JP3146942U - 流体を計量分配する計量アセンブリ - Google Patents

Abstract

【課題】流体サンプルを個別の量の任意の組合せで計量分配する流体処理装置を提供する。
【解決手段】流体処理装置１０は、選択した材料を所定の出力量だけ選択したウェルに迅速かつ効率的に計量分配するように構成されている。対応するソース貯留部２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、および２０ｆ内にいくつかの異なる材料１２が提供され、材料が選択的に供給されてさらに処理される際に通過する材料バルブ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅおよび２２ｆに接続されている。材料は、一度に１つ選択することができ、その後、材料チャネル２４に流入する。チャネル２４は主充填チャネル２６に送られる。主充填チャネル２６は、計量チャンバ３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、および３０ｅに接続され、そこで流れは充填バルブ２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄ、および２８ｅを介して個別に制御され、各々の選択した計量チャンバを所望の材料で完全に充填する。
【選択図】図１

Description

本考案の態様は、選択した流体サンプルを指定された個別の量の任意の組合せで計量分配するプロセスを迅速かつ効率的にする装置に関する。

しばしば競合する判定基準を満足しなければならない流体処理装置を設計するという課題が存在する。

これに関連して、小型でありながら流体を迅速かつ効率的に送達できる流体処理装置を製造することは困難である。例えば、化学的および／または生物学的分析で使用するようなマイクロプレートに流体を計量分配する際には、流体を比較的高いスループットで、かつ小型の構成で計量分配しなければならない。これらのしばしば競合する判定基準を満足しようという種々の配置構成が存在する。

１つの例示的実施形態では、計量アセンブリが提供される。計量アセンブリは、流体チップと流体チップ内に配置された複数の計量チャンバとを含む。各計量チャンバは、チャンバ容積を画定する。複数のバルブが各計量チャンバと連通する。バルブの各々は、計量チャンバからの出口を提供し、バルブの各々は、計量チャンバから計量分配できる個別の出力量を提供するように選択することができる。

別の例示的実施形態では、計量アセンブリが提供される。計量アセンブリは、流体チップと流体チップ内に配置された複数の計量チャンバとを含む。計量チャンバは、洗浄流体を受けるように構成されている。流体チップ内には複数のパージチャネルが配置され、それぞれ複数の計量チャンバと連通している。各パージチャネルは、少なくとも１つの洗浄流体を受けるように構成されている。複数のパージバルブは、各パージチャネルと各計量チャンバとを連通する。各パージバルブは、対応するパージバルブが作動すると洗浄流体が計量チャンバ内に逆流方向に流入して対応する各計量チャンバを洗浄するように制御することができる。

さらに別の例示的実施形態では、計量アセンブリが提供される。計量アセンブリは、流体チップと流体チップ内に配置された複数の計量チャンバとを含む。各計量チャンバは、チャンバ容積を画定する。複数のバルブが各計量チャンバと連通する。バルブは、バルブの複数のサブセットにグループ化される。バルブの各サブセットは、計量チャンバから計量分配できる個別の出力量を画定する。バルブの各サブセットは共通に制御することができる。

さらに別の実施形態では、計量アセンブリが提供される。計量アセンブリは、流体チップと流体チップ内に配置された複数の計量チャンバとを含む。流体チップ内には複数の圧力口も配置されている。複数のマルチレベルバルブが流体チップ内に配置されている。各バルブは、圧力口および計量チャンバと連通する。圧力口を通して圧力を印加するとバルブが作動する。マルチレベルバルブの各々は厚みを有するバルブ膜と、バルブ膜を囲む基部と、基部とバルブ膜との間に配置されたリップとを含む。基部はバルブ膜の厚みより大きい厚みを有し、リップは基部厚より大きい高さを有する。

別の実施形態では、計量アセンブリが提供される。計量アセンブリは、流体チップと、流体チップ内に配置された複数の計量チャンバとを含む。複数のバルブが各計量チャンバと連通する。バルブは、共通の基板とその上に形成された複数のバルブ膜とを有する複数のバルブクラスタにグループ化され、したがってクラスタ内の各バルブは共通の基板を共用する。バルブの各クラスタは、第１の計量チャンバと連通する少なくとも１つの第1のバルブと第２の計量チャンバと連通する少なくとも１つの第２のバルブを有する。

さらに別の実施形態では、流体チップから流体を計量分配する方法が提供される。この方法は、ａ）流体チップ内の複数の固定容積の計量チャンバを選択した流体で選択的に充填するステップと、ｂ）上記固定容積の計量チャンバから対応する出力場所に上記流体を出力するステップとを含む。この方法は、また、所望の量が固定容積より大きい場合に各出力場所で所望の量が得られるまでステップａ）およびｂ）を繰り返すステップを含む。

さらに別の実施形態では、流体チップから流体を計量分配する方法が提供される。この方法は、ａ）流体チップ内の複数の固定容積の計量チャンバを選択した流体で充填するステップと、ｂ）上記固定容積の計量チャンバから対応する出力場所に上記流体を選択的に出力するステップとを含む。この方法は、また、所望の量が固定容積より大きい場合に各出力場所で所望の量が得られるまでａ）およびｂ）を繰り返すステップを含む。

さらに別の実施形態では、流体チップから流体を計量分配する方法が提供される。この方法は、ａ）各々が固定充填容積を有し、各々が複数の選択可能な個別の出力量を提供する複数の計量チャンバを有する流体チップを提供するステップと、ｂ）複数の異なる流体からある流体を選択するステップと、ｃ）各ウェルに計量分配する選択した流体のウェル充填容積を決定するステップと、ｄ）複数の計量チャンバのうちの少なくとも１つのサブセットを固定充填容積まで選択した流体で充填するステップと、ｅ）計量チャンバの第1の個別の出力量を選択するステップと、ｆ）選択された第1の個別の出力量に応答して各計量チャンバから流体をウェルに出力するステップと、ｇ）各計量チャンバから計量分配された流体の総出力量を蓄積するステップと、ｈ）各計量チャンバからの個別の出力量が蓄積された総出力量に等しいか否かを判定するステップと、ｉ）各計量チャンバからの蓄積された総出力量がウェルの充填容積に満たない時に複数の計量チャンバのサブセットを選択した流体で再度充填するステップと、ｊ）計量チャンバの第２の個別の出力量を選択するステップと、ｋ）選択された第２の個別の出力量に応答して各計量チャンバから流体をウェルに出力するステップとを含む。この方法は、また、ｌ）蓄積された量がウェルの充填容積に等しくなるまでステップｇ）からｋ）を繰り返すステップを含む。この方法は、また、複数の異なる流体から選択された別の流体に対して、ステップｂ）からｌ）を繰り返すステップを含む。

さらに別の実施形態では、マイクロ流体制御装置が提供される。この装置は、膜厚を有する柔軟な膜と、柔軟な膜を囲む基部とを含む。基部は、基部厚を有する。基部厚は、膜厚より大きい。柔軟な膜と流体連通する複数の流体アクセスポートを有する基板も含まれる。柔軟な膜は、膜が作動すると、第1の流体アクセスポートと第２の流体アクセスポートとの間を流体が通過できるように流体アクセスポートからそれるように構成されている。

さらに別の実施形態では、マイクロ流体制御装置が提供される。この装置は、膜厚を有する柔軟な膜と、柔軟な膜を囲む基部とを含む。基部は、基部厚を有する。基部厚は、膜厚より大きい。基部と柔軟な膜との間にはリップが配置されている。リップは、基部厚より大きい高さを有する。

別の実施形態では、マイクロ流体制御装置が提供される。この装置は、膜厚を有する柔軟な膜と、柔軟な膜を囲む基部とを含む。基部は、基部厚を有する。基部厚は、膜厚より大きい。この装置は、柔軟な膜に隣接した上部層をさらに含む。上部層は、柔軟な膜よりも堅い。柔軟な膜に隣接して下部層が配置されている。下部層は、柔軟な膜よりも堅い。

別の実施形態では、マイクロ流体制御装置を作動させる方法が提供される。この方法は、柔軟な膜が流体アクセスポートとの間にシールを形成するように柔軟な膜に圧力を印加するステップと、柔軟な膜が第１の流体アクセスポートと第２の流体アクセスポートとの間を流体が通過できるようにするために柔軟な膜への圧力を低減することにより、柔軟な膜と流体アクセスポートとの間のシールを解除するステップとを含む。

本考案の種々の実施形態はある種の利点を提供する。本考案のすべての実施形態が同じ利点を共有するとは限らず、共有する場合でもすべての状況で共有するとは限らない。

本考案の別の特徴および利点と本考案の種々の実施形態の構造を添付の図面を参照しながら以下に詳述する。

添付の図面は正確に縮尺されたものではない。種々の図面に示された同一またはほぼ同一の各構成要素は、同様の数字で提示されている。図を見やすくするために、すべての図面のすべての構成要素に符号を付しているわけではない。

本考案は、以下の説明または図に示す構成要素の具体的な構造および配置構成への適用に限定されない。本考案は、他の実施形態も可能で、種々の方法で実施または実行することができる。また、本明細書で使用する言い回しおよび用語は説明のためのものであり、本考案を制限するものと解釈すべきではない。本明細書中の、「含む」、「備える」、「有する」、「含有する」、「伴う」、および／またはそのさまざまな変形表現はそれに続く項目およびその等価物ならびに追加項目を包含するものである。

本考案の態様は、選択した流体サンプルを指定された個別の量を任意に組み合わせて計量分配するプロセスを迅速で効率的にする配置構成および／または技法を含む流体処理装置を目的とする。流体処理装置は、いくつかの構成要素を含むことができ、また計量アセンブリを含む。

計量アセンブリは、計量チャンバを有する流体チップを含む。一実施形態では、選択可能な出口バルブは各計量チャンバと連通して個別の計量分配量を提供する。バルブは共通に制御することができ、マルチレベルバルブとして形成することができる。バルブは、共通の基板バルブクラスタにグループ化できる。一実施形態では、パージチャネルは計量チャンバと連通し、制御されたパージバルブによって、逆流洗浄流体が計量チャンバを洗浄することができる。バルブを作動させるために、計量アセンブリは、ポート内の圧力によってバルブが開閉する圧力ポートを含む。一実施形態では、流体チップから流体を計量分配する方法は、ａ）選択した流体で計量チャンバを選択的に充填する（または充填する）ステップと、ｂ）流体を出力場所に出力する（または選択的に出力する）ステップとを含む。このプロセスは、所望の出力量が達成されるまで繰り返すことができ、また複数の異なる流体から選んだ別の流体に対して繰り返すことができる。

一態様では、任意の数の出力ウェルに流体を適宜計量分配するプロセスが提供される。流体チップは、各々が固定充填容積を画定するいくつかの計量チャンバを含むが、いくつかの個別の出力量を選択的に計量分配する能力を備えている。本考案はこれに限定されず、流体チップは、任意の所望の数の出力ウェルに対応する任意の所望の数の計量チャンバを含むように設計することができることを理解されたい。また、各計量チャンバは任意の適切な固定量を画定するように設計することができることを理解されたい。また、各計量チャンバは任意の数の適切な個別の出力量を画定するように設計することができる。同様に、本考案はこれに限定されず、各計量チャンバの固定量の範囲内で任意の個別の出力量を画定することができる。

計量チャンバからは、任意の適切な材料を計量分配することができる。一実施形態では、計量分配する選択された特定の材料は、流体チップ外のソースから供給される任意の数の材料の１つでよい。流体チップ内の計量チャンバに供給できるさまざまな材料には制限がないことを理解されたい。

一実施形態では、各ウェルに計量分配する選択された材料の所望の量は事前に決定されている。計量分配する選択されたウェルに対応する選択された計量チャンバは、選択された材料で充填される。その後、適切な材料出力量が各計量チャンバから計量分配され、各計量チャンバからの実際の出力量がそれぞれの対応するウェルに計量分配する選択された材料の所望の計量分配量と同等であるか否かが判定される。

