JP3725834B2 - ミクロ流体工学システムでの流動運動を駆動するために向心的加速を使用するための装置および方法 - Google Patents

ミクロ流体工学システムでの流動運動を駆動するために向心的加速を使用するための装置および方法 Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微量分析および微量合成分析、プロセスを行うための方法および装置に関する。特に、本発明は、分析、合成および精製に関連した遺伝的、生化学的および化学的プロセスの超小型化に関する。詳細には、本発明は、回転によってプラットホームを操作し、それによってプラットホームの回転から生じる向心力を利用して、マイクロプラットホームに埋設されたマイクロチャンネルを介して流体運動を誘導させるための微量システムおよび微量操作装置を提供する。ミクロ流体工学的構成要素、抵抗加熱要素、温度感知要素、混合構造、毛細および捨てバルブを有する本発明の微量システムプラットホームを、そして生物学的、酵素的、免疫学的および化学的分析を実行するためにこれらの微量システムプラットホームを使用する方法を提供する。本発明の微量システムプラットホームへ、それから電気的信号を伝達させる能力のあるスリップ環設計ローターをも提供する。
【０００２】
【従来の技術】
医学的、生物学的、そして化学的分析で、機械的および自動化流体取扱いシステムおよび機器は、先行技術において既知である。
【０００３】
Ｂｅｒｔａｕｄｉｅｒｅらによる、１９８１年７月２１日に発行された米国特許第４，２７９，８６２号では、遠心測光分析装置が開示されている。
【０００４】
Ｅｋｉｎｓによる、１９８３年４月２６日に発行された米国特許第４，３８１，２９１号では、遊離リガンドの分析測定法が開示されている。
【０００５】
Ｋｌｏｓｅらによる、１９８５年５月７日に発行された米国特許第４，５１５，８８９号では、試薬を自動化混合およびインキュベートして、分析的決定を行うことが教示されている。
【０００６】
Ｅｄｅｌｍａｎｎらによる、１９８７年６月３０日に発行された米国特許第４，６７６，９５２号では、測光分析装置が教示されている。
【０００７】
Ｅｋｉｎｓによる、１９９８年５月１７日に発行された米国特許第４，７４５，０７２号では、生物学的流体中での免疫アッセイが開示されている。
【０００８】
Ｂｕｒｄによる、１９９１年１０月２９日に発行された米国特許第５，０６１，３８１号では、血液分析を行うための遠心ローターが開示されている。
【０００９】
Ｂｒａｙｎｉｎらによる、１９９２年６月１６日に発行された米国特許第５，１２２，２８４号では、複数の末端キューベットを含む遠心ローターが開示されている。
【００１０】
Ｋｏｐｆ−ＳｉｌｌおよびＺｕｋによる、１９９３年１１月３日に発行された米国特許第５，１６０，７０２号では、サイフォンに呼び水をするために使用される流体の「湿潤性」に依存するキャピラリー力およびサイフォンを用いた回転数依存「弁」が開示されている。
【００１１】
Ｅｋｉｎｓらによる、１９９２年１２月１５日に発行された米国特許第５，１７１，６９５号では、２つの標識マーカーを用いた分析物の濃度の決定法が開示されている。
【００１２】
Ｓｃｈｅｍｂｒｉによる、１９９２年１２月２２日に発行された米国特許第５，１７３，１９３号では、ローター上の受取りチャンバーに測定量の流体を送出するための遠心ローターが開示されている。
【００１３】
Ｂｕｒｔｉｓらによる、１９９３年９月７日に発行された米国特許第５，２４２，８０３号では、アッセイを行うためのローター集合が開示されている。
【００１４】
Ｂｕｒｄによる、１９９５年４月２５日に発行された米国特許第５，４０９，６６５号では、遠心ローターに充填するキューベットが開示されている。
【００１５】
Ｅｋｉｎｓによる、１９９５年７月１１日に発行された米国特許第５，４１３，００９号では、流体中の分析物を分析する方法が開示されている。
【００１６】
Ｓｃｈｅｍｂｒｉによる、１９９５年１２月５日に発行された米国特許第５，４７２，６０３号では、キャピラリー力は、流体が付与回転速度で流れることを妨げ、そして高速回転での流れを可能にする、流出ダクトを有するキャピラリー通路を含む分析ローターが開示されている。
【００１７】
Ａｎｄｅｒｓｏｎら、１９６８年、Ａｎａｌ．Ｂｉｏｃｈｅｍ． ２８巻：５４５−５６２頁では、細胞分画用の多キューベットローターが教示されている。
【００１８】
Ｒｅｎｏｅら、１９７４年、Ｃｌｉｎ．Ｃｈｅｍ． ２０巻：９５５−９６０頁では、遠心分析器用の「ミニディスク」モジュールが教示されている。
【００１９】
Ｂｕｒｔｉｓら、１９７５年、Ｃｌｉｎ．Ｃｈｅｍ． ２０巻：９３２−９４１頁では、流体を遠心分析器に動的に導入する方法が教示されている。
【００２０】
Ｆｒｉｔｓｃｈｅら、１９７５年、Ｃｌｉｎ．Ｂｉｏｃｈｅｍ． ８巻：２４０−２４６頁では、遠心分析器を用いた血糖レベルの酵素的分析が教示されている。
【００２１】
Ｂｕｒｔｉｓら、１９７５年、Ｃｌｉｎ．Ｃｈｅｍ． ２１巻：１２２５−１２３３頁では、遠心分析器と共に用いるための多目的の光学システムが教示されている。
【００２２】
Ｈａｄｊｉｉｏａｎｎｏｕら、１９７６年、Ｃｌｉｎ．Ｃｈｅｍ． ２２巻：８０２−８０５頁では、小型遠心分析器を用いた生物学的流体での自動化酵素的エタノール測定法が教示されている。
【００２３】
Leeら１９７８年、Clin.Chem.２４巻：１３６１−１３６５頁では、自動化血液分画システムが教示されている。
【００２４】
Choら、１９８２年、Clin.Chem.２８巻：１９５６−１９６１頁では、多チャンネル電気化学的遠心分析器が教示されている。
【００２５】
Bertrandら、１９８２年、Clinica Chimica Acta１１９巻：２７５−２８４頁では、遠心分析器を用いた血清５’−ヌクレオチダーゼの自動決定法が教示されている。
【００２６】
Schembriら、１９９２年、Clin Chem.３８巻：１６６５−１６７０頁では、携帯可能な全血分析装置が教示されている。
【００２７】
