される他の液滴操作；及び／又は前述の任意の組み合わせを含んでもよい。用語「マージ」、「マージすること」、「結合」、「結合すること」などは、２つ以上の液滴からの１つの液滴の生成を説明するために使用される。そのような用語が２つ以上の液滴に関連して使用されるとき、２つ以上の液滴の１つの液滴への結合をもたらすのに十分な液滴操作の任意の組み合わせは、使用され得ることが理解されるべきである。例えば、「液滴Ａを液滴Ｂとマージすること」は、液滴Ａを固定液滴Ｂと接触して輸送すること、液滴Ｂを固定液滴Ａと接触して輸送すること、又は液滴Ａ及びＢを互いと接触して輸送することによって達成され得る。用語「分けること」、「分離すること」及び「分割すること」は、結果として生じる液滴の体積（すなわち、結果として生じる液滴の体積は、同じ或いは異なり得る）、又は結果として生じる液滴の数（結果として生じる液滴の数は、２、３、４、５又はそれ以上であってもよい）に関して任意の特定の結果を暗示することが意図されない。用語「混合すること」は、液滴内の１つ又は複数の成分の、より均一の分布をもたらす液滴操作を指す。液滴操作を「ロードすること」の実施例は、マイクロダイアリシス（microdialysis）ローディング、圧力アシスト（pressure assisted）ローディング、ロボティックローディング、パッシブローディング、及びピペットローディングを含む。液滴操作は、電極媒介され得る。いくつかのケースでは、液滴操作は、表面上の親水性且つ／或いは疎水性領域の使用によって、且つ／或いは物理的障害物によってさらに促進される。液滴操作の実施例に関して、「液滴アクチュエータ」の定義の下で上に引用された特許及び特許出願を参照されたい。時々、インピーダンス及び／又は静電容量のセンシング及び／又はイメージング技術は、液滴操作の結果を判定し、或いは確認するために使用され得る。概して、センシング又はイメージング技術は、特定の電極における液滴の存在又は欠如を確認するために使用され得る。例えば、液滴分注操作後に、目的電極における分注された液滴の存在は、液滴分注操作が有効であったことを確認する。同様に、アッセイプロトコルにおける適切なステップで、検出スポットにおける液滴の存在は、以前の一連の液滴操作が検出のための液滴を成功裏に生産したことを確認し得る。液滴の輸送時間は、非常に速いことがある。例えば、様々な実施形態では、１つの電極から次の電極への液滴の輸送は、約１秒、又は約０．１秒、又は約０．０１秒、又は約０．００１秒以内に完了されてもよい。一実施形態では、電極は、ＡＣモードにおいて操作されるが、イメージングのためにＤＣモードに切り替えられる。液滴のフットプリント面積は、エレクトロウェッティング面積と同様であり、或いはエレクトロウェッティング面積よりも大きいことが、液滴操作を行うことに有用である。言い換えれば、１ｘ－、２ｘ－、３ｘ－液滴は、それぞれ、１、２、及び３つの電極を使用して、有用に制御され、且つ／或いは操作される。液滴のフットプリントが、所与の時間に液滴操作を行うために利用可能な電極の数よりも大きい場合、典型的に、液滴サイズと電極の数との差は、１よりも大きくないはずである。言い換えれば、２ｘ液滴は、１つの電極を使用して有用に制御され、３ｘ液滴は、２つの電極を使用して有用に制御される。液滴がビーズを含むとき、液滴サイズは、例えば、液滴を輸送するといった、液滴を制御する電極の数と等しいことが有用である。
「フィラー流体」は、液滴アクチュエータの液滴操作基板と関連付けられた流体を意味し、流体は、液滴相を、電極媒介された液滴操作の対象とするために液滴相と十分に非混和性である。例えば、典型的に、液滴アクチュエータの液滴操作ギャップは、フィラー流体で満たされる。フィラー流体は、例えば、シリコンオイル又はヘキサデカンなどの、低粘度油であってもよく、或いは含んでもよい。フィラー流体は、フッ素オイル又はパーフルオロ（perfluorinated）オイルなどの、ハロゲン化油であってもよく、或いは含んでもよい。フィラー流体は、液滴アクチュエータのギャップ全体を満たしてもよく、或いは液滴アクチュエータの１つ又は複数の表面のみをコーティングしてもよい。フィラー流体は、液滴操作を改善し、且つ／或いは液滴からの試薬又は標的物質の損失を低減し、不要なマイクロ液滴の形成を低減し、液滴間のクロスコンタミネーションを低減し、液滴アクチュエータ表面のコンタミネーションを低減し、液滴アクチュエータ材料の劣化を低減し、液滴の蒸発を低減するなどのために選択され得る。例えば、フィラー流体は、液滴アクチュエータ材料との適合性のために選択されてもよい。一実施例として、フッ素フィラー流体は、フッ素化された表面コーティングと共に有用に採用され得る。フッ素フィラー流体は、６－ヘキサデカノイルアミド－４－メチルウンベリフェロン基質（6-hexadecanoylamido-4-methylumbelliferone substrate）のようなウンベリフェロン基質などの、親油性化合物の損失を低減するのに有用である（例えば、クラッベ、ニーマン－ピック、又は他のアッセイにおける使用のため）。フィラー流体は、例えば、界面活性剤又は他の添加剤でドープされ（doped）てもよい。例えば、添加剤は、液滴操作を改善し、且つ／或いは液滴からの試薬又は標的物質の損失、マイクロ液滴の形成、液滴間のクロスコンタミネーション、液滴アクチュエータ表面のコンタミネーション、液滴アクチュエータ材料の劣化などを低減するために選択されてもよい。界面活性剤のドーピングを含む、フィラー流体の組成は、特定のアッセイプロトコルにおいて使用される試薬又はサンプルとの性能、及び液滴アクチュエータ材料との効果的な相互作用又は非相互作用のために選択されてもよい。例えば、いくつかのケースでは、フッ素オイルは、フッ素化された界面活性剤、例えば、Ｚｏｎｙｌ ＦＳＯ－１００（Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈ）及び／又はその他でドープされてもよい。
用語「上部（top）」、「底部（bottom）」、「上に（over）」、「下に（under）」、及び「上に（on）」は、液滴アクチュエータの上部及び底部基板の相対位置などの、液滴アクチュエータのコンポーネントの相対位置に関して、明細書全体を通して使用される。多くのケースでは、液滴アクチュエータは、空間におけるその方位に関係なく機能的であることが理解されよう。
任意の形態の液体（例えば、液滴又は連続体、移動しているか或いは静止しているか）が、電極、アレイ、マトリクス又は表面「上に（on）」、「において（at）」、或いは「上に（over）」あると説明されるとき、そのような液体は、電極／アレイ／マトリクス／表面と直接接触し得るか、或いは液体と電極／アレイ／マトリクス／表面との間に介在する１つ又は複数の層又は膜と接触し得るかのいずれかである。一実施例では、フィラー流体は、そのような液体と電極／アレイ／マトリクス／表面との間の動的フィルムとみなされ得る。
液滴が液滴アクチュエータ「上に（on）」ある、或いは「にロードされる（loaded on）」と説明されるとき、液滴が、液滴アクチュエータを使用して液滴に対して１つ又は複数の液滴操作を行うことを容易にする方法で液滴アクチュエータ上に配置されること、液滴が、液滴の特性又は液滴からの信号のセンシングを容易にする方法で液滴アクチュエータ上に配置されること、及び／又は液滴が、液滴アクチュエータ上で液滴操作を受けたことが理解されるべきである。
ここで、現在開示されている対象は、添付図面を参照して、より完全に以下のとおりに説明され得るが、現在開示されている対象の全てではないがいくつかの実施形態は、示される。同様の番号は、全体を通して同様の要素を指す。現在開示されている対象は、多くの異なる形態で具現化されることがあり、本明細書に記載される実施形態に限定されるものとして解釈されるべきではなく、むしろ、これらの実施形態は、本開示が適用可能な法的要件を満たし得るように提供される。実際、本明細書に記載される現在開示されている対象の多くの修正及び他の実施形態は、前述の説明及び関連付けられた図面に提示された教示の利益を有する現在開示されている対象が関係する当業者に思い浮かぶであろう。したがって、現在開示されている対象は、開示された特定の実施形態に限定されず、修正及び他の実施形態は、添付の特許請求の範囲内に含まれることが意図されることを理解されたい。
いくつかの実施形態では、現在開示されている対象は、セルフアライニング光ファイバシステム及び方法を含むマイクロ流体システム、機器、及びカートリッジを提供する。