一実施形態では、好ましい量の材料がそれぞれの計量チャンバから計量分配されると、計量チャンバ内の内容物はパージされ洗い流される。

以前に選択されたウェルおよびそれに対応するチャンバと完全に異なるか、同じか、または部分的に同じであってよいいくつかの選択された出力ウェルおよびそれに対応する計量チャンバに対して、所望であれば、別に選択した材料について新たに充填、計量分配、およびパージのプロセスを開始することができる。いくつかの実施形態では、このプロセスを自動化して迅速かつ効率的に実行させることができることを理解されたい。

別の態様は、効率的な設計構造で提供され、計量チャンバのどのバルブを作動させるかに応じて個別の出力量を計量分配する能力を装置が有するように計量チャンバ全体の事前指定された場所にバルブを備えた計量チャンバに関する。計量チャンバが充填されると、計量チャンバ内の計量分配される流体サンプルの容積分率がどのバルブを開くか閉じるかを制御することで制御される。その結果、それぞれの出口を通して単一の計量チャンバからさまざまな出力量が計量分配することができる。本考案は、個別の出力量に制限されるものではないことを理解されたい。それ故、一実施形態では、各計量チャンバは少なくとも２つの個別の出力量を提供することができる。別の実施形態では、各計量チャンバは少なくとも３つの個別の出力量を提供することができる。別の実施形態では、各計量チャンバは、少なくとも４つの個別の出力量を提供することができる。別の実施形態では、各計量チャンバは、少なくとも５つの個別の出力量を提供することができる。別の実施形態では、各計量チャンバは、少なくとも１０個の個別の出力量を提供することができる。実際、本考案は、個別のサブ量出力(sub-volume outputs)を有することに限定されない。1つの出力量だけを提供することも可能である。

一実施形態では、各計量チャンバは最大１０μLを計量分配することができる。また、本考案は、約１ｎＬから１０Ｌまでの出力量をサポートするように設計することができるため、チャンバの総容量には制限がないことを理解されたい。一実施形態では、計量チャンバから計量分配できる小容量の出力は、約５０ｎＬから約５００ｎＬの間である。別の実施形態では、計量チャンバから計量分配できる中容量の出力は、約５００ｎＬから約１μＬの間である。さらに別の実施形態では、計量チャンバから計量分配できる大容量の出力は、約１μＬから約１０μＬの間である。また、本考案は、固定チャンバ容量の全部または一部が計量分配できるように１つまたは複数の出口を設けることができることを理解されたい。

本考案はこれに限定されず、出口は任意の形態であってよい。例えば、一実施形態では、出口は細長いノズルを含む。別の実施形態では、出口はより大きいシステム内の他のチャンバに通じる管であってもよく、またはそれ自体計量分配ノズルの働きをしてもよい。

一実施形態では、計量チャンバは、細長く管状であるため、流体チップ内で占める空間を効率的に使用することができ、流体チップ自体も小型になる。別の実施形態では、複数の屈曲部がある蛇行する経路に沿って管状構造を形成することができ、さらに空間効率が上がる。本考案はこれに限定されず、蛇行経路は数回１８０度に曲がってもよく、または何か他の経路に沿っていてもよい。複数の屈曲部があることでアスペクト比が大きいチャネルを使用することができ、計量チャンバ内を流れる流体内の気泡の堆積を最小限にできる。

別の実施形態では、計量チャンバは、ふくらみが大きい突起に分割でき、個別の出力量を画定することができる。これらの突起は、矩形、球、または他の任意の適切な形態を含む任意の形状を有することができる。別の実施形態では、計量チャンバは、アスペクト比が小さい大型のチャンバであって、個別の出力量を分配することができる。さらに別の実施形態では、計量チャンバはほぼ平面状であって、２方向に延出する。本考案はこれに限定されず、計量チャンバの他の適切な形態も使用することができる。

別の態様では、流体処理装置は洗浄システムを備える。一実施形態では、計量チャンバおよび充填チャネル全体に高圧でパージ材料（通常は空気および／または水）を流す主パージチャネルに接続された一組のパージチャネルが提供される。一実施形態では、パージ材料は、逆洗浄システム内のパージバルブ制御によって適切なチャネル内を流れる。材料の相互汚染の可能性を最小限にするために、次回の計量分配のために次の流体材料が供給されるまで、パージ材料は計量チャンバおよび充填チャネル内を逆方向に流れる。別の実施形態では、材料の相互汚染を最小限にするために、次回の計量分配のために次の流体材料が供給されるまで、計量チャンバおよび充填チャネル内にパージ材料を数回流すことができる。実際、次回の計量分配のために次の流体材料が供給されるまで、計量チャンバ内にパージ材料を逆方向に流す処理とパージ材料を数回流す処理との組合せを実行することも可能である。充填と逆方向の洗浄のこのプロセスを流体材料の各々に対して繰り返し実行することができる。

逆方向の洗浄に使用するパージ材料は、空気および／または水に限らずさまざまな材料の１つまたは組合せを含むことができる。例えば、計量分配する材料が空気および／または水で適切に洗浄されない時には、アセトン、エタノール、窒素、二酸化炭素、または他の適切な気体または流体材料あるいはこれらの組合せなどの異なるタイプのパージ材料を使用することができる。

例えば、一実施形態では、圧力入口からパージ材料および残余の選択した材料を所望のチャンバを通して送り込むことができることを理解されたい。別の実施形態では、真空が圧力勾配をもたらすことができ、パージ材料および残余の選択した材料を異なるチャンバに効果的に引き込むことができる。別の実施形態では、圧力上昇および真空の組合せを含む動的な圧力変化によって残余の流体材料をさらに撹拌して洗浄の効率を高めることができる。本考案は、逆方向洗浄に限定されず、本考案では順方向洗浄も適切な洗浄方法であることを理解されたい。また、本考案はこれに限定されず、計量分配の間の洗浄は実行しなくてもよいことを理解されたい。

上記のように、各計量チャンバは、計量チャンバからの指定の個別の出力量に各々対応するいくつかの出口バルブを含むことができる。一態様では、計量チャンバからの各々の所望の出力量に対応するバルブは流体チップ内のすべての計量チャンバに対して一緒に共通に制御される。こうして、特定の出力量を単一の流体処理装置のすべての計量チャンバから計量分配する時には、所望の出力量に対応するすべてのバルブを一緒に制御することができる。その結果、全体の計量分配効率を損なうことなく制御の複雑さをさらに簡単にすることができる。

本考案は、個別の出力量に基づくバルブ制御だけに限定されないことを理解されたい。したがって、一実施形態では、１つの特定の個別の出力量に対する１つの特定の計量チャンバに対応する各バルブは、別々に個別に制御することができる。別の実施形態では、計量チャンバのサブグループに対応するバルブの第１の部分は、各バルブの対応する個別の出力量に従って一緒に制御することができる。同様に、計量チャンバの同じサブグループに対応するバルブの第２の部分はバルブの第１の部分とは別個に一緒に制御することができる。同様に、計量チャンバの他のサブグループに対応するバルブの別の組は適宜一緒に制御することができる。実際、流体処理装置内の任意の数の計量チャンバに対応するバルブの数を制限するものではないということを理解されたい。本考案は、共通のまたは個別の任意のタイプのバルブ制御に対して設計することができるのは確かであるが、既存システムの範囲内であることが適切に望ましい。

別の態様はバルブの構造に関する。いくつかの実施形態では、バルブは、その性能、特に機械的柔軟性および構造の完全性に関する性能を最大限にする物理的特徴を含む。一実施形態では、マルチレベルバルブ構造が使用される。マルチレベルバルブは、追加の表面領域を提供するバルブ周囲の追加の基部構造を備えた堅くて同時に伸縮する材料または構造からなる。この結果、気密シールの効率が増す。マルチレベルバルブには上方に延びるリップも含まれ、後述するように圧縮面が増加している。

一実施形態では、バルブは、バルブ膜に対して空気を吹き付ける（バルブを閉じる）かまたはバルブ膜に圧力を印加しない（バルブを開ける）ための圧力入口を通して制御される。場合によっては、真空を印加して流体材料の流れをよくする。別の実施形態では、バルブ膜への入口からの加圧によってバルブが開き、入口から加圧しない（または真空を印加する）ことでバルブを閉じるようにバルブを設計することができることを理解されたい。

バルブは、さまざまな適切な材料から形成することができることを理解されたい。それ故、一実施形態では、バルブは、シリコーン、ゴム、ポリエチレン、ポリジメチルシロキサンなどのエラストマー材料、または任意の適切なポリマー等価物あるいはこれらの適切な組合せから構成することができる。別の実施形態では、バルブは、電気的または機械的な性質を問わず、任意の適切な配置構成で作動させられる金属またはセラミックなどの適切な堅い材料からなっていてもよい。堅い材料を使用する場合、開閉可能な蝶番またはゲートウェイを使用することができる。

別の態様では、バルブのクラスタを単一のエラストマー片に一緒に成形することができる。一実施形態では、互いに隣接する計量チャンバから計量分配する個別の出力量の部分的な制御が提供される。この場合、隣接する計量チャンバを部分的に制御するバルブのクラスタによって全体の空間が節約され、製造が容易になる。

バルブのクラスタ化については、いくつかの代替実施形態が存在することを理解されたい。一実施形態では、個別の計量チャンバのすべてのバルブ領域を制御するためにバルブのクラスタを使用することができる。別の実施形態では、バルブのクラスタは、少なくとも１つの計量チャンバのバルブ領域の一部としか連通することができない。別の実施形態では、バルブのクラスタは、少なくとも２つの計量チャンバと部分的に連通することができる。別の実施形態では、バルブのクラスタは、少なくとも３つの別々の計量チャンバと部分的に連通することができる。別の実施形態では、バルブのクラスタは、少なくとも４つの別々の計量チャンバと部分的に連通することができる。実際、本考案はこれに限定されず、さらに別の実施形態では、バルブのクラスタは、１つの計量チャンバとだけ部分的に連通することができる。同様に、バルブのクラスタは、流体チップ内のすべての計量チャンバと完全に連通することができる。バルブのクラスタが計量チャンバ内の領域を部分的に（または完全に）制御する方法の設計には制限がないということを理解されたい。

本考案はこれに限定されず、上記態様は、任意の適切な組合せで使用することができることを理解されたい。また、上記態様の任意のまたは全部の態様を流体処理システムで使用してマイクロプレートのウェルへの流体の計量分配を実行することができる。しかし、態様は、任意の流体計量分配システムで使用することができるため、本考案はこれに限定されない。添付の図面を参照して、本考案の種々の態様および実施形態について詳述する。しかし、本考案は図示の態様および実施形態に限定されない。

図を参照すると、流体処理装置１０の一実施形態の概略が図１に示されている。流体処理装置１０は、選択した材料を所定の出力量だけ選択したウェルに迅速かつ効率的に計量分配するように構成されている貯留部、チャネル、およびバルブの集まりを含む。図１の概略図に示すように、対応するソース貯留部２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、および２０ｆ内にいくつかの異なる材料１２が提供され、材料が選択的に供給されてさらに処理される際に通過する材料バルブ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅおよび２２ｆに接続されている。材料は、一度に１つ選択することができ、その後、材料チャネル２４に流入する。チャネル２４は主充填チャネル２６に送られる。一実施形態では、各ソース貯留部に対応する個別の材料チャネルおよび充填チャネルが提供することができる。本考案はこれに限定されず、任意の数のソース貯留部およびそれに対応する材料バルブを使用することができることは明らかである。

図１に概略を示す実施形態に戻って、主充填チャネル２６は、計量チャンバ３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、および３０ｅに接続され、そこで流れは充填バルブ２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄ、および２８ｅを介して個別に制御され、各々の選択した計量チャンバを所望の材料で完全に充填する。

他の実施形態では、任意の数の計量チャンバと各計量チャンバに対応する充填バルブがあってよく、また、本明細書に記載する数は本考案をいかなる方法でも限定しないことを理解されたい。一実施形態では、少なくとも１つの計量チャンバが存在する。別の実施形態では、少なくとも２つの計量チャンバが存在する。別の実施形態では、少なくとも３つの計量チャンバが存在する。別の実施形態では、少なくとも４つの計量チャンバが存在する。別の実施形態では、少なくとも５つの計量チャンバが存在する。別の実施形態では、少なくとも１２個の計量チャンバが存在する。別の実施形態では、少なくとも９６個の計量チャンバが存在する。一実施形態では、計量チャンバの数は流体が流体処理装置から計量分配されるマイクロプレートで使用されるウェルの数に対応する。