Ｗａｌｔｅｒｓら、１９９５年、基礎的医療の実験室技術（Ｂａｓｉｃ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）、３版、Ｄｅｌｍｅｒ Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ、ボストンでは、様々な自動化された医療実験室の分析技術が教示されている。
【００２８】
最近、選択反応経路を行うための微量分析用デバイスが開発された。
【００２９】
Ｗｈｉｔｅによる、１９９１年４月９日に発行された米国特許第５，００６，７４９号では、超小型分子を移動する超音波エネルギーを使用するための方法装置が開示されている。
【００３０】
Ｋｒｏｙらによる、１９９３年１０月１２日に発行された米国特許第５，２５２，２９４号では、ある種の化学的微量分析を行うための微小機械的構造が教示されている。
【００３１】
Ｗｉｌｄｉｎｇらによる、１９９４年４月１９日に発行された米国特許第５，３０４，４８７号では、微量規模の分析デバイスでの流体取扱いが開示されている。
【００３２】
Ｍａｄｏｕらによる、１９９４年１１月２９日に発行された米国特許第５，３６８，７０４号では、微小電気化学弁が開示されている。
【００３３】
ペンシルベニア大学による、１９９３年１１月１１日に発行された国際出願広報番号第Ｗ０９３／２２０５３号では、微小作成検出構造が開示されている。
【００３４】
ペンシルベニア大学による、１９９３年１１月１１日に発行された国際出願広報番号第Ｗ０９３／２２０５８号では、ポリヌクレオチド増幅を行うための微小作成構造が開示されている。
【００３５】
Ｃｏｌｕｍｂｕｓら、１９８７年、Ｃｌｉｎ．Ｃｈｅｍ．３３巻：１５３１−１５３７頁では、生物学的流体の流体管理が教示されている。
【００３６】
Ｅｋｉｎｓら、１９９４年、Ａｎｎ．Ｂｉｏｌ．Ｃｌｉｎ．５０巻：３３７−３５３頁では、多重分析マイクロスポット免疫アッセイが教示されている。
【００３７】
Ｗｉｌｄｉｎｇら、１９９４年、Ｃｌｉｎ．Ｃｈｅｍ．４０巻：４３−４７頁では、シリコン上に微小機械加工された直線チャンネル上での流体の操作が開示されている。
【００３８】
先行技術の微量分析方法および装置での１つの欠点は、チャンネルを介してマイクロチップ上で流体を移動するためのシステムおよび１０−１００μｍ範囲にある直径を有するリザーバーを設計する上での困難さであった。ミクロ流体工学システムは、化学反応および分析物検出を制御する液流および弁調節の正確で精度のある制御を必要とする。従来のポンプおよび弁調節機構は、固有の規模の障壁のため微細規模の構造に組み込むことは困難であった。これらの規模の障壁は、大（巨視的）規模装置では無視しうるこのような構成要素の機械的構成要素以外に生じる分子相互関係が、顕微鏡規模で構築された装置に非常に際立ってきたという事実により部分的に生じる。
【００３９】
【発明が解決しようとする課題】
微細構造での流体の動きに影響する向心力を使用するシステムは、流体に影響するポンプ機構の必要性を定めるが、単独ではミクロ流体工学規模に減少した従来の流体工学のこれらの規模に関連した欠点を解決できない。微量システムプラットホームの構造上の構成成分の範囲内で流体を動かすことができる生物学的、生化学的および化学的分析および合成を行うための簡単で、柔軟性があり、信頼性があり、迅速でそして経済的な微量分析および微量合成反応プラットホームの必要性が残っている。このようなプラットホームは、反応成分の適切な混合、反応副産物の除去、および所望の反応産物および中間体の単離に影響する迅速に試薬および反応剤を含めたナノリットルからマイクロリットル量の流体を動かすことができるに違いない。流れの正確で精度のある制御、およびマイクロチップ基材および遠心微量プラットホーム基材の技術の両方での流体の測量の能力のある向心的に誘導したミクロ流体工学プラットホームの当業界での必要性が残る。
【００４０】
【課題を解決するための手段】
特に、本発明は、ミクロ流体工学構成要素、抵抗加熱要素、温度感知要素、混合構造、キャピラリーおよび捨てバルブを提供し、そして生物学的、酵素的、免疫学的および化学的アッセイを行うためのこれらの微量システムプラットホームを使用する方法を提供する。
【００４１】
生物学的サンプルを含む不確実な量の流体が、ローターまたはプラットホームに適用できること、そして正確な容量の生物学的サンプルを、化学的、生物学的、免疫学的または他の分析を行うための反応容器またはプラットホームのローターの他の構成要素を含む流体リザーバーに送出することは、本発明の遠心ローターおよび微量システムプラットホームの利点である。１滴の血液のような、上記の正確な量の生物学的流体サンプルを計量することが、ローターまたはプラットホームの計量キャピラリーチャンネルの固有の特性として提供され、それによって反応リザーバーへのサンプルの向心的計量によって導入される多様性を避けることは、本発明の遠心ローターおよび微量システムプラットホームの利点である。さらに、操作者が、ローターまたは微量システムプラットホームに適用するための生物学的サンプルを含む流体の量を正確に測定しなければならないことを避けて、それにより消費者を含めた低いレベルの洗練さの末端ユーザーが、本発明のローターまたは微量システムプラットホームの医療的診断学または他の具体例に使用することを可能にすることは、本発明の遠心ローターおよび微量システムプラットホームの利点である。
【００４２】
ローターまたはプラットホーム上の流体リザーバーの中へ、そして外への流体の動きが、流体リザーバーから得た、生物学的サンプルのような第一の流体を、ローターまたはプラットホーム上の第二のリザーバーに含まれる第二の流体に交換することによって正確に測定されることは、本発明の遠心ローターおよび微量システムプラットホームの利点である。第一のリザーバーの容積のほぼ完全な交換は、ここに開示されるとおり流体交換を使用することによって達成され、それによって第二の流体への交換により、第一の流体サンプルを最大限に回収すること、または第一の流体を第二の流体に最大限に送出および交換することを提供することができることも、本発明の遠心ローターおよび微量システムプラットホームの利点である。本発明のこの実施形態は、試薬の混合が望まれない連続的な化学または生化学反応段階を提供するのに有利である。
【００４３】