いくつかの実施形態では、セルフアライニング光ファイバシステム及び方法を含む、現在開示されているマイクロ流体システム、機器、及びカートリッジは、マイクロ流体機器と、埋め込まれた光ファイバセンサを含む使い捨てマイクロ流体デバイス（又はカートリッジ）との間のインタフェースを可能にする機構を提供する。
いくつかの実施形態では、セルフアライニング光ファイバシステム及び方法を含む、現在開示されているマイクロ流体システム、機器、及びカートリッジは、マイクロ流体システムのマイクロ流体機器側に機器光ファイバカプラと、マイクロ流体システムのマイクロ流体デバイス（又はカートリッジ）側にカートリッジ光ファイバコネクタとを提供する。
いくつかの実施形態では、セルフアライニング光ファイバシステム及び方法を含む、現在開示されているマイクロ流体システム、機器、及びカートリッジは、マイクロ流体システムのマイクロ流体機器側に機器光ファイバカプラと、マイクロ流体システムのマイクロ流体デバイス（又はカートリッジ）側にカートリッジ光ファイバコネクタとを提供し、それらの間に良好な光学的嵌合（約１０ｕｍ未満の間隔、約１００ｕｍ未満の同心度公差）を保証する。
いくつかの実施形態では、セルフアライニング光ファイバシステム及び方法を含む、現在開示されているマイクロ流体システム、機器、及びカートリッジは、マイクロ流体システムのマイクロ流体機器側に機器光ファイバカプラと、マイクロ流体システムのマイクロ流体デバイス（又はカートリッジ）側にカートリッジ光ファイバコネクタとを提供し、それらの間に良好な光学的嵌合を保証し、かなりの距離にわたって、使い捨てマイクロ流体デバイスの製造公差を容易にすることを可能にし、大量製造を可能にする。
いくつかの実施形態では、セルフアライニング光ファイバシステム及び方法を含む、現在開示されているマイクロ流体システム、機器、及びカートリッジは、マイクロ流体システムのマイクロ流体機器側に機器光ファイバカプラと、マイクロ流体システムのマイクロ流体デバイス（又はカートリッジ）側にカートリッジ光ファイバコネクタとを提供し、セルフアライニング光ファイバシステムは、１６（１６）個の光検出チャネルなどであるが、それに限定されない任意の数の光検出チャネルをサポートし得る。概して、任意の数の光検出チャネルは、使用され得る。例えば、いくつかの実施形態では、セルフアライメント光ファイバシステムは、約４（４）－約１６（１６）個、約４（４）－約１４（１４）個、又は約６（６）－約１２（１２）個の光検出チャネルを含んでもよい。他の実施形態では、セルフアライニング光ファイバシステムは、４、６、８、１０、１２、１４、又は１６個の光検出チャネルを含んでもよい。
いくつかの実施形態では、セルフアライニング光ファイバシステム及び方法を含む、現在開示されているマイクロ流体システム、機器、及びカートリッジは、マイクロ流体システムのマイクロ流体機器側に機器光ファイバカプラと、マイクロ流体システムのマイクロ流体デバイス（又はカートリッジ）側にカートリッジ光ファイバコネクタとを提供し、１つ又は２つの段階：（１）機器光ファイバカプラをカートリッジ光ファイバコネクタにアラインするコースアライメント段階、及び／又は（２）機器光ファイバカプラ及びカートリッジ光ファイバコネクタの各光チャネルを個々にアラインするファインアライメント段階において係合し、アラインする。
いくつかの実施形態では、セルフアライニング光ファイバシステム及び方法を含む、現在開示されているマイクロ流体システム、機器、及びカートリッジは、複数（例えば、１６個）の機器フェルールアセンブリのライン又は配置を含み得るマイクロ流体システムのマイクロ流体機器側に機器光ファイバカプラを提供し、機器フェルールアセンブリの各々は、市販のフェルールを含んでもよい。概して、任意の数の機器フェルールアセンブリは、使用され得る。例えば、いくつかの実施形態では、マイクロ流体システムは、約４（４）－約１６（１６）個、約４（４）－約１４（１４）個、約（６）－約１２（１２）個の機器フェルールアセンブリのライン又は配置を含んでもよい。他の実施形態では、マイクロ流体システムは、４、６、８、１０、１２、１４、又は１６個の機器フェルールアセンブリを含んでもよい。さらに、いくつかの実施形態では、機器フェルールアセンブリの各々は、機器光ファイバを含む。
いくつかの実施形態では、セルフアライニング光ファイバシステム及び方法を含む、現在開示されているマイクロ流体システム、機器、及びカートリッジは、複数（例えば、１６個）のカートリッジフェルールアセンブリのライン又は配置を含み得るマイクロ流体システムのマイクロ流体デバイス（又はカートリッジ）側にカートリッジ光ファイバコネクタを提供し、カートリッジフェルールアセンブリの各々は、機器フェルールアセンブリの市販のフェルールを受け入れるように設計され、光ファイバのファインアライメントを実装するカップ形状のカスタムフェルールを含んでもよい。概して、任意の数のカートリッジフェルールアセンブリは、使用され得る。例えば、いくつかの実施形態では、マイクロ流体システムは、約４（４）－約１６（１６）個、約４（４）－約１４（１４）個、約（６）－約１２（１２）個のカートリッジフェルールアセンブリのライン又は配置を含んでもよい。さらに他の実施形態では、マイクロ流体システムは、４、６、８、１０、１２、１４、又は１６個のカートリッジフェルールアセンブリを含んでもよい。さらに、いくつかの実施形態では、カートリッジフェルールアセンブリの各々は、カートリッジ光ファイバを含む。
いくつかの実施形態では、セルフアライニング光ファイバシステム及び方法を含む、現在開示されているマイクロ流体システム、機器、及びカートリッジは、カートリッジ光ファイバコネクタ内の一連の光ファイバ（例えば、１６本）を、同時に機器光ファイバカプラ内の同数の光ファイバ（例えば、１６本）上にアラインし、マイクロ流体システム及び／又は機器内の診断のための確立された光チャネルを介して光学結果を同時に伝送するための、マイクロ流体システムのマイクロ流体機器側に機器光ファイバカプラと、マイクロ流体システムのマイクロ流体デバイス（又はカートリッジ）側にカートリッジ光ファイバコネクタとを提供する。
いくつかの実施形態では、現在開示されているマイクロ流体システム、機器、及びカートリッジ、及び方法は、いくらかの距離にわたって複数の光ファイバのラインをアラインするための公差が、例えば、いくらかの距離にわたって１６個のカートリッジフェルールアセンブリに嵌合する１６個の機器フェルールアセンブリの集合的配置においてではなく、１個のカートリッジフェルールアセンブリへの１個の機器フェルールアセンブリの各個々の嵌合において実質的に全体に存在するセルフアライニング光ファイバシステムを提供することができる（ただし、本明細書では、他の配置は、企図される）。現在開示されているセルフアライニング光ファイバシステムは、本明細書では、マイクロ流体システム、機器、及びカートリッジに関して説明され得るが、現在開示されているセルフアライニング光ファイバシステムは、マイクロ流体用途のみに限定されることはない。これは、例示的なものに過ぎない。現在開示されているセルフアライニング光ファイバシステムは、２つのシステム、機器、及び／又はコンポーネント間の光結合及び／又はインタフェースを必要とする任意の用途に使用され得る。
さらに、本明細書では、現在開示されているセルフアライニング光ファイバシステムは、マイクロ流体システム、機器、及びカートリッジにおいて１６（１６）個の光検出チャネルをサポートすることに関して説明され得るが、現在開示されているセルフアライニング光ファイバシステムは、１６（１６）個の光検出チャネルのみをサポートすることに限定されることはない。これは、例示的なものに過ぎない。現在開示されているセルフアライニング光ファイバシステムは、本明細書の他の箇所に説明されるように、任意の数の光検出チャネルをサポートするように提供され得る。
ここで図１を参照すると、マイクロ流体機器とマイクロ流体デバイス（又はカートリッジ）とを光学的に結合するための、現在開示されているセルフアライニング光ファイバシステムの一実施例を含むマイクロ流体システム１００のブロックダイアグラムである。この実施例では、マイクロ流体システム１００は、セルフアライニング光ファイバシステム１１０を含み得る。セルフアライニング光ファイバシステム１１０は、マイクロ流体システム１００の機器側に機器光ファイバカプラ１１２と、マイクロ流体システム１００のマイクロ流体カートリッジ側にカートリッジ光ファイバコネクタ１１４とをさらに含む。