また、各計量チャンバは、複数の小容量出力バルブ３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、および３２ｅ、複数の中容量出力バルブ３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ、および３４ｅ、ならびに複数の大容量出力バルブ３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ、および３６ｅを備える。これらのバルブは、それぞれの計量チャンバから計量分配ノズル３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄ、および３８ｅを通して対応する出力ウェル４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ、および４０ｅに計量分配される所望の出力量を設定するために使用される。計量分配される特定の量は計量チャンバ内でどの出力バルブを作動させるかによって異なる。別の実施形態では、各計量チャンバが備える出力バルブの数は任意でよく、それぞれの計量チャンバから任意の個数の所望の出力量を計量分配することができることを理解されたい。

選択してその後計量分配できる材料の数には制限がないことを理解されたい。したがって、一実施形態では、選択して計量分配できる少なくとも１つの材料がある。別の実施形態では、選択して計量分配できる少なくとも２つの材料がある。別の実施形態では、選択して計量分配できる少なくとも３つの材料がある。別の実施形態では、選択して計量分配できる少なくとも４つの材料がある。別の実施形態では、選択して計量分配できる少なくとも５つの材料がある。別の実施形態では、選択して計量分配できる少なくとも６つの材料がある。別の実施形態では、選択して計量分配できる少なくとも２５個の材料がある。別の実施形態では、選択して計量分配できる少なくとも９６個の材料がある。なお、選択して計量分配できる材料は任意の適切な形態、相またはこれらの組合せをとることができることを理解されたい。例えば、材料は、液相、気相、または固相でよい。さらに、材料は、上記の相の１つの組合せ、例えば、エマルジョン、不混和性の混合物、または溶解状態でよい。

材料が選択されウェルに出力される方法は、また、いくつかの異なる方法で実行することができることを理解されたい。一実施形態では、材料が計量チャンバ内に堆積される際に通過する少なくとも１つの個別の充填チャネルが提供される。別の実施形態では、材料が計量チャンバ内に堆積される際に通過する少なくとも２つの個別の充填チャネルが提供される。別の実施形態では、材料が計量チャンバ内に堆積される際に通過する少なくとも３つの個別の充填チャネルが提供される。別の実施形態では、材料が計量チャンバ内に堆積される際に通過する少なくとも４つの個別の充填チャネルが提供される。別の実施形態では、材料が計量チャンバ内に堆積される際に通過する少なくとも５つの個別の充填チャネルが提供される。別の実施形態では、材料が計量チャンバ内に堆積される際に通過する少なくとも１２個の個別の充填チャネルが提供される。別の実施形態では、材料が計量チャンバ内に堆積される際に通過する少なくとも９６個の個別の充填チャネルが提供される。一般に、材料、貯留部、チャネルおよびバルブの数は所望するいかなる数にも合わせて増減することができることを理解されたい。

さらに、計量チャンバの数は、出力ウェルの数と一致しなくてもよい。計量チャンバの複数の出力ウェルへの計量分配は、例えば、計量チャンバノズルが計量分配でき、次の計量分配にあたって、選択したウェルに移動できる移動性をシステムに取り込むことで達成することができる。同様に、システムは、計量チャンバから選択した出力ウェルへの計量分配を可能とし、次の計量分配のために選択した出力ノズルの下に他の出力ウェルを移動させることができる。一実施形態では、１つの計量チャンバが少なくとも２つの出力ウェルに計量分配することができる。別の実施形態では、１つの計量チャンバが少なくとも３つの出力ウェルに計量分配することができる。別の実施形態では、１つの計量チャンバが少なくとも９６個の出力ウェルに計量分配することができる。

図２および図３は、流体処理装置１０の一実施形態の分解斜視図である。この装置は、５つの主要構成要素、すなわち、マニホールドコレクタ１００と、共用制御モジュール１５０と、材料マニホールド２００と、流体が通過するための導管を有する流体チップ３００と、６つ、すなわち、４００ａ、４００ｂ、４００ｃ、４００ｄ、４００ｅ、および４００ｆが図示されているいくつかの制御モジュールとを含む。流体チップ３００、または材料マニホールド２００がない同じ構成要素の下方から見た斜視図が図３に示されている。マニホールドコレクタ１００は、他の４つの構成要素を装着できるスロットを含む。流体チップ３００を装着するそのようなスロット１０３が示されている。

流体の流れは、任意の適切な配置構成を使用して制御することができる。一実施形態では、流体は以下に詳述するようにソレノイド作動バルブで制御される。一実施形態では、流体チップ３００上のバルブのさまざまなグループが単一のソレノイド制御ソースからの制御を共用する。これらの共用ソレノイド制御ソースは、マニホールドコレクタ１００の下側に取り付けられた共用制御モジュール１５０上に共に配置されている。一実施形態では、共用制御モジュール１５０は、共用パージおよび容量出力サイズを制御できる共用バルブソレノイド１６０を含む。材料マニホールド２００は、流体チップ３００への材料およびパージ物質を供給し、流体チップ３００から廃棄するために、材料貯留部２１０、パージ空気管２１２、洗浄水管２１４、ならびに溢流および廃棄管２１６を差し込める場所のための接続を含む。流体チップ３００は、材料およびパージ物質の流体の流れ、材料の計量、および最終的な計量分配が行われる計量アセンブリを含む。マニホールドコレクタ１００の反対側に取り付けられた制御モジュール４００ａ、４００ｂ、４００ｃ、４００ｄ、４００ｅ、および４００ｆは、流体チップ３００内の異なるバルブの制御を行うことができるソレノイドを含む。図２および図３に示す各制御モジュール４００内には、流体チップ３００内のそれぞれの計量チャンバへの材料の充填を制御する個別の充填ソレノイド４０２が１６個配置されている。制御モジュールのこの配置構成で、計量チャンバごとに９６個の個別に制御される充填バルブが可能になる。追加の制御モジュールを使用することができ、および／または各制御モジュール上に上記より多くの、または少ないソレノイドバルブを使用することができることを理解されたい。

共用制御マニホールド１５０は、マニホールドコレクタ１００に隣接して配置され、各々の選択可能な個別の出力量の計量分配とパージ洗浄とを共通に制御する共用バルブソレノイド１６０を含む。一実施形態では、小出力量は１つのソレノイドバルブによって制御される。中出力量は、別の１つのソレノイドバルブによって制御される。大出力量は、さらに別の１つのソレノイドバルブによって制御される。パージ洗浄は、１つのソレノイドバルブによって制御される。個別の出力量計量分配の各々とパージとは共通に制御しなくてもよいことを理解されたい。実際、本考案は、流体チップ３００全体の各バルブが別々のバルブによって個別に制御することができるように設計可能である。

また、共用制御マニホールド１５０は、充填速度制御向上のための図１４（ｂ）に示す溢流バルブ６５０への圧力を制御するように機能する溢流圧力供給口１７０を備える。このように、溢流バルブ圧力が他のバルブとは別に制御することができるため、上記圧力制御によって過剰な材料廃棄物が最小限にされる。共用マニホールド接続１８０によって、共用制御マニホールド１５０はマニホールドコレクタ１００と連通する。マニホールドコレクタ１００は、流体チップ３００上の共用バルブと連通する共用制御マニホールド１５０上のバルブ間の導管としての働きをする共用バルブ接続１９０をさらに含む。

図４は、流体処理装置１０の別の実施形態の図である。この装置は、３つの主要構成要素、すなわち、材料マニホールド２００、流体チップ３００、および制御モジュール４００を含む。この実施形態では、共用制御モジュールは存在しない。材料マニホールド２００は、流体チップ３００への材料およびパージ物質を供給し、流体チップ３００から廃棄するために、材料貯留部２１０、空気および水供給管２１３、廃棄物容器２２５、ならびに溢流容器２１５を差し込める場所のための接続を含む。流体チップ３００は、材料およびパージ物質の流体の流れ、材料の計量、および最終的な計量分配が行われる計量アセンブリを含む。制御モジュール４００は、流体チップ３００内のさまざまなバルブの制御を行うことができるソレノイドバルブを含む。制御モジュール４００内には、流体チップ３００内への材料の充填を制御する個別の充填ソレノイド４０２が配置されている。

流体処理装置は、本明細書の実施形態に限定されないことを理解されたい。例えば、一実施形態では、材料供給、流体処理装置の計量および計量分配、ならびに制御供給の態様は、すべて１つの汎用マニホールド上に統合することができる。別の実施形態では、材料の供給および流体の計量は１つの共通の基板上に統合することができ、制御供給はその上に装着することができる。こうして、材料およびパージ物質の供給、計量、および計量分配のプロセスは１つの多目的基板上で実行され、プロセスの実行方法を制御する構成要素は装置全体の別の領域に配置される。別の実施形態では、材料の供給および制御の供給は１つの基板上に統合することができ、流体の計量はその上に装着することができる。これに関して、制御を可能にする材料およびパージ物質の供給ならびに態様は、１つの共通領域に提供され、流体の計量と計量分配は装置の別の部分で実行される。別の実施形態では、流体の計量と制御の供給は、１つの別の基板上に統合することができ、材料の供給はその上に装着することができる。こうして、制御と流体の計量および計量分配とを可能にする態様はその基板上で共に実施することができ、材料およびパージ物質は、装置全体の別の領域から供給される。別の実施形態では、材料供給、制御手段、ならびに計量および計量分配の構造態様は混合することができる。実際、装置に組み込むことができ、本考案の一部としてすべて理解することができるいくつかの設計実施形態があることを理解されたい。

一実施形態では、マニホールドコレクタ１００は、図３に示す熱可塑性層から構成される。コレクタ厚肉層１０４は、コレクタ薄肉上部層１０２とコレクタ薄肉下部層１０６との間に挟まれている。一実施形態では、層は、ねじで結集されている。別の実施形態では、層は適切な接着材料で結集されている。別の実施形態では、層はヒートシールされている。マニホールドコレクタ１００は層状デバイスに限定されず、単一のモノリシック片であってもよいことを理解されたい。実際、別の実施形態では、マニホールドコレクタ１００は任意の適切な数の層からも構成することができる。さらに、層の材料は熱可塑性材料に限定されず、いくつかの適切な材料、例えば、金属またはセラミックであってもよい。

一実施形態では、共用制御マニホールド１５０は、図３に示す熱可塑性層からも構成することができる。共用マニホールド薄肉層１５２は、共用マニホールド厚肉層１５４に隣接して配置することができる。一実施形態では、層はねじで結集されている。別の実施形態では、層は適切な接着材料で結集されている。別の実施形態では、層はヒートシールされている。マニホールドコレクタ１００は、層状デバイスに限定されず、単一のモノリシック片であってもよいことを理解されたい。実際、別の実施形態では、マニホールドコレクタ１００は、任意の適切な数の層からも構成することができる。さらに、層の材料は熱可塑性材料に限定されず、いくつかの適切な材料、例えば、金属またはセラミックであってもよい。

図５に最もよく示されているように、材料マニホールド２００は流体を流体チップ３００まで運び、流体チップ３００から廃棄物を搬出するように機能する。一実施形態では、材料マニホールド２００は、図５の線３Ｃ−３Ｃに沿った断面図である図７に最もよく示すように、いくつかの層からも構成することができる。材料マニホールド厚肉層２５０は、適当なチャネルを封止して厚肉層２５０の適切な補完物の役割を果たすより薄い熱可塑性要素でよい材料マニホールド薄肉層２６０に取り付けられた圧延チャネルを備えた熱可塑性片であってもよい。一実施形態では、材料マニホールド厚肉層２５０および薄肉層２６０は、ねじで結集されている。別の実施形態では、材料マニホールド厚肉層２５０および薄肉層２６０は、適切な接着材料で結集されている。別の実施形態では、層はヒートシールされている。材料マニホールド２００は層状デバイスに限定されず、単一のモノリシック片であってもよいことを理解されたい。実際、別の実施形態では、材料マニホールド２００は、任意の適切な数の層からも構成することができる。さらに、層の材料は熱可塑性材料に限定されず、いくつかの適切な材料、例えば、金属またはセラミックであってもよい。