本発明は、１９９６年１２月５日に出願された、共有および同時係属中の米国出願番号第０８／７６１，０６３号で開示されるとおり微量システムプラットホームを提供し、そしてここに参照して組み込まれる。
【００４４】
【発明の実施の形態】
本発明の特に好適な実施形態は、以下の特定の好適な実施形態および請求の範囲のさらに詳細な説明から明らかになる。
【００４５】
本発明は、向心的に誘導した流体微量操作を提供するための遠心ローターおよび微量システムプラットホームを提供する。
【００４６】
本発明の目的のために、語句「サンプル」は、さらに複雑な混合物の構成要素として単離または検出されるか、または前駆体種から合成されるかのいずれかであるあらゆる流体（液体）、溶液または混合物を包含すると理解される。
【００４７】
本発明の目的のために、語句「液体連結して」または「液体的に連結した」は、構成要素間の液流を可能にする操作的に相互連結される構成要素を定義することが意図される。好適な実施形態では、プラットホームは、回転可能なプラットホーム、さらに好ましくはディスクを包含し、それによりディスク上での液体の動きは、ディスクの回転による向心力によって誘導される。
【００４８】
本発明の目的のために、語句「向心的に誘導された液体微量操作装置」としては、分析的遠心およびローター、微量規模の遠心分離装置、および最も詳細には、国際出願番号ＷＯ９７／２１０９０号の微量システムプラットホームおよびディスク取扱い装置が挙げられことが意図される。
【００４９】
本発明の目的のために、語句「微量システムプラットホーム」は、国際出願番号ＷＯ９７／２１０９０号で開示されたとおりの向心的に誘導された微量液体工学アレイを含むことが意図される。
【００５０】
本発明の目的のために、語句「キャピラリー（キャピラリー）」、「微細キャピラリー」および「微細チャンネル」は、適切である場合、湿潤または非湿潤材料のいずれかと相互交換可能であり、そして構築されるものと理解される。
【００５１】
本発明の目的のために、語句「流体チャンバー」は、流体を含む本発明のローターまたは微量システムプラットホームでの規定容積を意味することが意図される。
【００５２】
本発明の目的のために、語句「注流入」は、液体をローターまたはプラットホームに加えるための手段を含む本発明のローターまたは微量システムプラットホームでの規定容積を意味することが意図される。
【００５３】
本発明の目的のために、語句「キャピラリー接合部」は、接合部の一方または両方の横寸法が、対応の寸法のキャピラリーより大きい２つの構成要素の接合部を意味することが意図されると理解される。湿潤または湿潤性システムでは、キャピラリーを通る液流は、このような接合部で止められるので、このような接合部は、キャピラリー弁調節が生じる所である。非湿潤または非湿潤性接合部では、チャンバーまたはリザーバーからの流出は、キャピラリー接合部が生じる所である。一般に、構成要素の寸法が、構成要素の寸法が、大きな直径（チャンバーのような）から小さな直径（キャピラリーのような）に変化する場合に、キャピラリー接合部が形成する非湿潤性システムに比較して、湿潤システムでは小さな直径（キャピラリーのような）から大きな直径（チャンバーのような）までに変化させるときに、キャピラリー接合部が形成されることが分かる。
【００５４】
本発明の目的のために、語句「生物学的サンプル」または「生物学的液体サンプル」は、限定されないが、血液、血漿、血清、リンパ液、唾液、涙、髄液、尿、汗、植物および植物抽出液、精液、および腹水液を含めた、あらゆる生物学的に誘導される分析的サンプルを意味することが意図される。
【００５５】
本発明の目的のために、語句「空気交換チャンネル」としては、プラットホーム上の構成要素（チャンバーおよびリザーバーのような）と隣接し、そして流体の動きによってプラットホームの構成要素から空気の交換を可能にする通気口および微細チャンネルを含むプラットホームの表面でのポートが挙げられると理解される。
【００５６】
本発明の目的のために、語句「キャピラリー作用」は、本発明のローターまたはプラットホーム上で液体に適用される回転運動または向心力の不在下での液流を意味すると理解される。
【００５７】
本発明の目的のために、語句「キャピラリー微細弁」は、キャピラリー接合部を含み、それによって液流は、妨げられ、そして液体上に圧力を加える、特に本発明のローターまたはプラットホームの回転によって作られる向心力によって誘導することができるキャピラリーを意味すると理解される。
【００５８】
本発明の微細プラットホーム（好ましくは、そして集合的に以降、「ディスク」と称される；本発明の目的のために、語句「微細プラットホーム」、「微量システムプラットホーム」および「ディスク」は、相互交換可能であると考えられる）は、１種または複数の微量合成または微量分析システムを包含することが提供される。引き続いて、このような微量合成または微量分析システムは、ディスクの回転により構成要素の間の液流を可能にするために操作可能に相互連結される、さらに詳細に記述されるとおりの関連の構成要素の組合せを包含する。これらの構成要素は、ディスクに不可欠であるか、またはディスクと接触して、または埋設されて、置かれた装着されるモジュールとして、以下に記述のとおり作成することができる。本発明は、ディスクを、装置内で回転させて、ディスク上の液流に影響する向心力を提供する、本発明のディスクを操作するための微量操作装置をも含む。したがって、そのデバイスは、ディスクの回転を停止および開始させるために、そして有益には、ディスクの回転の方向を変えるために、制御された回転速度でディスクを回転させる手段を提供する。ここにさらに記述されるとおり、両方の電気機械的手段および制御手段は、本発明のデバイスの構成要素として提供される。国際出願ＷＯ９７／２１０９０号でさらに詳述されるとおり、ユーザーのインターフェース手段（キーパッドおよびディスプレイのような）も、提供される。
【００５９】
流体（試薬、サンプルおよび他の液体構成成分）の動きは、プラットホームの回転により、向心的加速によって制御される。特定の微量システムに適切な速度で、そして圧力で流れる液体に必要とされる向心的加速の規模は、限定されないが、プラットホームの有効半径、プラットホームの回転の方向および回転の速度に関してプラットホーム上の構造の位置角を含めた因子によって決定される。