例えば、マイクロ流体システム１００は、マイクロ流体機器１６０及びマイクロ流体カートリッジ１７０を含み、それらは、セルフアライニング光ファイバシステム１１０を使用して光学的に結合され得る。この実施例では、セルフアライニング光ファイバシステム１１０の機器光ファイバカプラ１１２は、マイクロ流体機器１６０において提供され得る。さらに、セルフアライニング光ファイバシステム１１０のカートリッジ光ファイバコネクタ１１４は、マイクロ流体カートリッジ１７０において提供され得る。
マイクロ流体機器１６０は、光検出システム１６２及び可動スライド機構１６４をさらに含み得る。マイクロ流体機器１６０における機器光ファイバカプラ１１２は、１６本の光ファイバ１５４などの、光ファイバ１５４の配置を含み得る。１６本の光ファイバ１５４は、光ファイババンドル１６６を介して、機器光ファイバカプラ１１２から光検出システム１６２まで走行し得る。
マイクロ流体機器１６０の光検出システム１６２は、例えば、照明源（図示せず）及び光測定デバイス（図示せず）を含む光測定システムであってもよい。例えば、光検出システム１６２は、励起と検出との両方を提供する蛍光光度計であってもよい。この実施例では、照明源（例えば、可視範囲（４００－８００ｎｍ）の光源）及び光測定デバイス（例えば、電荷結合素子、光検出器、分光器、フォトダイオードアレイ）は、マイクロ流体カートリッジ１７０に関して配置され得る。さらに、マイクロ流体システム１００は、１つの光検出システム１６２のみ（例えば、１つの照明源及び１つの光測定デバイスのみ）に限定されない。マイクロ流体システム１００は、マイクロ流体カートリッジ１７０の複数の検出スポット１７８をサポートするために、複数の光検出システム１６２（例えば、複数の照明源及び／又は複数の光測定デバイス）を含んでもよい。
マイクロ流体機器１６０の可動スライド機構１６４は、同一平面において配置される固定マイクロ流体カートリッジ１７０に向かってマイクロ流体機器１６０をスライドさせるための任意の機構であり得る。可動スライド機構１６４のスライド動作は、マイクロ流体機器１６０における機器光ファイバカプラ１１２を、マイクロ流体カートリッジ１７０におけるカートリッジ光ファイバコネクタ１１４に係合するために使用される。このようにして、光結合は、マイクロ流体機器１６０とマイクロ流体カートリッジ１７０との間に生じる。すなわち、光学経路又はチャネルは、マイクロ流体カートリッジ１７０の検出スポット１７８からマイクロ流体機器１６０の光検出システム１６２に提供される。可動スライド機構１６４の一実施例は、図２Ａに示される。
マイクロ流体カートリッジ１７０は、例えば、任意の使い捨て或いは非使い捨てのデジタルマイクロ流体（ＤＭＦ）デバイス（又はカートリッジ）、液滴アクチュエータデバイス（又はカートリッジ）、液滴操作デバイス（又はカートリッジ）などであってもよい。カートリッジ光ファイバコネクタ１１４は、１６本の光ファイバ１４６などの、光ファイバ１４６の配置を含み得る。１６本の光ファイバ１４６は、カートリッジ光ファイバコネクタ１１４から、マイクロ流体カートリッジ１７０の１６個のそれぞれのセンサ１７６及び／又は１６個のそれぞれの検出スポット１７８まで走行し得る。
一実施例では、センサ１７６は、マイクロ流体カートリッジ１７０の検出スポット１７８（すなわち、検出チャネル）をサポートする表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）センサであってもよい。この実施例では、各ＳＰＲセンサ１７６は、機能化されたＳＰＲセンサ１７６（すなわち、表面に固定化されたリガンド）であり得る。
別の実施例では、センサ１７６は、局在表面プラズモン共鳴（ＬＳＰＲ）センサであってもよい。この実施例では、各ＬＳＰＲセンサ１７６は、（１）例えば、サンプルの特定の分子（例えば、標的分析物）及び／又は化学物質を検出することと、（２）分析物の分析、すなわち、結合事象をリアルタイムで測定し、オンレート（ON-rate）情報、オフレート情報（OFF-rate）、及び／又は親和性情報を抽出することとのために、機能化され得る。
一実施例では、マイクロ流体カートリッジ１７０の検出スポット１７８は、マイクロ流体システム１００の光検出操作専用の特定の液滴操作電極（すなわち、図示されないエレクトロウェッティング電極）であってもよい。マイクロ流体カートリッジ１７０のセンサ１７６及び検出スポット１７８のさらなる詳細は、図６を参照して以下のとおりに示され、説明される。
セルフアライニング光ファイバシステム１１０では、機器光ファイバカプラ１１２の光ファイバ１５４は、カートリッジ光ファイバコネクタ１１４のそれぞれの光ファイバ１４６とアラインし、光学的に結合する。セルフアライニング光ファイバシステム１１０の光結合機構のさらなる詳細は、図２Ａ－図２６を参照して以下のとおりに示され、説明される。
さらに、セルフアライニング光ファイバシステム１１０は、カートリッジ光ファイバコネクタ１１４の１６本の光ファイバ１４６に光学的に結合された機器光ファイバカプラ１１２の１６本の光ファイバ１５４などの、１６個の光検出チャネルのみをサポートすることに限定されないことがある。機器光ファイバカプラ１１２及びカートリッジ光ファイバコネクタ１１４を含むセルフアライニング光ファイバシステム１１０は、任意の数の光検出チャネルをサポートするように設計されてもよい。
ここで図２Ａを参照すると、図１に示され、現在開示されているセルフアライニング光ファイバシステム１１０を使用してマイクロ流体カートリッジ１７０に光学的に結合されたマイクロ流体機器１６０を含む、マイクロ流体システム１００の例示的なインスタンス化の透視図である。
この実施例では、可動スライド機構１６４は、レール２１２に取り付けられたスライド可能ベースプレート２１０と、マイクロ流体カートリッジ１７０から最も遠いスライド可能ベースプレート２１０の端部に取り付けられたバックプレート２１４とを含み得る。さらに、可動スライド機構１６４は、スライド可能ベースプレート２１０及びバックプレート２１４に関して固定のままにされているモータ２１６を含み得る。モータ２１６のリードねじ２１８は、バックプレート２１４のねじ穴に通され得る。概して、モータ２１６は、マイクロ流体機器１６０における機器光ファイバカプラ１１２を、マイクロ流体カートリッジ１７０におけるカートリッジ光ファイバコネクタ１１４に関して前進させ、且つ／或いは後退させるために使用され得る。
さらに、セルフアライニング光ファイバシステム１１０の機器光ファイバカプラ１１２は、バックプレート２１４に対向するスライド可能ベースプレート２１０の端部に配置される。機器光ファイバカプラ１１２は、機器光ファイバカプラ１１２の各端部に係合するために、スライド可能ベースプレート２１０の各側におけるねじ又はファスナ２２０及びばね２２２を使用してスライド可能ベースプレート２１０の端部に保持され得る。この配置では、ねじ又はファスナ２２０は、ばね２２２上にフロートする(float)。ねじ又はファスナ２２０は、機器光ファイバカプラ１１２を可動スライド機構１６４に引っ張り、係合するために使用されない。むしろ、ねじ又はファスナ２２０は、スライドガイドを提供し、モータ２１６及びリードねじ２１８のねじ作用が、マイクロ流体カートリッジ１７０と同一平面においてスライド可能ベースプレート２１０を並進させるために使用され得る。そうすることで、マイクロ流体機器１６０の可動スライド機構１６４、機器光ファイバカプラ１１２、及びカートリッジ光ファイバコネクタ１１４の全体は、一緒に引っ張られ、係合される。
図２Ａはまた、機器光ファイバカプラ１１２が、各側にダウエルピン１１８を有するカプラハウジング１１６を含み得ることを示す。一実施例では、ダウエルピン１１８は、１．６ｍｍの直径のダウエルピンであってもよい。さらに、カートリッジ光ファイバコネクタ１１４は、カートリッジデータムホール１３４を有するコネクタハウジング１３２を含み得る。カートリッジ光ファイバコネクタ１１４のコネクタハウジング１３２における２つのカートリッジデータムホール１３４は、機器光ファイバカプラ１１２のカプラハウジング１１６における２つのダウエルピン１１８を受け入れるように設計される。さらに、図２Ｂは、図１に示されたマイクロ流体システム１００のマイクロ流体機器部分の一実施例の透視図を示す。例えば、図２Ｂは、光ファイババンドル１６６を機器光ファイバカプラ１１２に提供するためのケーブル２１１のさらなる詳細を示す。
機器光ファイバカプラ１１２及びカートリッジ光ファイバコネクタ１１４のアラインのさらなる詳細は、図３－図２５を参照して以下のとおりに示され、説明される。