材料ソレノイドバルブ２８０は、また、図５に示すように、材料マニホールド２００上に組み立てられ、流体チップ３００への材料の流れおよび流体チップ３００からの廃棄物の流れの制御に寄与する。ソレノイドバルブ２８０は、開いた状態または閉じた状態であってよい。インスタント管継手２９０も配置することができ、管および外部流体貯留部から材料マニホールド２００内のチャネルに接続することができる。一実施形態では、インスタント管継手２９０は、材料マニホールド２００にねじ込むように構成することができる。別の実施形態では、接着剤を使用してインスタント管継手２９０を材料マニホールド２００内に適切に配置して固定することができる。別の実施形態では、インスタント管継手２９０を材料マニホールド２００内に適切に配置してヒートシールすることができる。材料マニホールド２００内には、材料貯留部２１０に接続された材料充填チャネル２２０があり、適当なソレノイドバルブ２８０が作動して開いた状態の時にそれぞれの材料貯留部２１０からの選択された材料が材料充填チャネル２２０、次いで主充填チャネル２２２に流れ込み、流れが流体チップ３００内の計量チャンバ５１０に到達する（図１３を参照）。この場合、各々選択されて流体チップ３００内の計量チャンバを充填することができる２５個の異なる材料貯留部２１０が存在する。任意の数の材料を材料マニホールド２００に組み込むことができることを理解されたい。

一実施形態では、材料マニホールド２００上に溢流出口２２４が提供される。計量チャンバを通過する余分な材料は、溢流出口２２４を抜けて図５に示す別の溢流および廃棄物容器２１６に流れ込む。別の実施形態では、流体チップ３００が洗浄されると、廃棄物は、同じ主充填チャネル２２２のラインを流体チップ３００から廃棄物チャネル２２６へ逆方向に流れ、廃棄物バルブ２２７を通って、最終的に溢流および廃棄物容器２１６に流れ込む。

一実施形態では、パージチャネル２２８が、材料マニホールド２００内に提供される。パージチャネル２２８は、加圧空気および／または水あるいは他の適切な流体を供給して装置に関連する別のチャネルに材料を押し出す。材料マニホールド２００上には、三方ソレノイドバルブ２３０を配置することができ、パージ物質をパージ空気管２１２と洗浄水管２１４とから供給される空気と水との間で切り替える。

材料マニホールド２００の別の実施形態を図６に示す。上記実施形態と同様、材料マニホールド２００は、適当に封止された圧延チャネルを備えたいくつかの熱可塑性層から構成される。一実施形態では、層はねじで結集されている。別の実施形態では、層は適切な接着材料で結集されている。別の実施形態では、層はヒートシールされている。材料マニホールド２００は、層状デバイスに限定されず、単一のモノリシック片であってもよい。実際、別の実施形態では、材料マニホールド２００は、任意の適切な数の層からも構成することができる。さらに、層の材料は熱可塑性材料に限定されず、いくつかの適切な材料、例えば、金属またはセラミックであってもよい。

上記実施形態と同様、材料ソレノイドバルブ２８０も材料マニホールド２００上に組み立てられ、流体チップ３００への材料の流れおよび流体チップ３００からの廃棄物の流れの制御に寄与する。材料マニホールド２００上に組み込まれたソレノイドバルブ２８０は、マニホールド２００内の対応する材料貯留部２１０に接続された材料充填チャネル２２０と連通する開いた状態または閉じた状態である。一実施形態では、適当なソレノイドバルブ２８０が開くと、それぞれの材料貯留部２１０からの選択された材料が、材料充填チャネル２２０、次いで主充填チャネル２２２に流れ込み、流れが流体チップ３００内の計量チャンバ５１０に到達する（図１３を参照）。この場合、各々選択されて流体チップ３００内の計量チャンバを充填することができる３つの異なる材料貯留部２１０が存在する。任意の数の材料を材料マニホールド２００に組み込むことができることを理解されたい。

この実施形態では、材料マニホールドは、また、溢流出口２２４を含む。計量チャンバを通過する余分な材料は、溢流出口２２４を抜けて別の溢流容器２１５に流れ込む。上記実施形態と同様、流体チップ３００が洗浄されると、廃棄物は主充填チャネル２２２のラインを流体チップ３００から廃棄物チャネル２２６へ逆方向に流れ、廃棄物バルブ２２７を通って、最終的に溢流容器２２５に流れ込む。この実施形態と上記実施形態との主な相違点は、図６に示すように、溢流および廃棄物材料は、この実施形態では別々の容器２１５および２２５に分散されるが、溢流および廃棄物材料は図５に示す共通の容器２１６に流れ込むという点である。

この実施形態では、パージチャネル２２８は、加圧空気および／または水（または他の適切な流体）を供給して、装置に関連する別のチャネルに材料を押し出す。三方切り替えが可能な別のソレノイドバルブを使用して、パージ物質を空気と水との間で切り替えることができる。

本考案は、これに関してこの実施形態に限定されないことを理解されたい。例えば、別の実施形態では、流体チップ３００から逆流する廃棄物は主充填チャネル２２２を通らず別のラインを通って逆流する。別の実施形態では、装置の残りの部分からの別の洗浄ラインが主充填チャネル２２２に接続されている。別の実施形態では、溢流出口２２４は、廃棄物チャネル２２６に接続していてもよい。材料およびパージ物質を供給するチャネルと溢流および廃棄物材料を外に運ぶチャネルは任意の適切な方法で流体チップ３００と連通することができる。

上記のように、図２および図３に示すいくつかの制御モジュール４００は、通常、圧力管理によって装置１０内のさまざまなバルブを作動させる働きをする。制御モジュール４００の一実施形態では、制御モジュール厚肉層４１０は、制御モジュール薄肉層４２０に結合されている。制御モジュール厚肉層４１０は、厚肉層４２０の適切な補完物として機能するより薄い熱可塑性材料でよい制御モジュール薄肉層４２０に取り付けられた熱可塑性片でよい。一実施形態では、制御モジュール厚肉層４１０および薄肉層４２０は、ねじで結集されている。別の実施形態では、制御モジュール厚肉層４１０および薄肉層４２０は、適切な接着材料で結集されている。別の実施形態では、制御モジュール厚肉層４１０および薄肉層４２０は、ヒートシールされている。制御モジュール４００は、層状デバイスに限定されず、単一のモノリシック片であってもよい。実際、別の実施形態では、制御モジュール４００は、任意の適切な数の層からも構成することができる。さらに、層の材料は熱可塑性材料に限定されず、いくつかの適切な材料、例えば、金属またはセラミックであってもよい。

図８には、１つの制御モジュール４００が示されている。制御モジュール４００は、マニホールドコレクタ１００、次に、流体チップ３００に向かう制御チャネル４２２に接続する出口４２１を含むことができる。制御チャネル４２２の各々は、少なくとも１つの充填バルブ６４０などの図１４（ｂ）に示すバルブと最終的に連通する。

上記のように、図２および図３の実施形態では、装置は、コレクタマニホールド１００と、共用制御マニホールド１５０とを含む。図９は、マニホールドコレクタ１００および共用制御マニホールド１５０の実施形態を示す。マニホールドコレクタ１００は、隣接する制御モジュール４００へ圧力を分配する圧力供給入口１１０を含む。材料チャネル１２０は、材料マニホールド２００から流体チップ３００へ材料を供給する導管としての働きをする。コレクタ制御チャネル１３０は、また、マニホールドコレクタ１００内を通過し、制御モジュール４００から流体チップ３００に至る制御ラインの導管としての働きをする。

上記のように、図８に示す流体チップ３００にルーティングされた制御モジュール４００上の制御ソレノイドバルブ４７０の開閉によって空気圧が制御される。制御モジュール４００の一実施形態では、第１のバルブ入力口４４０は、制御圧力を供給する。制御圧力は２０〜３０ＰＳＩの範囲にあり、一実施形態では、約２５ＰＳＩである。制御モジュール４００の別の実施形態では、第２のバルブ入力口４４２は、開いて大気圧を受ける。別の実施形態では、第２のバルブ入力口４４２は、真空ソースと連通する。バルブ出口４４４は、対応する制御チャネル４２２を第１のバルブ入力口４４０または第２のバルブ入力口４４２に接続することができる。

一実施形態では、制御圧力供給口４６０は、マニホールドコレクタ１００からの外部で生成され調整された圧力をモジュールに接続する。制御モジュール４００は、他の方法で設計することができることを理解されたい。例えば、少なくとも２つの圧力供給口を備えるように、制御モジュール４００を設計することができる。別の実施形態では、各バルブは、それぞれの圧力供給口に対応することができる。実際、本考案はこれに限定されるものではない。

一実施形態では、バルブを制御モジュール４００に装着するのを助けるためにねじ穴４５０が提供される。別の実施形態では、バルブを制御モジュール４００に装着するのを助けるために接着剤が提供される。

本考案の別の実施形態では、図１０に示す１つの制御モジュール４００が、装置１０内の共用制御バルブを含むすべての制御バルブを作動させる働きをする。この実施形態では、制御モジュール４００は、上記モジュールと同様に製造され、同様に記述される特定の実施形態に限定されない。制御モジュール４００は、流体チップ３００に直接ルーティングされる制御チャネル４２２を接続する出口４２１を含むことができる。過剰な材料廃棄物を最小限にするために、他のバルブとは別に溢流バルブ圧力を制御することもできる。一実施形態では、モジュール溢流圧力供給口４６２は、図１４（ｂ）に示す溢流バルブ６５０への圧力を制御して、充填速度制御を向上させることができる。この点に関し、溢流バルブ以外のすべてのバルブは、同じ制御圧力を受ける。制御圧力供給口４６０は、外部で生成され調整された圧力をモジュールに直接接続する。この実施形態と図８および図９に示す実施形態との主な相違点は、この実施形態が流体チップ（すなわち、パージおよびさまざまなサイズの出口量）、溢流圧力供給口、および制御圧力供給口上で共用されるソレノイドバルブを直接モジュール上に組み込んでいる点である。図８および図９に示す実施形態では、上記特徴は、装置全体の他の部分、すなわち、マニホールドコレクタ１００および共用制御モジュール１５０にある。制御モジュール４００は、他の方法でも設計することができることを理解されたい。例えば、少なくとも２つの圧力供給口を備えるように制御モジュール４００を設計することができる。別の実施形態では、各バルブは、それぞれの圧力供給口に対応することができる。実際、本考案は、これに限定されるものではない。

また、別の実施形態では、制御チャネル４２２が図１４（ｂ）に示す他のバルブセット、例えば、特定のサイズの容量の出力バルブ、パージバルブ６６０、または溢流バルブ６５０と連通することができる。いくつかの実施形態では、制御チャネル４２２の各々が、流体チップ３００上の異なる別個のバルブを独立して制御することができるように制御モジュール４００を設計することができることを理解されたい。別の実施形態では、制御チャネル４２２の各々が、流体チップ３００上のすべてのバルブを共通に制御することができるように制御モジュール４００を設計することができる。一実施形態では、流体チップ３００上の充填バルブ６４０の各々を別個に独立して制御するように制御チャネル４２２を設計することができる。別の実施形態では、１つの特定の別個の出力量に共通に対応する流体チップ３００上のすべてのバルブを制御するように制御チャネル４２２を設計することができる。実際、本明細書に記載する実施形態が限定的でなく、制御チャネル４２２は、適宜流体チップ３００上の所望のバルブ制御の組合せで設計することができることを理解されたい。

上記実施形態ではバルブは圧力の印加によって作動するが、本考案はこれに限定されない。それ故、別の実施形態では、バルブは電気式切り替え手段によって作動する。別の実施形態では、バルブは、機械式切り替えによって作動する。