【００６０】
本発明のキャピラリー接合部および微細弁は、キャピラリー力を越える回転的に誘導される液体圧を使用することに基づく。それらを含む微細チャンネル（またはリザーバー、反応チャンバー、検出チャンバー等）の材料を完全にまたは部分的に湿らせる液体は、狭い断面の微量チャンネルから、大きな断面のものまで移動するときに、流れに対する抵抗を受ける一方で、これらの材料を湿らせない液体のものは、大きな断面の微細チャンネル（またはリザーバー、反応チャンバー、検出チャンバー等）から小さな断面を有するものへの流れに抵抗する。このキャピラリー圧は、２つの微細チャンネル（またはリザーバー、反応チャンバー、検出チャンバー等）の寸法、液体の表面張力、および微細チャンネルの材料での液体の接触角に反比例して変化する。一般に、詳細な断面形状は、重要ではないが、断面寸法における依存性は、５００μｍ未満の微細チャンネルが顕著なキャピラリー圧を示すようになる。本発明の微量システムプラットホームの構成要素の共通部分の形状、材料および断面領域を変化させることによって、液流を誘導する液体での特定の圧力の使用を必要とする「弁」を、作成する。ディスク（回転頻度の二乗で、放射状の位置で、そして放射線方向での液体の範囲で変化することが上に示された）を回転させることによって、この圧力を、本発明のディクスに使用する。本発明の微量システムプラットホームの液体取扱い構成要素の放射線方向に沿った位置および範囲と同様にキャピラリー弁断面寸法を変えることによって、キャピラリー弁は、１００ｒｐｍから数千ｒｐｍまでの回転速度を用いて、回転依存性手段での液流を開放するために形成される。この配列は、回転速度での予備決定した、単調な増加を用いて、複雑で、多段階の液体プロセスを行うことを可能にする。キャピラリー接合部および微細弁を使用する基礎にある理論的原則は、国際特許出願広報番号第ＷＯ９７／ 号で開示されている。
【００６１】
本発明は、本発明の微量システムプラットホームへ、それから、電気的信号を伝達するためのミクロ流体工学構成要素、加熱要素、温度感知要素、キャピラリー弁、捨てバルブおよびローター設計を含む微量システムプラットホームを提供する。本発明は、微量システムプラットホーム上の注流入でのより正確でない容量の液体サンプルの使用から正確な量の液体サンプルの容量を計量するキャピラリー用の流体工学の構成要素を提供する。本発明のこれらの具体例は、プラットホームに流体を加える際に操作者または末端ユーザーによる高度な正確さまたは精度を必要とせずに、生物学的液体サンプルのような、正確な量のサンプルの送出に備え、そして消費者および他の比較的洗練されていないユーザーによって使用される本発明の微量システムプラットホームの具体例において有益である。本発明は、プラットホーム上の第二のチャンバー中の第二の交換液体による、第一のチャンバー中の液体の積層流依存性変換をも提供する。本発明のこれらの具体例は、プラットホーム上の一方のチャンバー中の液体を、別の方からの液体にほぼ完全に交換することを提供し、それにより、２つの液体の混合が、不利益である条件下で、プラットホームでの連続化学反応および他の連続プロセスを実行するための手段を提供する。本発明は、プラットホーム上で様々な液体構成成分を混合することを通して可能にする乱流混合構成要素をも提供する。特に、本発明は、等量の２つまたはそれ以上の異なる液体、または等しくない量の２つまたはそれ以上の異なる液体を含む液体リザーバーに液体的に連結した混合チャンバーを提供する。さらに、本発明は、本発明の混合チャンバーと液体的に結合し、そしてその混合チャンバーへの様々な液体の各々の流れの相対速度を測定するように形成された液体リザーバーを提供する。これらの具体例では、粘度で異なる２つの液体の勾配、可溶性濃度、または懸濁した微粒子の濃度は、本発明の混合チャンバーを用いて提供することができる。このような勾配は、別の分析的操作のためのプラットホーム上のリザーバーに移行させることができ、そして様々の触媒、薬、毒または他の生物学上、または化学上の剤の濃度依存性効果の制御試験についての基礎を形成できる。
【００６２】
特定の用途に適切な様々の組成および表面コーティングを有する、ディスクのような本発明のプラットホームおよびこのようなプラットホームを含む構成要素を提供することが有益である。プラットホーム組成は、構造上の必要性、製造プロセス、および試薬適合性／化学的抵抗特性の機能である。特に、無機結晶性または不定形材料、例えばシリコン、シリカ、クオーツ、不活性金属から、またはプラスチック、例えばポリ（メチル・メタクリレート）（ＰＭＭＡ）、アセトニトリル−ブタンジエン−スチレン（ＡＢＳ）、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリオレフィン、ポリプロピレンおよびメタロセンのような有機材料から作成されるプラットホームを提供する。これらは、未修飾または修飾表面と共に使用することができる。これらの材料の表面特性は、特定の用途のために修飾してもよい。表面修飾は、シラン処理、イオン挿入および不活性ガスプラズマ（例えば、電流が、通ってイオン化を作り出すガス）を用いた化学処理によって達成することができる。さらに、本発明が、これらの材料の複合材料または組合せ例えばそこに埋設されているプラスチック材料のプラットホーム製造、から製造されたプラットホームである場合、光学的に透明なガラス表面は、例えばプラットホームの検出チャンバーを含む。本発明の微量プラットホームディクスは、成形、刻印および破砕のそれらの容易さにより、中でも、テフロン（登録商標）、ポリエチレン、ポリプロピレン、メチルメタクリレートおよびポリカーボネートのような熱可塑性樹脂から製造されるのが好ましい。代替的に、ディスクは、シリカ、ガラス、クオーツまたは不活性金属から製造することができる。液体取扱いシステムは、熱可塑性樹脂基板の上に滴下で載せた１種またはそれ以上のこれらの材料の連続塗布によって構築される。本発明のディクスは、射出成形によって製造され、光学的に透明な基板層は、従来のコンパクトディスク（ＣＤ）の方法で光学的ピットを有する。ディスクは、直径１２０ｍｍ、そして厚さ１００ｐｍの円形のポリカーボネートディクスである。