マイクロ流体システム１００では、マイクロ流体機器１６０の機器光ファイバカプラ１１２と、マイクロ流体機器１６０のカートリッジ光ファイバコネクタ１１４とは、２段階：（１）機器光ファイバカプラ１１２をカートリッジ光ファイバコネクタ１１４にアラインするコースアライメント段階と、（２）機器光ファイバカプラ１１２及びカートリッジ光ファイバコネクタ１１４の各光チャネルを個々にアラインするファインアライメント段階とにおいて係合し、アラインし得る。可動スライド機構１６４を使用するプロセスは、２つの段階のうちの第１を実行するために使用されることがあり、ダウエルピン１１８を使用し、機器光ファイバカプラ１１２をカートリッジ光ファイバコネクタ１１４にアラインするコースアライメント段階である。このコースアライメント段階では、機器光ファイバカプラ１１２の光ファイバ１５４（見えない）は、カートリッジ光ファイバコネクタ１１４の光ファイバ１４６（見えない）の約±０．７ｍｍ以内にアライン（端から端まで、或いは対向して）され得る。
ここで図３、図４、及び図５を参照すると、図１及び図２Ａに示され、機器光ファイバカプラ１１２及びカートリッジ光ファイバコネクタ１１４を含む、現在開示されているセルフアライニング光ファイバシステム１１０の一実施例の透視図である。さらに、図３、図４、及び図５は、カートリッジ光ファイバコネクタ１１４に関する機器光ファイバカプラ１１２を示すが、まだ機械的に且つ／或いは光学的に結合されていない。さらに、図３、図４、及び図５は、カートリッジ光ファイバコネクタ１１４のコネクタハウジング１３２における２つのカートリッジデータムホール１３４に関する機器光ファイバカプラ１１２のカプラハウジング１１６における２つのダウエルピン１１８をより明確に示す。さらに、図３及び図４は、スライド可能ベースプレート２１０のねじ又はファスナ２２０を受け入れるための、カプラハウジング１１６の端部（例えば、カプラハウジング１１６の各端部に１つずつ）におけるファスナホール１２２を示す。
この実施例では、機器光ファイバカプラ１１２のカプラハウジング１１６は、光ファイバ１５４（見えない）を含む機器フェルールアセンブリ１２４の配置を保持し得る。この実施例では、カプラハウジング１１６は、一列に配置された、光ファイバ１５４を保持するための１６個の機器フェルールアセンブリ１２４を保持する。同様に、カートリッジ光ファイバコネクタ１１４のコネクタハウジング１３２は、光ファイバ１４６（見えない）を含むカートリッジフェルールアセンブリ１３６の配置を保持し得る。この実施例では、コネクタハウジング１３２は、一列に配置された光ファイバ１４６を保持するための１６個のカートリッジフェルールアセンブリ１３６を保持する。
さらに、マイクロ流体カートリッジ１７０は、液滴操作ギャップ（図示せず）によって分離された底部基板１７２及び上部基板１７４を含み得る。一実施例では、底部基板１７２は、プリント基板（ＰＣＢ）であってもよく、上部基板１７４は、実質的に透明なガラス又はプラスチック基板であってもよい。さらに、カートリッジ光ファイバコネクタ１１４のコネクタハウジング１３２は、マイクロ流体カートリッジ１７０の上部基板１７４に組み込まれてもよい。例えば、コネクタハウジング１３２及び上部基板１７４は、一体成形プラスチック設計であってもよい。さらに、底部基板１７２は、液滴操作表面上で液滴操作を行うための任意の配置の液滴操作電極（すなわち、図示されないエレクトロウェッティング電極）を含んでもよい。
ここで図６を参照すると、図１－図５に示された現在開示されているセルフアライニング光ファイバシステム１１０のさらなる詳細を示す透視図である。例えば、図６は、機器光ファイバカプラ１１２の機器フェルールアセンブリ１２４の配置のみを示す。機器光ファイバカプラ１１２及び機器フェルールアセンブリ１２４のさらなる詳細は、図７Ａ－図１４を参照して以下のとおりに示され、説明される。
さらに、図６は、上部基板１７４が欠如のマイクロ流体カートリッジ１７０を示し、カートリッジフェルールアセンブリ１３６のさらなる詳細を示す。例えば、各カートリッジフェルールアセンブリ１３６は、光ファイバ１４６を保持するカートリッジフェルール１３８を含み得る。光ファイバ１４６の遠位端１５０は、センサ１７６（例えば、ＳＰＲセンサ１７６及び／又はＬＳＰＲセンサ１７６）を含み得る。さらに、センサ１７６を有する光ファイバ１４６の遠位端１５０は、マイクロ流体カートリッジ１７０の特定の検出チャネルである特定の検出スポット１７８に配置され得る。別の実施例では、光ファイバ１４６の遠位端１５０は、センサ１７６が欠如し、代わりに、センサ１７６は、マイクロ流体カートリッジ１７０及び／又は液滴操作の一部として検出スポット１７８に設けられてもよい。カートリッジフェルールアセンブリ１３６のさらなる詳細は、図１５Ａ－図１９を参照して以下のとおりに示され、説明される。
ここで図７Ａ及び図７Ｂを参照すると、それぞれ、図１３及び図１４に示された機器光ファイバカプラ１１２の機器フェルールアセンブリ１２４の一実施例の透視図及び分解図である。この実施例では、機器光ファイバカプラ１１２の各機器フェルールアセンブリ１２４は、先端１５３を有する機器フェルール１５２と、ケーブルクラッド（cable cladding）１５５に包まれた光ファイバ１５４と、フラットワッシャ（flat washer）１５６と、ばね１５８とを含み得る。
一実施例では、機器フェルール１５２は、部品番号：ＭＭ－ＦＥＲ２００７ＣＦ－ＸＸＸＸの系列における、Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ， Ｉｎｃ（ＰＦＰ）（チュラビスタ、カリフォルニア州）から入手可能なフェルールなどの、市販のフェルールであってもよい。図８は、機器フェルールアセンブリ１２４において使用され得るＰＦＰ機器フェルール１５２の一実施例の様々な図を示す。この実施例では、機器フェルール１５２は、約１１．８０ｍｍの全長を有し得る。先端１５３の外径（ＯＤ）は、約１．２５ｍｍであり得る。先端１５３の端面は、円錐形であり得る。光ファイバ１５４を受け入れるための機器フェルール１５２のボア（bore）径は、例えば、約８０μｍ－約１２６μｍであり得る。さらに、機器フェルール１５２では、フェルール材料は、例えば、セラミックジルコニア（ＺｒＯ２）であってもよく、フランジ材料は、例えば、ニッケルメッキされた黄銅であってもよい。
機器フェルールアセンブリ１２４では、光ファイバ１５４のＯＤは、例えば、約１００μｍ－約１２５μｍであってもよい。光ファイバ１５４を取り囲むケーブルクラッド１５５のＯＤは、例えば、約０．１２５＋０／－０．００８ｍｍであってもよい。
機器フェルールアセンブリ１２４では、フラットワッシャ１５６は、例えば、約３．５ｍｍのＯＤを有する約０．４ｍｍ－約０．５ｍｍの厚さであるＭ２ポリスライダワッシャであってもよい。
機器フェルールアセンブリ１２４では、ばね１５８は、接地端部を有するコイル状ワイヤ型ばねであってもよい。
機器フェルールアセンブリ１２４では、依然として図７Ａ及び図７Ｂを参照すると、フラットワッシャ１５６は、機器フェルール１５２のフランジ部分の背面に対して設けられ得る。次いで、ばね１５８は、フラットワッシャ１５６の背面に対して設けられ得る。次いで、光ファイバ１５４の露出部分は、機器フェルール１５２に挿入され、機器フェルール１５２の先端１５３に進み得る。次いで、ケーブルクラッド１５５のいくらかの長さは、機器フェルール１５２の後方部分の内側に係合する。機器フェルールアセンブリ１２４が完全にアセンブリされるとき、光ファイバ１５４の端面は、機器フェルール１５２の先端１５３の前面の開口部において露出され得る。したがって、機器フェルールアセンブリ１２４の光ファイバ１５４は、対応するカートリッジフェルールアセンブリ１３６の対応する光ファイバ１４６に光学的に結合され得る。その実施例は、図２０及び図２１を参照して以下のとおりに示される。
ここで図９Ａ及び図９Ｂを参照すると、図７Ａに示された機器フェルールアセンブリ１２４の他の透視図である。さらに、図１０は、機器フェルールアセンブリ１２４の側面図を示す。さらに、図１１Ａ及び図１１Ｂは、それぞれ、機器フェルールアセンブリ１２４の正面図及び背面図を示す。図９Ａ－図１１Ｂは、機器フェルールアセンブリ１２４が、機器フェルール１５２のフランジ部分の先端面に対してショルダワッシャ１２８をさらに含み得ることを示す。すなわち、ショルダワッシャ１２８は、機器フェルール１５２の先端１５３上に設けられ得る。ショルダワッシャ１２８は、例えば、Ｍ２ショルダカウンタサンク（shoulder countersunk）ワッシャであってもよい。