上記のように、図１１の分解図に示すように、１つまたは複数の計量アセンブリが流体チップ３００に組み込まれている。流体チップ３００は、指定の材料を計測して指定の出力ウェルに計量分配する。一実施形態では、流体チップ３００は、２つの主要層、すなわち、制御層３１０と、流体層３５０とから構成される。制御層３１０は、制御薄肉上部層３１２、制御厚肉層３１４、および制御薄肉下部層３１６から構成される。一実施形態では、制御薄肉上部層３１２は、制御モジュール４００インタフェースとしての働きをする制御穴３１３を有することができる。制御薄肉上部層３１２の一部は、制御厚肉層３１４の上側にある制御チャネル３３０を適当に封止する。こうして、制御チャネル３３０は封止され、したがって圧力が好適な方法で適切に分配される。制御チャネル３３０は、制御厚肉層３１４に適切にエッチングすることができる。本考案はこれに限定されず、チャネルを層３１４内に製造する他の適切な技法も使用することができる。例えば、チャネルを層内に圧延または成形することができる。制御薄肉下部層３１６は、また、制御チャネル３３０および連通するバルブのための制御アクセス穴３１８を含むことができる。流体チップ３００および他の層状モジュールは、層状デバイスに限定されず、単一のモノリシック片でよく、成形またはスレテオリソグラフィ技法などの適切な技法で形成することができる。実際、別の実施形態では、流体チップ３００は、任意の適切な数の層で構成することができる。

流体チップ３００の一実施形態では、制御厚肉層３１０内の層は、すべての層を貫通するねじ穴３０２に入るねじで結集されている。別の実施形態では、制御厚肉層３１０内の層は、適切な接着材料で結集されている。流体チップ３００の別の実施形態では、流体層３５０内の層は、ねじ穴３０２に入るねじで結集されている。別の実施形態では、流体層３５０内の層は、適切な接着材料で結集されている。別の実施形態では、層はヒートシールされている。

図１１に示す流体制御チャネル３３０は、所望の結果による制御された形で流体チップ３００内の特定のバルブに圧力を分配し、図８から図１０に示す制御モジュール４００内の制御チャネル４２２からの圧力信号を受信する。流体制御チャネル３３０は制御層３１０の上部および下部領域の両方に配置することができ、したがって別個のチャネル３３０は互いに干渉しない。スペーサおよびバルブ層３２０も流体チップ３００内に組み込むことができ、バルブおよびスペーサは、制御層３１０と流体層３５０との間に整列して配置される。こうして、スペーサおよびバルブ層３２０によって、制御および流体層が適切な距離だけ離れてチップ３００の最適な機械的機能を果たすことが確保される。

一実施形態では、流体層３５０は、流体薄肉層３５２と流体厚肉層３６０とから構成されてもよい。流体薄肉層３５２は、液体チャネルとバルブとの間のアクセス穴３５４を通してアクセスでき、流体がバルブにアクセスできる。一実施形態では、流体薄肉層３５２は、約２５０μｍの厚みである。一実施形態では、あらゆるバルブに対して、制御層３１０に対応する１つの制御アクセス穴３１８と流体層３５０に対応する２つの流体アクセス穴３５４が提供される。この実施形態では、計量および計量分配は、流体厚肉層３６０内で実行される。本考案はこれに限定されず、制御層についての上記説明と同様に、流体層３５０内にチャネルを製造する適切な技法を使用することができる。例えば、層内にチャネルを圧延または成形することができる。

図１２は、計量チャンバ５１０を示す。そのうちいくつかが流体厚肉層３６０内にあり、別個の部分が、大チャネル部５１２、中チャネル部５１４、小チャネル部５１６、充填チャネル５２０、溢流チャネル５３０、およびパージチャネル５４０に対応する。図１２に示す計量チャンバ５１０の一実施形態は、その内部で材料の分離と計量分配を迅速かつ効率的に実行するいくつかの機能を含む。ここで、材料５００は、ソース、計量分配チャンバへと流れる（ソースから最終的な出口である同じノズルまたは領域へ吸引されるのではなく）。計量チャンバ５１２は、蛇行経路をたどり、占有する全空間が与えられればチャンバからより多くの量を計量分配することができる。蛇行するチャンバ構造はまたチャンバ内の材料５００内に気泡が形成されるのを防止するのを助ける。さらに、計量チャンバ５１０の一部を任意の適切な形の形状にして正確な所望の計量分配出力を提供することができる。例えば、図１２に示す実施形態では、上面斜視図が、中チャネル部５１４および小チャネル部５１６より厚肉の大チャネル部５１２を示す。大チャネル部の端部領域はテーパしており、隣接するチャネル厚みのスムーズな移行を可能にする。

上記のように、計量チャンバ５１０は、３つのチャネル部、すなわち、大チャネル部５１２、中チャネル部５１４および小チャネル部５１６に分割することができる。各チャネル部について、対応する大容量移送領域５１３、中容量移送領域５１５、および小容量移送領域５１７も組み込むことができる。上記のように、計量チャンバ５１０は任意の適切な数のチャネル部に分割することができる。一実施形態では、大チャネル部５１２と中チャネル部５１４、小チャネル部５１６を合わせた容量は約１μＬから約１０μＬ、中チャネル部５１４と小チャネル部５１６とを合わせた容量は約５００ｎＬから約１μＬ、小チャネル部５１６だけの容量は約５０ｎＬから約５００ｎＬである。計量チャンバ５１０は、個別の出力量または出力される実際の量の個数に関して限定されないことを理解されたい。各容量移送領域のチャネル厚みを比較的均一にして正確な計量分配を実行することは、これに限定はされないが、好適であることを理解されたい。

一実施形態では、各計量チャンバ５１０は、また、充填チャネル５２０と、特定の計量チャンバ５１０への充填チャネル５００のアクセスを提供する関連する充填移送領域５２１とを含む。この場合、充填材料は材料マニホールド２００で生成され、図５から図７に示す主充填チャネル２２２から図１３に示す共通充填チャネル３６２に移送され、最終的に充填チャネル５２０に流入する。充填移送領域５２１に対応する図１４（ｂ）に示す充填バルブ６４０は、大チャネル部５１２、中チャネル部５１４、および小チャネル部５１６の容量部を含む所望の材料５００が選択した計量チャンバ５１０に流入することができるように作動する。一態様では、単一の充填ラインが、対応する充填チャネル５２０を通って各計量チャンバ５１０にルーティングされ、各計量チャンバ５１０の充填バルブ６４０は別個に制御される。この点に関して、各計量チャンバ５１０は、材料マニホールド２００からの任意の材料で選択的に充填することができる。

計量チャンバ５１０が完全に満杯になったら、材料溢流が発生し、溢流チャネル５３２を通って溢流移送領域５３０に流れ込む。過度の溢流を防止するために、制限バルブ領域５５０を作動させて計量チャンバ５１０への充填速度を低減することができる。一実施形態では、流れの速度を低減するために加圧または任意の適切な手段によって適当に収縮することができる制限管を制限バルブ領域５５０内に提供することができる。こうして、低減された流れの速度を適宜制御することができる。別の実施形態では、外部加圧または他の刺激がない毛細管構造が制限バルブ領域５５０内に提供され、外部制御なしで流れの速度を低減することができる。

計量チャンバ５１０の計量分配または洗浄を望む時には、図１４（ｂ）に示すパージバルブ６６０を作動させることで、パージチャネル５４０、パージ移送領域５４２を経て計量チャンバにパージ内容物を流すことができる。所望であれば、充填チャネル５２０もパージ内容物を受けることができる。計量分配が必要な時には、充填チャネル５２０に入出力される材料がないように充填移送領域５２１が作動され、計量チャンバ５１０から空気で適当な量の内容物が押し出される。この場合、計量分配する材料５００の量が制御され、それによって、他方のバルブは閉じたままで移送領域が作動して開く。この実施形態では、単一の計量チャンバ５１０を使用してさまざまな別個の出力量を測定することができる。例えば、大容量を計量分配する場合、中容量移送領域５１５および小容量移送領域５１７が作動して流れが通過しないようにする一方で、大容量移送領域５１３が作動して流れを通過させる。中容量を計量分配する場合、大容量移送領域５１３および小容量移送領域５１７が作動して流れが通過しないようにする一方で、中容量移送領域５１５が作動して流れを通過させる。小容量を計量分配する場合、中容量移送領域５１５および大容量移送領域５１３が作動して流れが通過しないようにする一方で、小容量移送領域５１７が作動して流れを通過させる。材料５００を計量チャンバ５１０の外に計量分配する際には、パージ移送領域５４２が作動し、加圧パージ材が選択した材料５００を適当な移送領域を通って出口ノズル５６０の外に押し出す。この点に関して、空気は、出力ノズル５６０を通して材料を外に押し出す原動力として使用される。なお、図を見やすくするために、空気は、所望の機能が何であるかに応じて計量分配またはパージする力として使用することができる。洗浄が必要な場合、パージ内容物は通常空気と水の組合せで、充填チャネル５２０の内容物は洗い流される。この点に関して、各計量チャンバ５１０からどの量を排出するかを選択的に決め、何回でも所望の回数だけ選択的にこのプロセスを繰り返すことができる。

充填、計量、および計量分配に含まれるプロセスについて以下に詳述する。流体チップ３００のより具体的な構造的特徴と隣接する計量チャンバおよびそれに対応するバルブが互いに関連する様子を示す。一実施形態では、バルブのクラスタ６００ａ、６００ｂ、６００ｃなどを図１３に示す隣接する計量チャンバ５１０ａ、５１０ｂ、５１０ｃなどにそれぞれ対応する適切な場所に配置することができる。この実施形態では、流体層３５０は、いくつかの充填チャネル５２０ａ、５２０ｂ、５２０ｃなどを充填する共通の充填チャネル３６２と、いくつかのパージチャネル５４０ａ、５４０ｂ、５４０ｃなどのパージ材料としての役割を果たす共通のパージチャネル３６４とを含むことが分かる。このように本考案では限定していないことを理解されたい。例えば、一実施形態では、少なくとも１つの充填チャネルがいくつかの充填チャネルを充填する。別の実施形態では、少なくとも２つの共通充填チャネルがいくつかの充填チャネルの別のグループを充填する。別の実施形態では、少なくとも３つの共通充填チャネルがいくつかの充填チャネルの別のグループを充填する。実際、任意の数の充填チャネルのグループを充填するために、任意の数の共通充填チャネルを使用することができることを理解されたい。

一実施形態では、流体の流れを制御するバルブは単一の基板上に集合できる。これらのバルブクラスタ６００は、最小限の空間を占めながらいくつかの計量チャンバ５１０を制御するように適切に配置することができる。図１４（ａ）および図１４（ｂ）に示すバルブクラスタ６００の一実施形態は流体層３５０上に配置され、３つの別個の計量チャンバ５１０ａ、５１０ｄ、および５１０ｅの部分的バルブ制御が可能になる。この実施形態では、バルブクラスタ６００は、計量チャンバ５１０ａのための大容量移送領域５１３および充填移送領域５２１を制御することができる大容量バルブ６１０および充填バルブ６４０を有する。計量チャンバ５１０ｄでは、バルブクラスタ６００の位置によって、中容量バルブ６２０による中容量移送領域５１５の制御が可能になる。計量チャンバ５１０ｅでは、バルブクラスタ６００の位置によって、小容量バルブ６３０による小容量移送領域５１７の制御、溢流バルブ６５０による溢流移送領域５３２の制御、およびパージバルブ６６０によるパージ移送領域５４２の制御が可能になる。この実施形態では、溢流チャネル５３０ａおよび５３０ｂの間にブリッジ接続６７０が提供され、隣接する計量チャンバ５１０内で流体の流れを同時に互いに発生させながら溢流流体を通過させる。一実施形態では、ブリッジ接続６７０を通る流れに制限はない。別の実施形態では、制御する流れについてブリッジ接続６７０にバルブが提供される。バルブクラスタ６７０についてバルブが集合する方法はこの実施形態に限定されないことを理解されたい。さらに、バルブクラスタ６００上に配置されるバルブの数にも制限がない。一実施形態では、各バルブクラスタは１つのバルブだけを保持する。別の実施形態では、すべてのバルブは１つのバルブクラスタ上に位置する。実際、バルブは空間と製造コストを節約するために任意の適切な形で集合できることを理解されたい。

バルブはさまざまな適切な方法で制御することができる。図１５（ａ）および図１５（ｂ）に示す一実施形態では、加圧によって単一の制御チャネル３３０を通して入口が作動する。図１５（ａ）では、制御厚肉層３１４を通過する制御チャネル３３０を通して圧力が印加され閉じた状態のバルブ７００が示され、制御薄肉層３１６内のポートアクセス穴を通してアクセスできる。図１５（ｂ）で、材料が１つの流体アクセス穴３５４ａから別の流体アクセス穴３５４ｂへ流体層３５０を通過することができるため開いた状態のバルブ７００が示されている。この場合、制御チャネル３３０から印加される圧力は流体層３５０内の１つの口から別の口への材料のアクセスを防止できる程度に十分ではない。別の実施形態では、制御チャネル３３０を通して真空が印加され、１つの口から別の口への材料の流れが増加する。