光学的ピットは、装置制御プログラミング、ユーザーのインターフェース情報、用途に特徴的な画像および音響およびドライバーコンフィギュレーションをコード化する手段を提供する。ドライバー・コンフィギュレーションは、微量操作装置が、手動で維持されるベンチトップまたはフロアーモデルであるかに依存し、そして外部伝達およびハードウエアー・コンフィギュレーションの他の特異性の詳細にも依存する。その後、この層に、外部検出器についての適切なウインドウ、特に光学的検出器を有するディクス上で透明のままである反射表面を上乗せする。可変の厚さを有するポリカーボネートの他の層を、チャンネル、リザーバー、反応チャンバーおよび、弁および他の制御要素用のディクス上の規定を含めた他の構造の形態でディスクの上に載せる。これらの層は、予め作成し、付与用途に適切な幾何学的配列で切断し、そしてディクス上に組立てる。ポリカーボネート以外の材料を含む層を、ディクスに組み込むこともできる。ディスク上の層の組成は、大部分、特定の用途およびディスクと共に使用されるべき試薬との化学的適合性の要求に依存する。電気的層を、電気泳動用途および電気的に制御された弁のような電気回路を必要とするディクス内に組込むことができる。集積回路、レーザーダイオード、光ダイオードおよび選択的加熱領域または柔軟性ロジック構造を形成できる抵抗ネットワークのような制御装置は、ディスク上にモジュラー設置の直接作成によって、いずれか、適切に配線した空洞に組込むことができる。乾燥して保存することができる試薬を、インクジェットプリンターヘッドに類似の手段を用いてリザーバーに噴霧し、その後ディスク上で乾燥させることによって、適切な開放チャンバーに導入することができる。その後、アクセスポートおよび通気口、ポートまたはシャフトを含むトップ層を塗布する。それから、液体試薬を、適切なリザーバーに注入し、続いてプラスチック薄層フィルムを含む保護被覆層を塗布する。
【００６３】
本発明のプラットホームは、プラットホームに直接作成されるか、または作成モジュールとしてプラットホームに載せることのいずれかによって、複数の構成要素を具備することが好ましい。集積構成要素に加えて、特定の装置および要素を、プラットホームの外側に載せ、プラットホームに関連して本発明の装置に適切に位置決めされるか、または回転の間、または停止中のいずれかにプラットホームと接触しておくことができる。本発明のプラットホームを適切に含む構成要素またはそこで組合せた制御装置としては、検出チャンバー、リザーバー、弁開閉機構、検出器、センサー、温度制御要素、フィルター、混合要素、および制御システムが挙げられる。
【００６４】
本発明は、以下の構成要素を含む微量システムプラットホームを提供する。
【００６５】
１．ミクロ流体工学構成要素
互いとの流体接触でミクロ流体処理構造を備える本発明のプラットフォームが提供される。好適な実施態様において、流体接触は、キャピラリー、つまり本発明のプラットフォームの表面を備えるミクロチャネルにより提供される。ミクロチャネルのサイズは、特定用途によって、および本発明のプラットフォームおよび方法の特定の実施態様ごとに必要とされる送達率の量によって決定される。ミクロチャネルサイズは、０．１ｍからプラットフォームの１ｍｍの厚さに近い値までの範囲となることがある。ミクロチャネルの形状は、台形、円形または必要に応じてそれ以外の幾何学形状となる。ミクロチャネルは、好ましくは、約０．１ｍｍから１００ｍｍの厚さのプラットフォームの中に埋め込まれ、そこではプラットフォームの厚さ寸法を横切るミクロチャネルの断面寸法は５００μｍを下回り、プラットフォームの前記断面寸法の１パーセントから９０パーセントである。毛細力を克服するための回転に誘導される流体圧力の使用に基づいたこれらの実施態様においては、流体の流れが構成要素の表面の向きに依存していることが認識されている。流体を入れる本発明のプラットフォームのミクロチャネル、リザーバー、検出チャンバー等（つまり、構成要素）の材料を完全にまたは部分的に濡らす流体は、狭い断面の構成要素からより大きな断面の１つへ移動するときに流れに対する抵抗を経験するが、これらの材料を濡らさないそれらの流体は、大きい断面の本発明のプラットフォームの構成要素からより小さな断面の構成要素へ流れにくい。この毛細圧力は、２つの構成要素の、またはその組み合わせのサイズ、流体の表面張力、および流体の構成要素の材料上での接触角度に反比例して変化する。一般的には、断面形状の詳細は重要ではないが、断面寸法に対する依存からかなりの毛細圧力を示す５００μｍを下回る寸法のミクロチャネルが生じる。本発明のプラットフォームの構成要素の交差形状、材料および断面面積を変化させることにより、流体の流れを誘導するために流体にある特定の圧力を適用することを必要とする“弁”が作り上げられる。この圧力は、（回転周波数の自乗に応じて、放射位置に応じて、および半径方向での流体の広がりに応じて変化すると前記に説明された）ディスクの回転により本発明のディスクでかけられる。本発明のプラットフォームの流体処理構成要素の半径方向に沿った位置および広がりだけではなく、毛細弁の断面寸法も変化させることにより、毛細弁は、１００ｒｐｍから数千ｒｐｍまでの回転速度を使用して回転に依存した方法で流体の流れを放つに形成される。この構成が、複雑で複数工程の流体加工を、回転速度の所定の単調な加速を使用して実行できるようにする。
【００６６】
本発明により提供されているミクロ流体工学アレイの第１の実施例が、図１から図３に示されている。ミクロシステムプラットフォームが、２工程アッセイを実行するために特に設計されている本発明により提供される。これらの図は、任意の２工程プロセスに有利に使用されているアレイを示しており、抗生作用検出アッセイはここに示されている。
【００６７】
このようなミクロシステムプラットフォームが図１に示されている。図には、ディスク１１上の１つのアッセイアレイ１２の配列が示されている。有利なことに、複数のこのようなアレイを、本発明のミクロシステムプラットフォーム、最も好ましくはディスク上に配置し、多目的のまたは多重アッセイプラットフォームを実現することができる。
【００６８】