ここで図１２を参照すると、様々なアセンブリの状態における、図７Ａに示された機器フェルールアセンブリ１２４の透視図である。例えば、機器フェルールアセンブリ１２４は、ばね１５８の欠如が示される。フラットワッシャ１５６は、光ファイバ１５４に関して単独で示される。ショルダワッシャ１２８は、光ファイバ１５４に関して単独で示される。機器フェルール１５２は、光ファイバ１５４に関して単独で示される。ばね１５８は、光ファイバ１５４に関して単独で示される。光ファイバ１５４は、単独で示される。次いで、機器フェルールアセンブリ１２４は、完全にアセンブリされることが示される。
ここで図１３及び図１４を参照すると、それぞれ、図１－図６に示された現在開示されているセルフアライニング光ファイバシステム１１０の機器光ファイバカプラ１１２の一実施例の透視図及び分解図である。図１３及び図１４は、機器光ファイバカプラ１１２が、カプラハウジング１１６に固定された複数の機器フェルールアセンブリ１２４を保持するためのカプラクランププレート１２０をさらに含み得ることを示す。さらに、カプラクランププレート１２０は、複数のねじ１２６を介してカプラハウジング１１６に固定されてもよい。
ここで図１５Ａを参照すると、図１－図６に示され、現在開示されているセルフアライニング光ファイバシステム１１０のカートリッジ光ファイバコネクタ１１４のカートリッジフェルールアセンブリ１３６の一実施例の透視図である。この実施例では、カートリッジフェルールアセンブリ１３６は、カートリッジフェルール１３８及び光ファイバ１４６を含み得る。カートリッジフェルール１３８は、受容端部１４０及びファイバホルダ端部１４２をさらに含み得る。カートリッジフェルール１３８の受容端部１４０は、カップ形状であってもよく、機器フェルールアセンブリ１２４の機器フェルール１５２の先端１５３を受け入れるための大きさであってもよい。
カートリッジフェルールアセンブリ１３６では、光ファイバ１４６のＯＤは、例えば、約２００μｍ－約２３０μｍであってもよい。光ファイバ１４６を取り囲むケーブルクラッド（図示せず）のＯＤは、例えば、約０．２３＋０／－０．００８ｍｍであってもよい。
光ファイバ１４６は、近位端１４８及び遠位端１５０を有し得る。光ファイバ１４６の近位端１４８は、図１５Ａの線Ａ－Ａに沿ったカートリッジフェルールアセンブリ１３６の断面図である図１５Ｂに示されるように、カートリッジフェルール１３８の受容端部１４０におけるファイバセンタリング（fiber centering）チャネル１４４に収まれ得る。光ファイバ１４６の長さは、カートリッジフェルール１３８のファイバホルダ端部１４２を介して走行し、光ファイバ１４６の遠位端１５０は、ファイバホルダ端部１４２から離れて外側に延在する。
さらに、図１６Ａ及び図１６Ｂは、それぞれ、カートリッジフェルールアセンブリ１３６の上面図及び側面図を示す。さらに、図１７Ａ及び図１７Ｂは、それぞれ、カートリッジフェルールアセンブリ１３６の正面図及び背面図を示す。さらに、図１８は、カートリッジフェルールアセンブリ１３６の分解図を示す。
ここで図１９を参照すると、図１５Ａに示されたカートリッジフェルールアセンブリ１３６のカートリッジフェルール１３８の一実施例のさらなる詳細を示す断面図である。この実施例では、カートリッジフェルール１３８の全長は、約７．４ｍｍであり得る。カートリッジフェルール１３８の受容端部１４０の全径は、約３．１ｍｍであり得る。カートリッジフェルール１３８の受容端部１４０のＩＤ（内径）は、約１．２５ｍｍであり得る。カートリッジフェルール１３８のファイバホルダ端部１４２の全断面は、約１．６ｍｍであり得る。カートリッジフェルール１３８のファイバホルダ端部１４２のＩＤは、約２ｍｍであり得る。カートリッジフェルール１３８の受容端部１４０に通じるファイバセンタリングチャネル１４４のＩＤは、約０．２３ｍｍであり得る。
さらに、リードインベベル（lead-in bevel）又はシャンファ（chamfer）は、カートリッジフェルール１３８の受容端部１４０とファイバホルダ端部１４２との両方の開口部に設けられてもよい。リードインベベル又はシャンファは、アライメント中、機器フェルール１５２の先端１５３とカートリッジフェルール１３８の受容端部１４０との間の嵌合中に、例えば、約０．８ｍｍ－約０．９ｍｍの余裕のあるリードインを提供するために使用されてもよい。
ファイバセンタリングチャネル１４４は、光ファイバ１４６の近位端１４８を保持するように設計される。機器フェルールアセンブリ１２４が完全にアセンブリされるとき、光ファイバ１４６の端面は、カートリッジフェルール１３８の受容端部１４０の底の開口部において露出され得る。したがって、カートリッジフェルールアセンブリ１３６の光ファイバ１４６は、対応する機器フェルールアセンブリ１２４の対応する光ファイバ１５４に光学的に結合され得る。すなわち、カートリッジフェルールアセンブリ１３６の光ファイバ１４６と、機器フェルールアセンブリ１２４の光ファイバ１５４とは、カートリッジフェルール１３８のカップ形状の受容端部１４０の内側で対向になり、或いは端から端までをつなぎ得る。その一実施例は、図２０及び図２１を参照して以下のとおりに示される。
ここで図２０及び図２１を参照すると、図１－図６に示され、機器光ファイバカプラ１１２とカートリッジ光ファイバコネクタ１１４とが完全に共に係合したことを示す、現在開示されているセルフアライニング光ファイバシステム１１０の一部分の断面図である。
セルフアライニング光ファイバシステム１１０では、カートリッジフェルールアセンブリ１３６の光ファイバ１４６のＯＤは、機器フェルールアセンブリ１２４の光ファイバ１５４のＯＤよりも大きいことがある。例えば、光ファイバ１４６のＯＤは、約２００μｍ－約２３０μｍであってもよく、光ファイバ１５４のＯＤは、約１００μｍ－約１２５μｍであってもよい。これは、機器フェルールアセンブリ１２４の光ファイバ１５４の端部が、カートリッジフェルールアセンブリ１３６の光ファイバ１４６の端部とアラインし、一致する特定の公差を可能にする。セルフアライニング光ファイバシステム１１０では、光ファイバ１４６及び１５４に関するこの構成は、約±５０μｍよりも良好なアライメント公差を提供する。
再び、マイクロ流体システム１００では、マイクロ流体機器１６０の機器光ファイバカプラ１１２と、マイクロ流体機器１６０のカートリッジ光ファイバコネクタ１１４とは、２段階：（１）機器光ファイバカプラ１１２をカートリッジ光ファイバコネクタ１１４にアラインするコースアライメント段階と、（２）機器光ファイバカプラ１１２及びカートリッジ光ファイバコネクタ１１４の各光チャネルを個々にアラインするファインアライメント段階とにおいて係合し、アラインし得る。前述されたように、アライン機器光ファイバカプラ１１２のダウエルピン１１８は、カートリッジ光ファイバコネクタ１１４への機器光ファイバカプラ１１２のコースアライメント段階を実行するために使用されることがあり、２つの段階のうちの第１である。
図２０及び図２１に示されるように、機器フェルールアセンブリ１２４の機器フェルール１５２の光ファイバ１５４を搬送している先端１５３を、カートリッジフェルールアセンブリ１３６のカートリッジフェルール１３８の受容端部１４０に係合するプロセスは、２つの段階のうちの第２を実行するために使用されることがあり、カートリッジ光ファイバコネクタ１１４への機器光ファイバカプラ１１２のファインアライメント段階である。このファインアライメント段階では、機器光ファイバカプラ１１２の光ファイバ１５４は、カートリッジ光ファイバコネクタ１１４の光ファイバ１４６の約±５０μｍ以内にアライン（端から端まで、或いは対向して）され得る。
図２０及び図２１は、Ｚ方向のアライメント及び結合領域１８０を示す。さらに、Ｚ方向のアライメント及び結合領域１８０における、カートリッジ光ファイバコネクタ１１４の光ファイバ１４６への機器光ファイバカプラ１１２の光ファイバ１５４のアライメントは、マイクロ流体システム１００の光チャネル１８２を形成する。さらに、機器光ファイバカプラ１１２の機器フェルールアセンブリ１２４のばね１５８のばね荷重圧縮は、機器フェルール１５２及びカートリッジフェルール１３８がＺ方向においてオーバラップすることを可能にし、ファイバ端部が実質的にそれらの間にギャップを残すことなく対向して嵌合することを可能にする。
さらに、カートリッジフェルール１３８は、ねじ止めを有するプレートを使用してクランプダウンされる（clamped down）ことがあり、機器フェルール１５２は、カプラクランププレート１２０と機器フェルール１５２との間にギャップ１８４を残すことによってフロートすることが可能であり得る。カプラクランププレート１２０は、機器フェルール１５２の取り付けを可能にし、機器フェルール１５２が輸送中に落ちるのを防ぎ、フロートの遊びを制限する。フロートする機器フェルール１５２は、マイクロ流体カートリッジ１７０とマイクロ流体機器１６０との間に個々のセルフアライニングフェルールを可能にするコンプライアンスシステムを生成する。