一実施形態では、制御層３１０と流体層３５０との間にバルブ７００が配置され、２つの層を連通させる導管としての働きをする。バルブは、マルチレベル成形シリコーンバルブ７００として構成され、基部７０２、バルブ膜７０４、およびバルブリップ７０６を含む。基部７０２は、流体薄肉層３５２に押し付ける面を提供し、スペーサ３２２によって保持される気密シールを形成する。一実施形態では、スペーサ３２２は、バルブリップ７０６よりもわずかに短い。スペーサ３２２は、制御薄肉下部層３１６と流体薄肉層３５２との間の、図１１に示すスペーサおよびバルブ層３２０内に位置する。一実施形態では、基部７０２は、膜７０４よりも厚い。この追加された厚みは、バルブ膜７０４が伸びたりたわむのを防止するのを助ける。一実施形態では、基部７０２は約３００μｍの厚みがある。

閉じた状態では、バルブ膜７０４は、図１５（ａ）に示すように、制御チャネル３３０を通して膜を閉じるのに十分な圧力が印加された時に、流体材料５００が１つの流体アクセス穴３５４ａから別の流体アクセス穴３５４ｂに移動することを防止する。同様に、開いた状態では、図１５（ｂ）に示すように、膜を閉じる圧力が十分でない時に、バルブ膜７０４によって流体材料５００が１つの流体アクセス穴３５４ａから別の流体アクセス穴３５４ｂに移動することができる。一実施形態では、バルブ膜７０４は約１００μｍの厚みがある。

圧力がシステムに印加されると、バルブリップ７０６は追加の安定性を提供する。バルブリップは、バルブ膜から上方に伸展し、一実施形態では、基部７０２から約２００μｍの高さになる。バルブ膜の厚みと比べて高さがあるため、流体チップの層間の許容差のばらつきを補償することができる。こうして、装置が組み立てられ層が結集されると、層の厚み（またはリップの高さ自体）のばらつきがあっても、比較的高さがあるためにリップがたわむ量によって吸収される。

動作時の、流体チップ３００内で実行される充填、パージ物質の供給、個別の独立した出力量の計量および計量分配、および洗浄のプロセスの一実施形態を、小容量、中容量、および大容量計量分配に関して図１６〜図２１に示し、以下に説明する。

図１６〜図２１に示すプロセスを説明するにあたって、図１３からクラスタバルブ６００ａ、６００ｂ、および６００ｅに対応するバルブに連通する計量チャンバ５１０ｅを参照する。この場合、図１６〜図２１は図１３に示す計量チャンバ５１０ｅの分解図を示す。材料マニホールド２００は、計量チャンバ５１０ｅ内の充填チャネル５２０に材料を供給する。図１６に示すように、クラスタバルブ６００ｅの充填バルブ６４０が開き、充填チャネル５２０の内容物が計量チャンバ５１０ｅに送達される。充填プロセスで、クラスタバルブ６００ｅの大容量バルブ６１０、クラスタバルブ６００ｂの中容量バルブ６２０、クラスタバルブ６００ａの小容量バルブ６３０、およびクラスタバルブ６００ａのパージバルブ６６０が閉じる。クラスタバルブ６００ａの溢流バルブ６５０は、開いたままで外部材料があふれて溢流チャネル５３０に流れ込む。図１７に示すように、計量チャンバ５１０ｅが完全に満杯になると、充填バルブ６４０は閉じ、パージバルブ６６０は開いてパージ物質（ここでは空気）がパージチャネル５４０を通過して余分な溢流を溢流チャネル５３０に押し込む。この時点で、充填バルブ６４０、大容量バルブ６１０、中容量バルブ６２０、および小容量バルブ６３０はすべて閉じている。計量チャンバ５１０ｅは、所望の材料で満たされ、計量チャンバは、所望の出力量を計量分配する準備ができている。この場合、パージバルブ６６０は開いたままで、したがって、どの出力量バルブが開いているかに応じて、空気圧が計量チャンバ５１０ｅから所望の量だけ内容物を押し出すことができる。小出力量を所望の場合、図１８に示すように、中容量バルブ６２０および大容量バルブ６１０が共に閉じて適当な小容量バルブ６３０が開く。中出力量を所望の場合、図１９に示すように、小容量バルブ６３０および大容量バルブ６１０が共に閉じて適当な中容量バルブ６２０が開く。大容量バルブ６２０および大容量バルブ６１０が共に閉じて適当な小容量バルブ６３０が開く。大出力量を所望の場合、図２０に示すように、小容量バルブ６３０および中容量バルブ６２０が共に閉じて適当な大容量バルブ６１０が開く。これらの計量分配の間、パージバルブ６６０および溢流バルブ６５０は開いたままで、充填バルブ６４０は閉じたままである。最後に、図２１に示すように、所望の材料が計量分配され、計量チャンバ５１０ｅから完全に洗い流される準備が整うと、パージバルブ６６０および溢流バルブ６５０は開いたままで、充填バルブ６４０も開く。さらに、大容量バルブ６１０、中容量バルブ６２０、および小容量バルブ６３０はすべて閉じている。その結果、空気と水との選択が可能なパージ物質がその後計量チャンバ全体と充填および溢流チャネルを流れて完全に洗浄が行われる。充填チャネル５２０および溢流チャネル５３０の内容物は、計量アセンブリから適当なチャネルを通って最終的に材料マニホールドに達し、溢流および廃棄物材料はここで廃棄される。このプロセスは、適宜、別の選択した材料または同じ計量分配量について繰り返すことができる。

ソフトウェア制御システムを流体処理装置に組み込んで使用を容易にできる。図２２のグラフに示すメインコンソールまたはユーザインタフェース８００を提供して効率的で直観的な制御が可能になる。材料マニホールド４００からの材料制御８１０によって、所望の瞬間に適切な材料を流体チップ３００に選択的に導入できるようなバルブおよび圧力管理を実行することができる。廃棄物バルブ制御８２０によって、材料マニホールド４００の端部の廃棄物バルブによって洗浄材料を廃棄物容器に送出させることができる。パージ洗浄制御８３０は、所望であればいつでもパージ物質として使用するために空気または水を選択する働きをする。上記のように、一実施形態では、空気または水をパージ物質として使用することができる。停止制御８４０によって、所望であればいつでも現在のシーケンスを中止することができる。個別の充填バルブ制御８５０を使用してユーザはどの特定の計量チャンバにどの材料を選んで充填するか操作することができる。洗浄サイクル制御８７０は、計量チャンバが次の材料で充填されるように洗浄サイクルを起動する働きをする。計量分配シーケンス制御８８０を使用してシステムは単一のウェルの計量分配シーケンスを実行することができる。マルチ計量分配制御８９０を使用して、材料計量分配の間に洗浄をはさみながら計量分配グリッド８９２に従ってすべての材料を完全に計量分配することができる。計量分配グリッド８９２内の値は、異なる量を異なるウェルに計量分配できるように変更可能である。ソフトウェアには、事前作成したグリッドを必要に応じてロードまたは保存する機能もある。シミュレーション制御８６０の機能を使用してソフトウェアを実行する手段によって、システムに実際に流体処理装置を取り付けることなくプログラムを使用することができる。ソフトウェアは適宜スタンドアロンのコンピュータまたは多目的汎用コンピュータ内で実施することができる。

上の説明から明らかなように、流体の移動は流体で充填されたチャネルに駆動流体（圧搾空気など）を通すことで実行される。しかし、流体を移動させる他の適切な配置構成も使用することができるため、本考案はこれに限定されないことを理解されたい。以下に説明するように、そのような配置構成の１つは膜ポンプを含む。膜ポンプは上記配置構成で使用することができるが、流体を移動させる必要がある他の任意の適切な装置内で膜ポンプを使用することができる。したがって、以下に説明する膜ポンプは、上記の装置の機能を全く含まない、機能の一部を含む、または機能の全部を含む装置で使用することができる。

図２３（ａ）および図２３（ｂ）を参照して、膜ポンプ９００の例示的実施形態について説明する。ポンプ９００は、基部９０２、柔軟な膜９０４、およびリップ９０６を含むマルチレベル構造を有することができる。バルブ７００の構造と同様、基部９０２は、流体薄肉層３５２に対する圧縮面を提供し、気密シールを形成しながらポンプ９００の安定性を高める。また、バルブ７００の構造と同様、リップ９０６は基部９０２と柔軟な膜９０４との間から上方に延びることができ、ポンプ９００は所定位置に固定され、その周囲にシールを提供する。さらに、柔軟な膜９０４は、２つの領域、すなわち、膜のほぼ中央部の突起厚肉部９０５と厚肉部９０５をほぼ囲む薄肉部９０３とを含むことができる。ポンプ９００の柔軟な膜９０４は、流体層３５０から離れる方向に作動され、柔軟な膜９０４の厚肉部９０５は、堅い上部停止拘束、例えば、制御薄肉下部層３１６に対して押し上げることができ、ポンプ９００から最終的に追い出す計量分配量がさらに一定になる。

種々の実施形態で、柔軟な膜９０４の厚肉部９０５の厚みにはばらつきがある。いくつかのケースでは、厚肉部９０５の厚みはポンプが計量分配する所望の量に応じて変動することがある。いくつかの実施形態では、柔軟な膜９０４の厚みは表面全体でほぼ一様なため、厚肉部はなく、すなわち、厚肉部９０５の厚みは薄肉部９０３とほぼ同じ厚みである。別の実施形態では、厚肉部９０５の厚みは柔軟な膜９０４を囲むリップ９０６の高さと同じである。この点に関して、厚肉部９０５が、流体層３５０から制御層３１０まで延びるリップ９０６と同じ高さがあったら、膜９０４は大幅に変形することなく実質的に作動できないであろう。しかし、厚肉部９０５の高さがリップ９０６の高さより低い場合、制御層３１０の方向に膜が作動すると、流体層３５０と膜９０４との間に少量の流体が蓄積する。厚肉部９０５の高さがリップ９０６の高さよりわずかに低い場合、制御層３１０の方向に膜が作動すると、厚肉部９０５の高さがリップ９０６の高さより大幅に低い場合と比較してポンプ９００から計量分配される量は少なくなる。種々の実施形態で、厚肉部９０５の厚みは約１０ミクロンから約５００ミクロンの間である。いくつかの実施形態では、厚肉部９０５の厚みは約４００ミクロンである。他の実施形態では、厚肉部９０５の厚みは約２２０ミクロンである。

厚肉部９０５は、また、任意の適切な形状に形成することができる。いくつかの実施形態では、厚肉部９０５の形状はほぼ矩形である。他の実施形態では、厚肉部９０５の形状はほぼ台形である。別の実施形態では、厚肉部９０５の形状はほぼ平行四辺形である。

別の態様では、薄肉部９０３によって柔軟な膜９０４は、例えば、制御層３１０からの圧力または真空の印加によって作動時にたわむ。この点に関して、リップ９０６と厚肉部９０５との間に存在する膜９０４の薄肉部９０３の距離は、膜の作動時に薄肉部９０３によって引き起こされる過度の効力および／またはたわみが大幅に回避されるように適切に決定される。この点に関して、リップ９０６から厚肉部９０５までの薄肉部９０３の距離は、厚肉部９０５が薄肉部９０３が過度に伸展することなく比較的堅い戻り止め装置に達するだけ十分に長くてよい。他方、リップ９０６から厚肉部９０５までの薄肉部９０３の距離は、柔軟な膜９０４が過度のたわみから不自然に変形しないように制限してもよい。いくつかの実施形態では、リップ９０６から厚肉部９０５までの柔軟な膜９０４の薄肉部９０３の距離は、膜９０４の薄肉部９０３の厚みとほぼ同じである。別の実施形態では、リップ９０６から厚肉部９０５までの柔軟な膜９０４の薄肉部９０３の距離は、厚肉部９０５の厚みとほぼ同じである。別の実施形態では、上記のように、柔軟な膜９０４の厚肉部９０３は存在せず、膜９０４の薄肉部９０３の距離は、リップ９０６の一方からリップ９０６の他方までになる。