抗生作用アッセイアレイの構成要素は、図２にさらに詳細に示されている。図１と図２を比較することにより、プラットフォーム１１の中心が図２の上部にあり、プラットフォームの横方向の広がりが、曲線で示されている図２の底部にあることが理解されるであろう。本発明のプラットフォームディスク上での抗生作用アレイの回転は、一定の特定の方向での回転が好まれるが、どちらの方向でもよい。本発明のプラットフォームのディスク実施態様は、機械加工されたアクリル樹脂および射出成形されたポリカーボネートから作り上げられていた。総合的なディスク寸法は、約６ｃｍの外側半径および約０．７５ｃｍの内側半径を含み、ディスクは回転装置のスピンドル上に取り付けられている。ディスクの厚さは約０．９ｍｍから約１．５ｍｍの範囲であった。試薬との反応のための作業流体体積は約１−１５０μＬであった。
【００６９】
抗生作用アレイの構成要素は以下の通りである。プラットフォーム表面での深さが約０．２５ｍｍから約６ｍｍの範囲で、横方向での寸法が約０．２ｃｍから約２ｃｍである注入口２０１がプラットフォーム上に構築され、約５ー１００μＬｔｏｉｕ体積を収容するように作られている。この注入口は、正方形の断面直径が約０．０２ｍｍから約１ｍｍの範囲であり、基部に近い端部が注入口２０１に関して丸みがつけられている一列の計量キャピラリー２０２と流体接続している。この計量キャピラリーアレイの長さは約１０−５０μＬという総体積を入れるのには十分であった。また、注入口は、断面直径が約０．０２ｍｍから約１ｍｍであり、基部に近い端部が注入口２０１に関して丸みがつけられている流出キャピラリー２０３と流体接続するようにも構築されている。流出キャピラリーは、流出チャンバー２０５の深さが流出キャピラリー２０３の深さより大きいのであれば、プラットフォーム表面での深さが約０．０２ｍｍから約５ｍｍの範囲となる流出チャンバー２０５と流体接続している。計量キャピラリー２０２は、流体チャンバー２０４の深さが、計量キャピラリー２０２の深さを上回るのであれば、プラットフォーム表面での深さが約０．０２ｍｍから約１ｍｍの流体チャンバー２０４に流体接続している。流出チャンバーおよび流体チャンバーの各々も、２１１などの、寸法が約０．０２ｍｍから約１ｍｍであり、プラットフォーム上での流体の移動により排除される空気の排気を可能とする空気口または空気チャンネルと接続している。深さ約０．７５ｍｍから１ｍｍである毛管接合点２１２が空気チャンネル内に存在し、空気チャンネルの中への流体の流れを妨げる。これらのミクロ流体工学構造の説明のため、“毛管接合点”は、親水性の支持材料では、ポケット、窪み、つまりそれが流体接続している流体チャンネルより（プラットフォーム内で垂直に）もっと深い、および／または（プラットフォーム内で水平に）深さが幅広いチャンバーとして定義されている。（大部分の合成樹脂、ガラスおよびシリカで作られているプラットフォーム上での水溶液などの）接触角度が９０°を下回る流体の場合、チャンネル断面が毛管接合点の界面で大きくなるにつれて流れが妨げられる。流れを妨げる力は、チャンネルを構成する材料と接している流体の接触角度の余弦で乗算され、チャンネルの断面寸法に反比例し、流体の表面張力に正比例している毛細圧力により生じる。本発明に従ったミクロチャネルでのキャピラリーに関する要因は、ここに全体として参照して組み込まれている１９９７年８月１２日に出願された共有および同時係属米国特許出願番号第０８／９１０，７２６号に説明されている。
【００７０】
注入口２０１は、回転の中心から１ｃｍから２０ｃｍのところにあるプラットフォームの上に配置される。計量キャピラリー２０２は、約０．２ｃｍから約２０ｃｍ、注入口２０１から伸びる。流出キャピラリー２０３の全長の範囲は、計量キャピラリー２０３の全長の範囲より少なくとも約２０％広い。流体チャンバー２０４の位置は、回転の中心から約０．５ｃｍから約１０ｃｍのところにあり、したがって流出チャンバー２０５の位置は回転の軸から約１．５ｃｍから約１１．５ｃｍのところである。
【００７１】
流体チャンバー２０４は、流出キャピラリー２０３を通る注入口２０１から流出チャンバー２０５の中への流出を含む流体の流れを可能とするために十分な、第１の０以外の回転速度ｆでの計量キャピラリー２０２からの流体の流れを妨げる毛管障壁としての機能を果たす。流体チャンバー２０４の毛管境界は、第２の回転速度ｆ２（この場合ｆ２＞ｆ１である）で乗り越えられるように構築されている。流体チャンバー２０４は、深さが約０．０２ｍｍから約１ｍｍであり、断面直径が約０．０２ｍｍから約１ｍｍの範囲となるキャピラリー２０６に流体接続している。キャピラリー２０６は、流体チャンバー２０４から約０．１ｃｍから約２０ｃｍ伸び、保持チャンバー２０７に接続している。保持チャンバー２０７には、約０．０２ｍｍから約１ｍｍで、キャピラリー２０６の深さより大きい、プラットフォーム表面での深さがある。流体チャンバー２０４の充填は、求心加速度によって発動され、キャピラリー２０６を通って保持チャンバー２０７に至る流体の流れによって達成される。保持チャンバー２０７は、約０．１ｍｍから約１ｍｍという断面直径となり、保持チャンバー２０７から約０．２ｃｍから約１０ｃｍ伸びるキャピラリー２０８により流体接続され、さらに読取りチャンバー２１０と接続している。読取りチャンバー２１０は、プラットフォーム表面で約０．０２ｍｍから約５ｍｍという深さがある。光学検出方法のため、読取りチャンバー２１０は、牛乳などの拡散反射媒体の過剰な散乱を防止するほど十分な光学品質となる。透明サンプルの場合、読取りチャンバー２１０は、例えば反射体を備える。これは、光が入射するそれと反対側のチャンバーの側面上にある拡散反射体であるか、鏡のような表面である可能性がある。塗料、多孔性物質、またはその粗い表面または多孔性の性質のために拡散反射を引き起こすそれ以外の任意の物質などの拡散反射体の場合には、指定されている角度で入射する光は、角度に対する周知の依存性により半球体上で放射される。このようにして、検出器は、入射角度に等しくない角度で整列され、その結果、チャンバーの合成樹脂窓からの鏡面反射は検出器に入らない。代わりに、鏡状の表面は、入射角度に等しい角度で光を反射する。一定の実施態様においては、捨てバルブ２１３（以下に説明されるような）が、チャンネル２０９の中に図示されるように配置される。
【００７２】