いくつかの実施形態では、光学ゲルは、嵌合する２本の光ファイバ１４６及び１５４の端部間のフェルール界面上に塗布されてもよい。これは、ばね１５８のばね荷重圧縮とのｚ方向のオーバラップと相まって、光伝送の品質を保証するために使用され得る。カートリッジフェルール１３８の嵌合面の周りの凹型リング（図示せず）及び通気孔は、光学ゲル及び閉じ込められた空気が、嵌合操作中に逃げることを可能にし得る。
ここで図２２及び図２３を参照すると、図１－図６に示された現在開示されているセルフアライニング光ファイバシステム１１０のカートリッジ光ファイバコネクタ１１４に関する機器光ファイバカプラ１１２の上面図である。さらに、図２４及び図２５は、現在開示されているセルフアライニング光ファイバシステム１１０のカートリッジ光ファイバコネクタ１１４に関する機器光ファイバカプラ１１２の底面図である。
ここで図２６を参照すると、図１－図２５に示されたセルフアライニング光ファイバシステム１１０を含む、現在開示されているマイクロ流体システム１００の使用の方法３００の一実施例のフローダイアグラムである。方法３００は、以下のステップを含み得るが、それらに限定されない。
ステップ３１０では、現在開示されているセルフアライニング光ファイバシステムを含むマイクロ流体システム、マイクロ流体機器、及び／又はマイクロ流体カートリッジは、提供される。例えば、マイクロ流体機器１６０、マイクロ流体カートリッジ１７０を含み、図１－図２５を参照して以上のとおりに示され、説明されたように、現在開示されているセルフアライニング光ファイバシステム１１０を含むマイクロ流体システム１００は、提供されてもよい。
ステップ３１５では、マイクロ流体機器における機器光ファイバカプラは、マイクロ流体カートリッジにおけるカートリッジ光ファイバコネクタに関して提供される。例えば、セルフアライニング光ファイバシステム１１０では、マイクロ流体機器１６０における機器光ファイバカプラ１１２は、マイクロ流体カートリッジ１７０におけるカートリッジ光ファイバコネクタ１１４に関して提供される。
ステップ３２０では、マイクロ流体カートリッジにおけるカートリッジ光ファイバコネクタへの、マイクロ流体機器における機器光ファイバカプラの、第１の、すなわち、コース光学アライメントステップは、実行される。例えば、マイクロ流体カートリッジ１７０におけるカートリッジ光ファイバコネクタ１１４への、マイクロ流体機器１６０における機器光ファイバカプラ１１２のファイン光学アライメントステップは、実行される。例えば、マイクロ流体機器１６０の可動スライド機構１６４は、マイクロ流体カートリッジ１７０における固定カートリッジ光ファイバコネクタ１１４に向かって機器光ファイバカプラ１１２を並進させるために使用されてもよい。そうすることで、コースアライメントステップは、カートリッジ光ファイバコネクタ１１４への機器光ファイバカプラ１１２の最初の係合及びアライメントのためにダウエルピン１１８を使用する。このコースアライメントステップでは、機器光ファイバカプラ１１２の光ファイバ１５４は、カートリッジ光ファイバコネクタ１１４の光ファイバ１４６の約±０．７ｍｍ以内にアライン（端から端まで、或いは対向して）され得る。
ステップ３２５では、マイクロ流体カートリッジにおけるカートリッジ光ファイバコネクタへの、マイクロ流体機器における機器光ファイバカプラの、第２の、すなわち、ファイン光学アライメントステップは、実行される。例えば、マイクロ流体機器１６０の可動スライド機構１６４は、マイクロ流体カートリッジ１７０における固定カートリッジ光ファイバコネクタ１１４に向かって機器光ファイバカプラ１１２を並進させ続けるために使用されてもよい。そうすることで、ファイン光学アライメントステップは、機器フェルールアセンブリ１２４の（光ファイバ１５４を有する）機器フェルール１５２をカートリッジフェルールアセンブリ１３６の（光ファイバ１４６を有する）カートリッジフェルール１３８に完全に係合することによって達成され得る。このファインアライメントステップでは、機器光ファイバカプラ１１２の光ファイバ１５４は、カートリッジ光ファイバコネクタ１１４の光ファイバ１４６の約±５０μｍ以内にアライン（端から端まで、或いは対向して）され得る。
ステップ３３０では、現在開示されているセルフアライニング光ファイバシステムを使用してマイクロ流体システム、マイクロ流体機器、及び／又はマイクロ流体カートリッジの光検出操作は、実行される。例えば、現在開示されているセルフアライニング光ファイバシステム１１０を使用してマイクロ流体システム１００、マイクロ流体機器１６０、及び／又はマイクロ流体カートリッジ１７０の光検出操作は、実行されてもよい。例えば、マイクロ流体カートリッジ１７０は、生物学的材料の処理に関してＤＭＦ操作（又は液滴操作）を実行するために使用されてもよい。これらのプロセスでは、光検出操作は、生じることがあり、セルフアライニング光ファイバシステム１１０は、マイクロ流体カートリッジ１７０の検出スポット１７８からマイクロ流体機器１６０の光検出システム１６２に光学経路又はチャネルを提供する。
ここで再び図１－図２６を参照すると、現在開示されているマイクロ流体システム１００、マイクロ流体機器１６０、マイクロ流体カートリッジ１７０、及び方法３００は、マイクロ流体システム１００のマイクロ流体機器側に機器光ファイバカプラカプラ１１２と、マイクロ流体システム１００のマイクロ流体カートリッジ側にカートリッジ光ファイバコネクタ１１４とを含み得るセルフアライニング光ファイバシステム１１０を提供することができる。
ここで再び図１－図２６を参照すると、現在開示されているマイクロ流体システム１００、マイクロ流体機器１６０、マイクロ流体カートリッジ１７０、及び方法３００は、マイクロ流体システム１００のマイクロ流体機器側の機器光ファイバカプラ１１２と、マイクロ流体システム１００のマイクロ流体カートリッジ側のカートリッジ光ファイバコネクタ１１４とが、それらの間に良好な光学的嵌合（約１０ｕｍ未満の間隔、約１００ｕｍ未満の同心度公差）を保証するセルフアライニング光ファイバシステム１１０を提供することができる。
ここで再び図１－図２６を参照すると、現在開示されているマイクロ流体システム１００、マイクロ流体機器１６０、マイクロ流体カートリッジ１７０、及び方法３００は、マイクロ流体システム１００のマイクロ流体機器側の機器光ファイバカプラ１１２と、マイクロ流体システム１００のマイクロ流体カートリッジ側のカートリッジ光ファイバコネクタ１１４とが、１６（１６）個の光検出チャネルなどであるが、それに限定されない任意の数の光検出チャネルをサポートし得るセルフアライニング光ファイバシステム１１０を提供することができる。
ここで再び図１－図２６を参照すると、現在開示されているマイクロ流体システム１００、マイクロ流体機器１６０、マイクロ流体カートリッジ１７０、及び方法３００は、マイクロ流体システム１００のマイクロ流体機器側の機器光ファイバカプラ１１２と、マイクロ流体システム１００のマイクロ流体カートリッジ側のカートリッジ光ファイバコネクタ１１４とが、２段階：（１）機器光ファイバカプラ１１２をカートリッジ光ファイバコネクタ１１４にアラインするコースアライメント段階と、（２）機器光ファイバカプラ１１２及びカートリッジ光ファイバコネクタ１１４の各光チャネルを個々にアラインするファインアライメント段階とにおいて係合し、アラインするセルフアライニング光ファイバシステム１１０を提供することができる。
ここで再び図１－図２６を参照すると、現在開示されているマイクロ流体システム１００、マイクロ流体機器１６０、マイクロ流体カートリッジ１７０、及び方法３００は、マイクロ流体システム１００のマイクロ流体機器側の機器光ファイバカプラ１１２と、マイクロ流体システム１００のマイクロ流体カートリッジ側のカートリッジ光ファイバコネクタ１１４とが、複数（例えば、１６個）の機器フェルールアセンブリ１２４のライン又は配置を含み得るセルフアライニング光ファイバシステム１１０を提供することができ、機器フェルールアセンブリ１２４の各々は、市販のフェルールを含んでもよい。
ここで再び図１－図２６を参照すると、現在開示されているマイクロ流体システム１００、マイクロ流体機器１６０、マイクロ流体カートリッジ１７０、及び方法３００は、マイクロ流体システム１００のマイクロ流体機器側の機器光ファイバカプラ１１２と、マイクロ流体システム１００のマイクロ流体カートリッジ側のカートリッジ光ファイバコネクタ１１４とが、複数（例えば、１６個）のカートリッジフェルールアセンブリ１３６のライン又は配置を含み得るセルフアライニング光ファイバシステムを提供することができ、カートリッジフェルールアセンブリ１３６の各々は、機器フェルールアセンブリ１２４の市販のフェルールを受け入れるように設計され、光ファイバのファインアライメントを実装するカップ形状のカスタムカートリッジフェルール１３８を含んでもよい。