別の態様では、また、厚肉部９０５があることで流体が柔軟な膜９０４の側縁部９０３に引っ掛かる可能性を低減する助けになる。この点に関して、いくつかの実施形態では、膜９０４の薄肉の側縁部９０３が厚肉部９０５よりも早く変形するように膜９０４を設計することができる。別の実施形態では、上記のように、厚肉部９０５は膜９０４のより柔軟な領域よりもほぼ堅い材料で形成することができる。ポンプ９００が適切に機能するために、柔軟な膜９０４の厚みにばらつきがあることは要件でないことを理解されたい。また、バルブ７００が適切に機能するために、膜の厚肉部９０５を柔軟な膜９０４に組み込んでもよいことを理解されたい。

図２３（ａ）は、膜９０４と流体薄肉層３５２との間にシールが形成された空の状態のポンプ９００を示す図である。この点に関して、流体材料５００が流体チャネル５０２から流体アクセス穴９５４を通過しないようにするために膜９０４上で、および／または膜９０４によって十分な力が加えられる。図２３（ｂ）は、膜９０４と流体薄肉層３５２との間のシールが解除され、流体材料５００が流体チャネル５０２から流体アクセス穴９５４を通過することができる充填状態のポンプ９００を示す図である。この点に関して、膜９０４が堅い戻り止め装置としての役割を果たす制御薄肉下部層３１６に対して押し上げられる間に流体が内部に一時的に蓄積されたポンプ空間９１０が形成され、過度の膜のたわみが制限される。図示の実施形態で、戻り止め装置は、ポンプ空間９１０内に一時的に蓄積される流体の量を良好に制御する拘束を形成する。したがって、ポンプ９００の態様は適宜充填することができるポンプ空間９１０に従って正確な流体の量を常時計量するように設計することができる。

ポンプ９００は、流体材料５００をポンプ９００の外に追い出すことができるように空気などの流体を柔軟な膜９０４に対して押し込む加圧によって制御することができる。種々の実施形態で、柔軟な膜９０４に不足した圧力を印加して、膜９０４の真下を流体が流体アクセス穴３５４を通して流れるようにすることができる。別の実施形態では、柔軟な膜９０４に真空を印加して流体がより容易にポンプ空間９１０に流れ込むようにできる。別の実施形態では、逆方向の制御効果が発生することがある。すなわち、制御口を通して膜９０４に加圧することで流体をポンプ空間９１０内に呼び込み、制御口を通して加圧しない、または真空を加圧することで材料をポンプ空間９１０から追い出すようにポンプ９００を設計することができることを理解されたい。

さらに、上記バルブ７００と同様、ポンプ９００はさまざまな適切な材料から形成することができる。いくつかの実施形態では、バルブ７００および／またはポンプ９００は、シリコーン、ゴム、ポリウレタン、ポリジメチルシロキサン、フルオロポリマー（例えば、Ｋａｒｌｅｚ（登録商標）などのパーフルオロエラストマー）などのエラストマー材料または任意のポリマー等価物あるいはこれらの組合せから構成することができる。他の実施形態では、バルブ７００および／またはポンプ９００を形成する材料はほぼ耐溶剤性がある。さらに他の実施形態では、バルブは電気的または機械的な性質を問わず、任意の適切な配置構成で作動させられる金属またはセラミックなどの適切な堅い材料からなっていてもよい。堅い材料を使用する場合、開閉可能な蝶番またはゲートウェイを使用することができる。さらに別の実施形態では、バルブ７００および／またはポンプ９００のさまざまな部分はさまざまな材料で形成することができる。非限定的な例として、柔軟な膜９０４は１つの材料から形成することができ、あるいは、複数の材料から形成することができる。この点に関して、厚肉部９０５は、例えば、柔軟な膜９０４の他の部分とは実質的に異なり、および／または実質的により堅い材料を組み込むことができる。

図２３（ａ）は、柔軟な膜９０４が流体薄肉層３５２との間にシールを形成し、流体が流体層３５０の上部のポンプ空間９１０に進入するのを実質的に防止する、空の状態のポンプ９００の一実施形態を示す図である。いくつかの実施形態では、制御厚肉層３１４を通過して制御薄肉下部層３１６内の制御アクセス穴３１８と連通する制御チャネル３３０を通して圧力を適当に印加することができる。ポンプ９００が空になると、流体は適切にポンプ空間９１０から流体チャネル５０２内に押し出される。

図２３（ｂ）は、柔軟な膜９０４がより堅い制御薄肉下部層３１６側に寄り、流体が流体チャネル５０２からポンプ空間９１０内に流入する充填状態のポンプ９００の別の実施形態を示す図である。この点に関して、制御厚肉層３１４を通過して制御アクセス穴３１８と連通する制御チャネル３３０を通して真空または不足した圧力を印加することができる。ポンプ９００が満杯になると、流体は適切にポンプ空間９１０に引き込まれる。

上記のように、制御チャネル３３０を通して圧力または真空を印加することで柔軟な膜９０４を制御することができ、圧力の印加によって膜は閉じ、ポンプ空間９１０を空にし、および／または閉じたままである。他方、真空を印加すると柔軟な膜９０４は開き、計量チャンバ９１０を充填し、および／または開いたままである。いくつかの実施形態では、ポンプ９００が充填または空の状態の時に膜９０４が制御アクセス穴３１８を塞がないように、制御アクセス穴３１８を膜９０４の中心から縁部の方へずらして配置することができる。また、中心からずれた制御アクセス穴３１８によって、膜９０４が流体アクセス穴３５４への流体の通過を阻止する時期が早すぎる確率を下げることで、ポンプ９００が適当な量の流体を送達するのを助ける。膜９０４に関して制御アクセス穴３１８を中心からずらして配置しなくてもよいことを理解されたい。

図２４（ａ）〜図２６（ｂ）は、一実施形態による、一方の側面をバルブ９０１ａ、他方の側面をバルブ９０１ｂで囲まれたポンプ９００の動作を示す図である。この点に関して、流体材料５００は、流体チャネル５０２ａを介して一方の側の貫通バルブ９０１ａから流体チャネル５０２ｂに移送され、ポンプ９００内に計量され流体チャネル５０２ｃの方向の他方の側の貫通バルブ９０１ｂに向けて追い出される。制御は、正圧および負圧制御を介して制御層３１０によって提供され、流体層３５０内で流体のアクセスが実行される。ポンプ９００とバルブ９０１ａおよび９０１ｂは、制御層３１０および流体層３５０の間に位置する。この実施形態では、バルブ９０１ａおよび９０１ｂとポンプ９００とは一体に接続され、同じ材料で形成されている。ポンプ９００および／またはバルブ９１０ａおよび９０１ｂは、同じ材料で形成されていなくてもよく、また、ポンプ９００および／またはバルブ９０１ａおよび９０１ｂは、結合されていなくてもよいことを理解されたい。

また、制御薄肉下部層３１６および流体薄肉層３５２は各々１つの単体として示されているが、本明細書に記載する層のいずれもこのような単体である必要はないことを理解されたい。例えば、任意の適当に機能する組合せで数枚の層を重ね合わせてもよい。さらに、バルブ７００について上述したように、サポートを強化するために、スペーサ３２２を制御層３１０と流体層３５０との間に適切に配置することができる。

図２４（ａ）で、流体チャネル５０２ａ、５０２ｂ、および５０２ｃは流体材料５００で呼び水されるが、両方のバルブ９０１ａおよび９０１ｂとポンプ９００とは閉じている。この点に関して、バルブ９０１ａの柔軟な膜９０４ａが流体薄肉層３５２との間にシールを形成するように、制御チャネル３３０ａから制御アクセスポート３１８ａを通して圧力を印加して、流体が流体アクセスポート３５４ａと３５４ｂの間を流れるのを防止することができる。バルブ９０１ｂに対しても同様に、柔軟な膜９０４ｂが流体薄肉層３５２との間にシールを形成するように、制御チャネル３３０ｂから制御アクセスポート３１８ｂを通して圧力を印加して、流体が流体アクセスポート３５４ｃと３５４ｄの間を流れるのを防止することができる。流体の流れはバルブ９０１ａと９０１ｂとの間で阻止されるので、ポンプ９００も空の構成のままである。この場合、柔軟な膜９０４ｃが流体薄肉層３５２との間にシールを形成して流体が流体アクセスポート９５４を通過するのを防止するように制御チャネル３３０ｃから制御アクセスポート３１８ｃを通して圧力を印加することができる。

図２４（ｂ）は、開いた状態で流体アクセス穴３５４ａおよび３５４ｂを通して流体材料５００が流体チャネル５０２ａから流体チャネル５０２ｂへ流れることができるバルブ９０１ａを示す図である。この点に関して、制御チャネル３３０ａからバルブ９０１ａに以前印加されていた圧力は解除され、真空の印加によって柔軟な膜９０４ａと流体薄肉層３５２との間のシールが解除されて流体がバルブ９０４ａを通過する。流体がバルブ９０４ａを通過するために真空は必要ないことを理解されたい。いくつかの実施形態では、制御チャネル３３０ａを通して印加される圧力を単に減らすだけで、膜９０４ａと流体薄肉層３５２との間のシールが少なくとも部分的に解除される。この場合、制御チャネル３３０ｂおよび３３０ｃを通して圧力を印加することができるため、ポンプ９００の膜と流体薄肉層３５２を備えたバルブ９０１ｂとの間のシールは残っている。

図２５（ａ）は、真空が制御チャネル３３０ｃを通して印加される時に、流体チャネル５０２ａの方向から流体アクセス穴９５４を通して流体チャネル５０２ｂからの流体材料５００がポンプ空間９１０内に引き込まれる際に充填状態になるポンプ９００を示す図である。この点に関して、膜９０４ｃは、例えば、比較的堅い制御薄肉下部層３１６と接触することがあるため、柔軟な膜９０４ｃの厚肉部９０５はそれ以上変形するのを実質的に防止される。その結果、ポンプ空間９１０内に引き込まれる流体材料５００の量は各充填状態で一定である。流体がポンプ９００のポンプ空間内に上昇するために真空は必要ないことを理解されたい。いくつかの実施形態では、制御チャネル３３０ｃを通して印加される圧力を単に減らすだけで、膜９０４ｃと流体薄肉層３５２との間のシールが少なくとも部分的に解除される。この時点で、図２５（ａ）に示すように、いくつかの実施形態では、制御チャネル３３０ａおよび３３０ｃは、それぞれバルブ９０１ａおよびポンプ９００に真空を印加して、柔軟な膜９０４ａおよび９０４ｃと流体薄肉層３５２との間のシールを解除する。同時に、制御チャネル３３０ｂはバルブ９０１ｂに圧力を印加して、柔軟な膜９０４ｂと流体薄肉層３５２との間のシールを維持する。

図２５（ｂ）は、閉じた状態で流体が流体チャネル５０２ａと流体チャネル５０２ｂとの間で流れないバルブ９０１ａを示す図である。この点に関して、柔軟な膜９０４ａと流体薄肉層３５２との間にシールを形成することができるように、制御チャネル３３０ａから圧力が印加される。他方、柔軟な膜９０４ｂと流体薄肉層３５２との間のシールが解除され、流体アクセス穴３５４ｃおよび３５４ｄを通して流体が流体チャネル５０２ｂと流体チャネル５０２ｃとの間を流れるように、制御チャネル３３０ｂから真空が印加される開いた状態のバルブ９０１ｂが示されている。ポンプ９００は充填状態のままで、制御チャネル３３０ｃを介して真空の印加が続いている。上記と同様に、流体がバルブ９０１ｂを通過するために真空は必要ないことを理解されたい。いくつかの実施形態では、制御チャネル３３０ｂを通して印加される圧力を単に減らすだけで膜９０４ｂと流体薄肉層３５２との間のシールが少なくとも部分的に解除される。