図１および図２に開示されているようなプラットフォームの使用は、図３から図１２に示されている。このプラットフォームの使用では、不正確な量（１−１５０μＬの範囲の流体）の流体が、注入口２０１（図３）に適用される。空気押しのけチャンネルを備えるプラットフォームの実施態様においては、流体は空気チャンネル２１１の中に運ばれ、毛管接合点２１２で停止するだろう。流体は、計量キャピラリー２０２および流出キャピラリー２０３の中にも運ばれる。流体は、流体が、計量キャピラリー２０２と流体チャンバー２０４の間、および流出キャピラリー２０３と流出チャンバー２０５の間の接合点（図４および図５）にある毛管接合点に達するまで、計量キャピラリー２０２および流出キャピラリー２０３を通って０回転速度で流れる。計量キャピラリー２０２は、注入口２０１と、流体チャンバー２０４での毛管接合点の間で約１−１５０μＬの流体の正確な量を定め、それは少なくとも、注入口２０１にユーザが入れる流体の量となるように設計されている。
【００７３】
ユーザによるサンプルの装填、および（ディスク上で別個に、あるいは、ディスクが遠心分離装置のスピンドルと係合した状態で実行することができる）計量キャピラリー２０２と流出キャピラリー２０３の０回転速度での充填の後、プラットフォームは、１００−４００ｒｐｍの範囲の第１の回転速度ｆ１で高速回転される。正確な値は、プラットフォーム上の毛細接合点構成要素の位置に依存している。例えば、深さが０．６ｍｍの注入口２０１、断面の寸法が０．５ｍｍｘ０．５ｍｍであり、計量キャピラリー２０２と回転の中心から約２．２−３．８ｃｍに配置されている流体チャンバー２０４の間に毛管接合点がある計量キャピラリー２０２、および断面の寸法が０．５ｍｍｘ０．５ｍｍであり、流出キャピラリー２０３と回転の中心から約５．４ｃｍに配置されている流出チャンバー２０５の間に毛管接合点がある流出キャピラリー２０３の場合、この第１の回転速度ｆ１は、水または牛乳のどちらの場合でも約１７５ｒｐｍに等しい。
【００７４】
流出キャピラリー２０３の端部の回転の中心からの距離が、計量キャピラリー２０２の端部より長いため、流体は、流出キャピラリー２０３を通って流出チャンバー２０５に流れ込み、回転速度ｆ１では計量キャピラリー２０２から流体チャンバー２０４に流れ込まない。プラットフォームは、計量キャピラリー２０２の中に入れられている流体を除き（図６）、すべての過剰流体が注入口２０１から流出チャンバー２０５の中に排出されるまで高速回転される。
【００７５】
典型的には４００−５２０ｒｐｍの範囲である、第１の回転速度ｆ１より大きい第２の回転速度ｆ２では、計量キャピラリー２０２に入れられている正確な量の流体が、流体チャンバー２０４に送達される（図７から図１０）。例えば、深さが０．６ｍｍである注入口２０１、および断面の寸法が０．５ｍｍｘ０．５ｍｍであり、計量キャピラリー２０２と、回転の中心から約２．２−３．８ｃｍに配置されている流体チャンバー２０４の間に毛管接合点のある計量キャピラリー２０２の場合、この第２の回転速度は、水または牛乳のどちらの場合でも４００ｒｐｍに等しい。流体チャンバー２０４への流体の移動は、キャピラリー２０６および保持チャンバー２０７の充填で達成される。
【００７６】
図２に図示されている位置２０９でキャピラリー２０８と一列をなした捨てバルブ２１３を含む実施態様においては、捨てバルブを解放すると、流体が読取りチャンバー２１０に流れ込む。前述されたような捨てバルブは、好ましくは、流体チャンネルから取り除くことができる代用可能な材料から作られる。好適な実施態様においては、前記捨てバルブはワックス弁であり、加熱したり、赤外線照明を含む多岐に渡る加熱手段のいずれかを使用したり、最も好ましくは後述されるようにプラットフォーム上またはその中に埋め込まれている加熱素子の活性化によって、流体チャンネルから取り除かれる。前記実施態様においては、流体の流れは、捨てバルブが取り除かれた状態で、回転速度ｆ２で達成される。
【００７７】
ここに説明されているような抗生作用アレイを備え、位置２０９に捨てバルブを具備していない本発明のプラットフォームの実施態様においては、キャピラリー２０８は、好ましくは、流体がキャピラリー２０８と読取りチャンバー２１０の間の接合点にある毛管接合点２０９に達するまで、保持チャンバー２０７の充填と同時に充填する。このような実施態様においては、毛管接合点は、約０．１５ｍｍから約１ｍｍという深さとなる。典型的には＞５２０ｒｐｍという範囲にある、第２の回転速度ｆ２を上回る第３の回転速度ｆ３では、保持流体２０７に入れられている流体が、読取りチャンバー２１０に送達される（図１１および図１２）。例えば、深さが０．７５ｍｍである毛管接合点２０９、および断面の寸法が０．２５ｍｍｘ０．２５ｍｍであり、回転の中心から約３．８ｃｍに配置されている毛管接合点のある毛管２０８の場合、この第３の回転速度は、水または牛乳のどちらでも５００−８００ｒｐｍに等しい。
【００７８】
さらに一般的には、第３の回転速度は１／√（Ｒｏｕｔｅｒ−Ｒｉｎｎｅｒ）ｘ｛（ＲｏｕｔｅｒｘＲｉｎｎｅｒ）／２ｘキャピラリーの直径｝に比例し、この場合、Ｒｏｕｔｅｒは、回転の中心を基準にして、外側縁端でのキャピラリー半径の寸法であり、Ｒｉｎｎｅｒは内側端縁でのキャピラリー半径である。したがって、矩形断面０．２５ｍｍのキャピラリー、および深さ０．７５ｍｍの毛管接合点の場合、０．８９から０．３５の範囲にある積｛（Ｒｏｕｔｅｒ−Ｒｉｎｎｅｒ）ｘ｛（Ｒｏｕｔｅｒ−Ｒｉｎｎｅｒ ）｝／２ｘキャピラリーの直径｝の値は、約５００−８００ｒｐｍという第３の回転速度をもたらす。
【００７９】