ここで再び図１－図２６を参照すると、現在開示されているマイクロ流体システム１００、マイクロ流体機器１６０、マイクロ流体カートリッジ１７０、及び方法３００は、いくらかの距離にわたって複数の光ファイバのラインをアラインするための公差が、例えば、いくらかの距離にわたって１６個のカートリッジフェルールアセンブリ１３６に嵌合する１６個の機器フェルールアセンブリ１２４の集合的配置においてではなく、１個のカートリッジフェルールアセンブリ１３６への１個の機器フェルールアセンブリ１２４の各個々の嵌合において実質的に全体に存在するセルフアライニング光ファイバシステム１１０を提供することができる。
ここで再び図１－図２６を参照すると、現在開示されているマイクロ流体システム１００、マイクロ流体機器１６０、マイクロ流体カートリッジ１７０、及び方法３００は、マイクロ流体システム１００のマイクロ流体機器側の機器光ファイバカプラ１１２と、マイクロ流体システム１００のマイクロ流体カートリッジ側のカートリッジ光ファイバコネクタ１１４とが、カートリッジ光ファイバコネクタ１１４内の一連の光ファイバ（例えば、１６本）を、同時に機器フェルールアセンブリ１２４内の同数の光ファイバ（例えば、１６本）上にアラインし、マイクロ流体システム１００及び／又はマイクロ流体機器１６０内の診断のための確立された光チャネルを介して光学結果を同時に伝送するために使用され得る、セルフアライニング光ファイバシステム１１０を提供することができる。
ここで再び図１－図２６を参照すると、現在開示されているセルフアライニング光ファイバシステム１１０を含むマイクロ流体システム１００及び方法３００は、マイクロ流体カートリッジ１７０及びマイクロ流体機器１６０における複数のファイバのアライメント操作を自動化し、光伝送のための様々なチャネルを確立する簡単且つ費用効果がある方法を提供することができる。このイノベーションは、使い捨てカートリッジ側には単一の低コストの射出成形ポリマ部品のみを配置し、機器側には全てのメカニクスを保持する。
ここで再び図１－図２６を参照すると、現在開示されているセルフアライニング光ファイバシステム１１０を含むマイクロ流体システム１００及び方法３００は、機構を提供することができ、マイクロ流体カートリッジ１７０の各個々のカートリッジフェルールアセンブリ１３６は、機構アライメントに影響を及ぼすことなく、カートリッジ統合前に独立して処理され得る。これは、各光ファイバチャネルが個々にアラインされることがあり、したがって、部品－部品のばらつきがそれに影響を及ぼさないことがあるので、可能である。独立した処理は、新規の化学物質が、その対応するカートリッジフェルールアセンブリ１３６の各個々のセンサ１７６に適用されることを可能にするので、有利である。
長年の特許法の慣例に従い、用語「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、特許請求の範囲を含む、本願において使用されるとき、「１つ又は複数」を指す。したがって、例えば、「対象物」への言及は、文脈が明らかに反対（例えば、複数の対象物）などでない限り、複数の対象物を含む。
用語「含む（comprise）」、「含む（comprises）」、「含む（comprising）」、「含む（include）」、「含む（includes）」、及び「含む（including）」は、非限定的であることが意図され、リスト内の項目の記載は、リストされた項目に置換され、或いは追加され得る他の同様の項目の排除ではない。
「好ましくは（preferably）」、「一般的に（commonly）」、及び「典型的に（typically）」のような用語は、本明細書では、特許請求される実施形態の範囲を限定するために、或いは特定の特徴が特許請求される実施形態の構造又は機能にとって不可欠若しくは必須であることを暗示するために、利用されない。これらの用語は、本開示の特定の実施形態において利用されることがあり、或いは利用されないことがある代替的或いは追加的な特徴を強調することが意図される。
用語「実質的に（substantially）」は、本明細書では、任意の定量的比較、値、測定、又は他の表現に起因し得る固有の不確実性の度合いを表すために、且つ、定量的表現が、目下の対象の基本的機能の変化をもたらすことなく、記載された言及から変化し得る度合いを表すために、利用される。
発明の開示された方法、組成物及び使用の様々な修正及び変形は、発明の範囲及び本旨から逸脱することなく当業者に明らかであろう。発明は、特定の好ましい態様又は実施形態に関連して開示されているが、特許請求される発明は、そのような特定の態様又は実施形態に不当に限定されるべきではないことが理解されるべきである。
本明細書及び添付の特許請求の範囲の目的のために、別段の定めがない限り、本明細書及び特許請求の範囲において使用される量（amount）、サイズ、寸法、割合、形状、配合、パラメータ、パーセンテージ、量（quantity）、特性、及び他の数値を表現する全ての数は、用語「約（about）」が値、量又は範囲と共に明示的に現れないことがあっても、全ての例において用語「約」によって修飾されるものと理解されるべきである。したがって、反対の定めがない限り、以下の明細書及び添付の特許請求の範囲に記載される数値パラメータは、正確ではなく、正確である必要はないが、公差、換算係数、丸め（rounding off）、測定誤差などと、現在開示されている対象によって取得されようとされる所望の特性に依存して当業者に知られている他の要因とを反映して、希望通り、近似であってもよく、且つ／或いは、より大きく若しくはより小さくてもよい。例えば、値を参照するときの用語「約」は、変形が、開示される方法を実行するために、或いは開示される組成物を採用するために適切であるような、特定の量から、いくつかの実施形態では±１００％、いくつかの実施形態では±５０％、いくつかの実施形態では±２０％、いくつかの実施形態では±１０％、いくつかの実施形態では±５％、いくつかの実施形態では±１％、いくつかの実施形態では±０．５％、及びいくつかの実施形態では±０．１％の変形を包含することを意味され得る。
さらに、用語「約（about）」は、１つ又は複数の数又は数値範囲に関連して使用されるとき、範囲内の全ての数を含む、全てのそのような数を指すと理解されるべきであり、記載された数値の上下に境界を拡張することによってその範囲を修正する。端点による数値範囲の記載は、その範囲内に包含される全ての数、例えば、その端数を含む整数（例えば、１－５の記載は、１、２、３、４、及び５、ならびにその端数、例えば、１．５、２．２５、３．７５、４．１などを含む）と、その範囲内の任意の範囲とを含む。
前述の対象は、理解の明確の目的のために、例及び実施例によって若干詳細に説明されているが、当業者によって、特定の変更及び修正は、添付の特許請求の範囲の範囲内で実施され得ることが理解されよう。
前述の対象は、理解の明確の目的のために、例及び実施例によって若干詳細に説明されているが、当業者によって、特定の変更及び修正は、添付の特許請求の範囲の範囲内で実施され得ることが理解されよう。

Claims (35)

  1. （ａ）マイクロ流体機器であって、光検出システムを含む、前記マイクロ流体機器と、
    （ｂ）マイクロ流体カートリッジと、
    （ｃ）セルフアライニング光ファイバシステムと
    を含み、
    前記セルフアライニング光ファイバシステムは、前記マイクロ流体機器と前記マイクロ流体カートリッジとを光学的に結合する、
    マイクロ流体システム。
  2. 前記セルフアライニング光ファイバシステムは、機器光ファイバカプラ及びカートリッジ光ファイバコネクタを含む、請求項１に記載のマイクロ流体システム。
  3. 前記光検出システムは、照明源及び光測定デバイスを含む、請求項１乃至２のいずれか１項に記載のマイクロ流体システム。
  4. 前記セルフアライニング光ファイバシステムは、複数の光検出チャネルを含み、前記複数の光検出チャネルの各々は、機器光チャネル及びカートリッジ光チャネルを含む、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のマイクロ流体システム。