図２６（ａ）は、制御チャネル３３０ａから正圧が引き続き印加され、柔軟な膜９０４ａと流体薄肉層３５２との間のシールが維持され、流体が流体チャネル５０２ａと流体チャネル５０２ｂとの間を流れることが防止される、閉じた状態のままのバルブ９０１ａを示す図である。バルブ９０１ｂは、開いた状態のままで、柔軟な膜９０４ｂと流体薄肉層３５２との間のシールが解除されたままになるように、制御チャネル３３０ｂから真空が引き続き印加され、流体が流体チャネル５０２ｂと流体チャネル５０２ｃとの間を流れることができる。しかし、ポンプ９００は、作動して、制御チャネル３３０ｃを通して印加される圧力で空の状態になり、ポンプ空間９１０内に以前あった流体は、流体アクセス穴９５４を通してバルブ９０１の方向に流体チャネル５０２ｂまで押し出される。この時点で、バルブ９０１ｂは開いているため、流体は流れることができ、流体材料５００は、ポンプ９００の膜９０４ｃから印加される力によって流体アクセス穴３５４ｃおよび流体アクセス穴３５４ｄを通して流体チャネル５０２ｂから流体チャネル５０２ｃへ移送することができる。

図２６（ｂ）は、制御チャネル３３０ａおよび制御チャネル３３０ｂから圧力がそれぞれ柔軟な膜９０４ａおよび膜９０４ｂに印加される、共に閉じた状態のバルブ９０１ａおよびバルブ９０１ｂを示す図である。制御チャネル３３０ｃから柔軟な膜９０４ｃに圧力が印加される空の状態のポンプ９００も示されている。図２４（ａ）〜図２６（ｂ）に示す流体が流体チャネル５０２ａから流体チャネル５０２ｃに流れる時に、この実施形態では、バルブ９０１ａおよびバルブ９０１ｂとポンプ９００との動作方法に応じて、流体チャネル５０２ｃから流体チャネル５０２ａ、またその逆方向に、流体の流れを制御することができることを理解されたい。

上記バルブとポンプの種々の配置構成および組合せを計量分配装置内で構築して、適宜流体の流れの方向および量の正確な制御を実行することができる。この点に関して、ポンプ９００のいずれの側のバルブも流体を計量分配する時期を制御することができ、装置のバルブおよび他の部分が適切に作動すると、ポンプ９００は適切な量の流体を計量し、流体チャネルを通して装置外に押し出すことができる。この点に関して、マイクロ流体計量分配装置のさまざまな態様に組み込まれた計量分配量は、ポンプの構成に従って、約１０ナノリットルから約１００マイクロリットルまでの幅広い範囲にわたることができる。いくつかの実施形態では、計量分配量は約１００ナノリットルである。他の実施形態では、計量分配量は約３マイクロリットルである。

一実施形態では、上記バルブ構造７００を膜ポンプとして使用して流体アクセスポート穴を通して流体を容易に両方向に移送することができる。より詳細には、そのようなポンプを使用することで、膜が作動すると、流体は流入した同じポートを通って逆流することができる。上記バルブ構造の製造はポンプの製造とほぼ同様であるため、上記バルブ構造をポンプと呼んでもよいことを理解されたい。しかし、バルブとして使用され、および／またはポンプとして使用される柔軟な膜を備えた物品との間で動作のわずかな相違点がある場合がある。例えば、流体層３５０からこの構造に接触する流体アクセスポートの数はさまざまである。いくつかの実施形態では、１つのポート穴がポンプの入口および出口の両方としての働きをすることができる。他の実施形態では、入口および／または出口としての働きをする複数のポートを使用することができる。実際、製造されたバルブ７００は機能的にポンプとして使用することができ、逆に、ポンプをバルブとして使用することもできる。

さらに、ポンプは、計量分配装置それ自体としての働きもする。マイクロ流体アセンブリから正確な量だけ計量分配する流体はポンプ空間内に一時的に蓄積することができる。この点に関して、バルブおよびポンプをあらゆる適切な方法で使用して適宜複数の流体材料の効率的で正確な計量分配を制御することができる。

本明細書は当業者が本考案を実施するのに十分と考えられる。考案を実施するための最良の形態について詳述してきたが、本考案が関係する当業者は添付の請求の範囲に記載する上記実施形態を含む種々の代替実施形態を思い付くであろう。本明細書で開示した実施例は本明細書で可能になる本考案の特定の実施形態を例示したものであって、本考案を限定すると解釈すべきではない。したがって、本明細書に記載するシステムおよび方法と機能的に同等のシステムおよび方法は添付の実用新案登録請求の範囲の精神および範囲を逸脱するものではない。実際、本明細書に図示し記載した変形形態に加え、本考案のさまざまな変形形態は、上記説明から当業者には明らかであり、添付の実用新案登録請求の範囲内である。

本考案の一態様による流体処理装置の概略図である。 本考案の一実施形態によるマニホールドコレクタ、材料マニホールド、計量アセンブリ、および制御モジュールを備えた流体処理装置の斜視図である。 共用制御モジュールを示す図２の流体処理装置の下方から見た斜視図である。 流体処理装置の別の実施形態の上面図である。 材料マニホールドの一実施形態の上面図である。 材料マニホールドの別の実施形態の上面図である。 図５の材料マニホールドの側面図である。 制御モジュールの一実施形態の上面図である。 マニホールドコレクタおよび共用制御モジュールの上面図である。 制御モジュールの別の実施形態の上面図である。 計量アセンブリの一実施形態を形成する層の斜視図である。 チャネルおよびバルブを示す計量チャンバの拡大上面図である。 いくつかの計量チャンバおよびバルブクラスタの上面図である。 （ａ）はバルブクラスタの斜視図であり、（ｂ）は計量チャンバの間に配置されたバルブクラスタの拡大上面図である。 （ａ）はクローズド構成の個別のバルブの側面の概略図であり、（ｂ）はオープン構成の個別のバルブの側面の概略図である。 計量チャンバを充填するプロセスの一実施形態を示す図である。 計量チャンバから計量分配を開始するプロセスの一実施形態を示す図である。 小容量の出力を計量し、計量分配するプロセスの一実施形態を示す図である。 中容量の出力を計量し、計量分配するプロセスの一実施形態を示す図である。 大容量の出力を計量し、計量分配するプロセスの一実施形態を示す図である。 計量チャンバを洗浄するプロセスの一実施形態を示す図である。 流体処理装置を制御するために使用するソフトウェアインタフェースの一実施形態を示す図である。 （ａ）は流体を移送するための配置の代替実施形態の概略断面図であり、（ｂ）は流体を移送するための配置の代替実施形態の概略断面図である。 （ａ）は流体を移送するための配置の別の代替実施形態の概略断面図であり、（ｂ）は流体を移送するための配置の別の代替実施形態の概略断面図である。 （ａ）は流体を移送するための配置の別の代替実施形態の概略断面図であり、（ｂ）は流体を移送するための配置の別の代替実施形態の概略断面図である。 （ａ）は流体を移送するための配置の別の代替実施形態の概略断面図であり、（ｂ）は流体を移送するための配置の別の代替実施形態の概略断面図である。

Claims (19)

1. マイクロ流体制御装置（７００，９００）であって、
   膜厚を有する柔軟な膜（７０４，９０４）と、
   前記柔軟な膜を囲む基部（７０２，９０２）であって、前記基部が基部厚を有し、前記基部厚が前記膜厚より大きい基部と、
   前記柔軟な膜と流体連通する複数の流体アクセスポートを備える基板（３５０）であって、前記膜が作動すると第１の流体アクセスポートと第２の流体アクセスポートとの間を流体が移動することができるように、前記柔軟な膜が前記流体アクセスポートからそれるように構成された基板とを備えるマイクロ流体制御装置。
2. 前記柔軟な膜が、エラストマー材料を含む、請求項１に記載のマイクロ流体制御装置。
3. 前記柔軟なバルブ膜と流体連通する圧力ポート（３１８）をさらに含み、閉鎖圧力が印加されると、前記柔軟なバルブ膜が前記流体アクセスポートによりシールを形成するように構成されている、請求項１〜２のいずれか１項に記載のマイクロ流体制御装置。
4. 前記柔軟なバルブ膜が、前記圧力ポートの圧力が低減すると移動するように構成されている、請求項３に記載のマイクロ流体制御装置。
5. 前記柔軟な膜が、前記圧力ポートの圧力が低減すると、第１の流体アクセスポートと第２の流体アクセスポートとの間で流体が流れることができるように構成されている、請求項３〜４のいずれか１項に記載のマイクロ流体制御装置。
6. マイクロ流体制御装置（７００，９００）であって、
   膜厚を有する柔軟な膜（７０４，９０４）と、
   前記柔軟な膜を囲む基部（７０２，９０２）であって、前記基部が基部厚を有し、前記基部厚が前記膜厚より大きい基部と、
   前記基部と前記柔軟なバルブ膜との間に配置され、前記基部厚より大きい高さを有するリップ（７０６，９０６）とを備えるマイクロ流体制御装置。
7. 前記膜の薄肉部（９０３）と、前記膜の厚肉部（９０５）とをさらに有し、前記薄肉部が、前記リップと前記厚肉部との間に配置される、請求項６に記載のマイクロ流体制御装置。
8. 前記柔軟な膜と流体連通する少なくとも１つの流体アクセスポート（３５４ａ，３５４ｂ，９５４）を有する基板をさらに備え、前記柔軟な膜が、前記膜が作動すると、流体の流れが可能になるように前記少なくとも１つの流体アクセスポートからそれるように構成されている、請求項６〜７のいずれか１項に記載のマイクロ流体制御装置。
9. 前記柔軟な膜と流体連通する圧力ポート（３１８）をさらに備え、前記柔軟な膜が、閉鎖圧力が印加されると、前記少なくとも１つの流体アクセスポートによりシールを形成するように構成されている、請求項８に記載のマイクロ流体制御装置。
10. 前記柔軟な膜は、前記圧力ポートの圧力が低減すると移動するように構成されている、請求項９に記載のマイクロ流体制御装置。
11. 前記柔軟なバルブ膜が、前記圧力ポートの圧力が低減すると、第１の流体アクセスポート（３５４ａ）と第２の流体アクセスポート（３５４ｂ）との間で流体が流れることができるように構成されている、請求項９〜１０のいずれか１項に記載のマイクロ流体制御装置。
12. 前記柔軟な膜が、エラストマー材料を含む、請求項６〜１１のいずれか１項に記載のマイクロ流体制御装置。
13. マイクロ流体制御装置（７００，９００）であって、
    膜厚を有する柔軟な膜（７０４，９０４）と、
    前記柔軟な膜を囲む基部（７０２，９０２）であって、前記基部が基部厚を有し、前記基部厚が前記膜厚より大きい基部と、
    前記柔軟な膜に隣接して配置される上部層（３１０）であって、前記柔軟な膜よりも堅い上部層と、
    前記柔軟な膜に隣接して配置される下部層（３５０）であって、前記柔軟な膜よりも堅い下部層とを備えるマイクロ流体制御装置。
14. 前記下部層が前記柔軟な膜と流体連通する流体アクセスポートのうちの少なくともいずれか１つを有し、前記柔軟な膜が、前記膜が作動すると流体の流れが可能になるように、前記少なくとも１つの流体アクセスポートからそれるように構成されている、請求項１２に記載のマイクロ流体制御装置。
15. 前記上部層が、前記柔軟な膜と流体連通する圧力ポートを備え、前記柔軟な膜が、閉鎖圧力が印加されると前記流体アクセスポートによりシールを形成するように構成されている、請求項１３に記載のマイクロ流体制御装置。
16. 前記基部と前記柔軟な膜との間に配置されるリップ（７０６，９０６）をさらに備え、前記リップが前記基部厚より大きい高さを有する、請求項１２〜１４のいずれか１項に記載のマイクロ流体制御装置。
17. 前記上部層が、前記リップと接触する、請求項１５に記載のマイクロ流体制御装置。
18. 前記膜の薄肉部（９０３）と、前記膜の厚肉部（９０５）とをさらに有し、前記薄肉部が、前記リップと前記厚肉部との間に配置される、請求項１５〜１６のいずれか１項に記載のマイクロ流体制御装置。
19. 前記柔軟な膜が、エラストマー材料を含む、請求項１２〜１７のいずれか１項に記載のマイクロ流体制御装置。

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