  5. 前記機器光チャネルの各々は、前記カートリッジ光チャネルの各々を光測定デバイスに光学的に接続する、請求項４に記載のマイクロ流体システム。
  6. 前記セルフアライニング光ファイバシステムは、約４－約１６個の光検出チャネルを含む、請求項４乃至５のいずれか１項に記載のマイクロ流体システム。
  7. 機器光ファイバカプラは、各々が先端部及び機器光ファイバを含む複数の機器フェルールアセンブリを含む、請求項２乃至６のいずれか１項に記載のマイクロ流体システム。
  8. カートリッジ光ファイバコネクタは、各々が機器フェルールアセンブリを受け入れることができる受容端部を含み、各々がカートリッジ光ファイバを含む複数のカートリッジフェルールアセンブリをさらに含む、請求項２乃至７のいずれか１項に記載のマイクロ流体システム。
  9. 前記マイクロ流体機器は、可動スライド機構をさらに含み、前記可動スライド機構は、機器光ファイバカプラをカートリッジ光ファイバコネクタに係合することによって、前記マイクロ流体機器と前記マイクロ流体カートリッジとの間に光結合を生成するように動作可能である、請求項２乃至８のいずれか１項に記載のマイクロ流体システム。
  10. 前記可動スライド機構は、機器フェルールアセンブリをカートリッジフェルールアセンブリに係合し、それによって、機器光ファイバをカートリッジ光ファイバに結合するように動作可能である、請求項９に記載のマイクロ流体システム。
  11. 前記可動スライド機構は、レールに取り付けられたスライド可能ベースプレートと、前記スライド可能ベースプレートの端部に取り付けられたバックプレートと、前記カートリッジ光ファイバコネクタに関して前記機器光ファイバカプラを前進させ、且つ／或いは後退させるように動作可能なリードねじ及び関連付けられたモータとを含む、請求項９に記載のマイクロ流体システム。
  12. 前記マイクロ流体カートリッジは、
    （ａ）底部基板であって、液滴操作表面を含む、前記底部基板と、
    （ｂ）上部基板と
    をさらに含み、
    前記底部基板及び前記上部基板は、それらの間に液滴操作ギャップによって分離される、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のマイクロ流体システム。
  13. 前記底部基板及び／又は上部基板は、ＰＣＢ基板、ガラス基板、又はシリコン基板を含み、前記ＰＣＢ基板、ガラス基板、又はシリコン基板は、誘電体層と、液滴操作のために操作可能な１つ又は複数の電極とで任意にコーティングされている、請求項１２に記載のマイクロ流体システム。
  14. 前記底部基板と前記上部基板との間の前記液滴操作ギャップは、フィラー流体で満たされる、請求項１２乃至１３のいずれか１項に記載のマイクロ流体システム。
  15. 前記フィラー流体は、低粘度油又はハロゲン化油である、請求項１４に記載のマイクロ流体システム。
  16. 前記マイクロ流体カートリッジは、デジタルマイクロ流体カートリッジ（ＤＭＦ）である、請求項１乃至請求項１５のいずれか１項に記載のマイクロ流体システム。
  17. 前記光検出システムは、１つ又は複数の表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）センサ、又は、１つ又は複数の局在表面プラズモン共鳴（ＬＳＰＲ）センサを含む、請求項３乃至１６のいずれか１項に記載のマイクロ流体システム。
  18. 光検出操作を実行するための方法であって、
    （ａ）マイクロ流体システムを提供することであって、前記マイクロ流体システムは、マイクロ流体機器、マイクロ流体カートリッジ、及び複数の光検出チャネルを含み、
    （ｉ）前記マイクロ流体機器は、機器光ファイバカプラを含み、
    （ｉｉ）前記マイクロ流体カートリッジは、カートリッジ光ファイバコネクタを含む、
    前記提供することと、
    （ｂ）前記機器光ファイバカプラを前記カートリッジ光ファイバコネクタにアラインする第１の光学アライメントステップを実行することと、
    （ｃ）各光検出チャネルを個々にアラインする第２の光学アライメントステップを実行することと、
    （ｄ）前記マイクロ流体システム、前記マイクロ流体機器及び前記マイクロ流体カートリッジを使用して光検出操作を実行することと
    を含む、方法。
  19. 前記マイクロ流体機器は、可動スライド機構をさらに含み、前記第１の光学アライメントステップは、前記光ファイバカプラが前記光ファイバコネクタに係合するまで、前記可動スライド機構を移動させることによって実施される、請求項１８に記載の方法。
  20. 前記光ファイバカプラは、固定光ファイバコネクタに向かって移動される、請求項１９に記載の方法。
  21. 前記第１の光学アライメントステップは、前記複数の光検出チャネルの各々のコースアライメントをもたらす、請求項１８乃至２０のいずれか１項に記載の方法。
  22. 前記第２のアライメントステップは、前記光ファイバカプラが前記光ファイバコネクタに完全に係合するまで、可動スライド機構を前記マイクロ流体カートリッジに向かって並進させ続け、それによって、前記光検出チャネルの各々を個々にアラインすることによって実施される、請求項１９乃至２１のいずれか１項に記載の方法。
  23. 前記第２の光学アライメントステップは、前記複数の光検出チャネルの各々のファインアライメントをもたらす、請求項２２に記載の方法。
  24. 前記光ファイバカプラは、各々が先端部及び機器光ファイバを含む複数の機器フェルールアセンブリをさらに含み、前記光ファイバコネクタは、各々が前記機器フェルールアセンブリを受け入れることができる受容端部を含み、各々がカートリッジ光ファイバを含む複数のカートリッジフェルールアセンブリをさらに含み、可動スライドは、前記機器フェルールアセンブリの各々が前記カートリッジフェルールアセンブリの各々に係合するまで移動され、それによって、前記機器光ファイバを前記カートリッジ光ファイバと接続し、前記複数の光検出チャネルを生成する、請求項１９乃至２３のいずれか１項に記載の方法。
  25. 前記機器光ファイバカプラは、１つ又は複数のダウエルピンを有するハウジングをさらに含み、前記カートリッジ光コネクタは、１つ又は複数のデータムホールを有するハウジングをさらに含み、前記１つ又は複数のデータムホールは、前記第１のアライメントステップ中、前記１つ又は複数のダウエルピンを受け入れる、請求項１９乃至２４のいずれか１項に記載の方法。
  26. 前記ダウエルピンは、機器光ファイバカプラをカートリッジ光ファイバコネクタにアラインする、請求項２５に記載の方法。
  27. 機器光ファイバは、カートリッジ光ファイバの約±０．７ｍｍ以内にアラインされる、請求項２５に記載の方法。
  28. 前記第２のアライメントステップは、前記光ファイバカプラと光ファイバコネクタとの間にｚ方向のアライメントをもたらす、請求項１９乃至２７のいずれか１項に記載の方法。
  29. 前記第２のアライメントステップは、機器フェルールアセンブリの各々とカートリッジフェルールアセンブリの各々との間に方向のアライメントをもたらし、機器光ファイバ及びカートリッジ光ファイバを、実質的にそれらの間にギャップを残すことなく対向してアラインする、請求項２４乃至２７のいずれか１項に記載の方法。
  30. 前記機器フェルールアセンブリは、ばねをさらに含み、前記ばねは、前記機器光ファイバ及び前記カートリッジ光ファイバを、実質的にそれらの間にギャップを残すことなく対向してアラインする、請求項２９に記載の方法。
  31. 前記機器光ファイバは、カートリッジ光ファイバの約±５０μｍ以内にアラインされる、請求項２９乃至３０のいずれか１項に記載の方法。
  32. 光学ゲルは、機器光ファイバとカートリッジ光ファイバとの間に塗布される、請求項２４乃至３１のいずれか１項に記載の方法。
  33. 前記マイクロ流体システムは、照明源及び光測定デバイスを含む光検出システムをさらに含む、請求項１８乃至３２のいずれか１項に記載の方法。
  34. 前記光検出システムは、表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）又は局在表面プラズモン共鳴（ＬＳＰＲ）を含み、前記光検出システムは、ＳＰＲ又はＬＳＰＲ照明源と、１つ又は複数のＳＰＲ又はＬＳＰＲ光測定デバイスとを含む、請求項３３に記載の方法。
  35. 前記マイクロ流体カートリッジは、デジタルマイクロ流体カートリッジ（ＤＭＦ）である、請求項１８乃至３４のいずれか１項に記載の方法。
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