このミクロ流体工学アレイを使用して実行できる２工程化学分析のタイプの化学作用の実施例は、抗生作用検出アッセイによって示されている。この抗生作用検出アッセイは、以下のとおりのプラットフォーム設計を使用して実行される。この化学作用は、ベータラクタム抗生物質による酵素、カルボキシペプチターゼの選択的毒作用に基づいている。カルボキシペプチターゼは、保持チャンバー２０７の中に糖、緩衝剤、またはその他の安定剤とともに乾燥した形で存在し、計量された量の牛乳またはその他の流体サンプル溶液が、前述されたように保持チャンバーに入れられる。牛乳またはその他の流体サンプルは酵素を可溶化し、牛乳／酵素混合物は、４７度で３分から５分からインキュベートされ、存在するベータラクタム抗生物質がカルボキシペプチターゼと結合できるようにする。酵素はＬ−Ｌｙｓｉｎｅ−Ｄ−Ａｌａ−Ｄ−ＡｌａからのＤ−アラニン残留物の開裂を触媒し、触媒作用は、サンプル中に存在するベータラクタム抗生物質によって濃度に依存して抑制される。好適な実施態様においては、この温度は、後述されるように、抵抗加熱器要素を使用して達成される。開示されているミクロ流体工学構造に注意を集中させるため、この抵抗加熱器要素の説明は、ここの本発明のプラットフォームのこの説明には特に含まれていない。上昇した温度（つまり、室温を上回る）を必要とする、ここに開示されているミクロ流体工学構造を使用している分析プロトコルが、有利なことに、ここに開示されるように抵抗加熱器、あるいは本発明のプラットフォームにより特に包含されているそれ以外の加熱素子を含むことが理解されるだろう。
【００８０】
さらに、保持チャンバー２０７には、そのカルボキシル末端でＤ−アミノ酸を有しているペプチドを含む乾燥試薬が入れられている。このようなペプチドの実施例がＬ−Ｌｙｓｉｎｅ−Ｄ−Ａｌａ−Ｄ−Ａｌａである。好ましくは、このペプチドも、乾燥した形で保持チャンバー２０７に入れられ、前述されたように、牛乳またはそれ以外の流体がチャンバーの中に入れられることにより再構成される。正確に計量された量の流体を保持チャンバー２０７の中に入れ、標準化された量のカルボキシペプチターゼ、ペプチド基体、および緩衝材、安定剤等が保持チャンバーに入れられるのを可能にすることは、本発明のミクロ流体工学アレイの優位点である。
【００８１】
アッセイの第２の工程では、Ｄ−アミノ酸オキシダーゼ（ＤＡＡＯ）、フラビンアデニンジヌクレオチド（ＦＡＤ）、ワサビペルオキシダーゼ（ＨＲＰ）、およびｓｙｒｉｎｇａｌａｚｉｎｅ（４−ｈｙｄｏｒｏｘｙ−３，５−ｄｉｍｅｔｈｏｘｙｇｅｎｚａｌｄｅｈｙｄｅ ａｚｉｎｅ）またはｏｒｔｈｏ−ｄｉａｎｉｓｉｄｉｎｅ（ＯＤＡ）などのクロモゲンが乾燥した形で読取りチャンバー２１０に入れられている。保持チャンバー２０７から読取りチャンバー２１０に流体サンプルを排出すると、カルボキシペプチターゼおよびペプチドを含有しているＤ−アミノ酸によるインキュベーションの後に流体サンプル中に存在しているＤ−アミノ酸の量に比例して着色された生成物を生じさせる、これらの試薬の再構成が行われる。保持チャンバー２０７内でのカルボキシペプチターゼによるペプチド基体のデグラレーションにより生じるＤ−アラニン残留物は、ＤＡＡＯおよびＦＡＤがあるところでピルビン酸塩に退化する。また、この反応は、ＦＡＤをＦＡＤＨ２に還元する。ＦＡＤＨ２は、流体サンプル中で酸素と結合し水素過酸化物を生じさせ、ＦＡＤＨ２に再酸化（ｒｅｏｘｉｄｉｚｅｄ）され、ＦＡＤに再酸化される。それから、水素過酸化物は、ワサビペルオキシダーゼがあるところでｓｙｒｉｎｇａｌａｚｉｎｅなどのクロモゲンに作用し、過去に透明だったクロモゲンは着色される。この反応の図式は、以下のように示される。
【００８２】
【化１】
Figure 0003725834
クロモゲン生成の広がりは読取りチャンバーで検出され、抗生物質が存在しない場合に試験されたサンプルとの比較により、サンプル中の抗生物質の存在に関連付けられる。最も好ましくは、クロモゲン生成の減少およびサンプル中の抗生物質の量を関連付ける標準曲線が作成され、未知の試験サンプル中の抗生物質の量を求めるために使用される。
【００８３】
本発明のプラットフォームでのこれらの化学作用に使用される緩衝剤および試薬は、適切な緩衝剤、安定剤、防腐剤、塩、補因子、補助剤およびプラットフォーム上で実行される反応のその他の必要な成分で構成される。
【００８４】
２工程アッセイミクロ流体工学工学アレイの代替実施態様は、図１３から図１４に図示されており、再び本発明の抗生作用アッセイのために実施例示されている。実施例１でのように、図１３では、ディスク１１上の１つのアッセイアレイ１３の配列が示され、有利なことに、複数のこのようなアレイを、本発明の１つのミクロシステムプラットフォーム、最も好ましくはディスク上に配列し、多目的または多重アッセイプラットフォームを実現することができることが理解されるだろう。
【００８５】
本発明のプラットフォームのディスク実施態様は、機械加工されたアクリル樹脂から作られていた。総合的なディスク寸法は、約６ｃｍの外側半径および約０．７５ｃｍの内側半径を含み、そこではディスクは回転式装置のスピンドル上に取り付けられている。ディスクの厚さは約０．９ｍｍから約１．５ｍｍの範囲であった。試薬との反応用の作業流体の体積は２５−１５０μＬであった。
【００８６】
この抗生作用アレイの構成要素は、以下の通りである。プラットフォーム表面で約０．２５ｍｍから約５ｍｍの深さとなり、横方向寸法が約０．２ｃｍから約２ｃｍである注入口３０１がプラットフォーム上に構築され、約１−１００μＬという体積を収容するように設計されている。この注入口は、約０．０２ｍｍから約１ｍｍの範囲の矩形断面直径となり、注入口の深さに等しい０．１ｍｍから１ｍｍの深さとなり、基部に近い端部が注入口３０１に関して丸みをつけられている１つまたは複数の流入キャピラリー３０２と流体接続している。この計量キャピラリーアレイの全長は、約２０μＬという総体積を入れるには十分であった。流入キャピラリー３０２は、プラットフォーム表面で約０．０２ｍｍから約１ｍｍの深さとなる流体チャンバー３０３に流体接続しており、そこでは深さは、流入キャピラリー３０２の深さを上回る。本発明のこの態様の流体チャンバーの各々も、プラットフォームでの流体の移動によって排出される空気の排気を可能にする、約０．０２ｍｍから約０．０５ｍｍの範囲の寸法となる、３１１などの空気口または空気チャンネルに接続している。深さが約０．７５ｍｍである毛管接合点３１２が、空気チャンネル内に存在し、流体の空気チャンネル内への流れを妨げる。
【００８７】
また、流体チャンバー３０３は、約０．０２ｍｍから約０．７５ｍｍの断面直径となり、流体チャンバー３０４に関して基部に近い端部が丸みをつけられている流出キャピラリー３０４と流体接続するように構築されている。流出キャピラリーは、プラットフォーム表面で約０．０２ｍｍから約１ｍｍという深さとなり、流出キャピラリー３０４の深さを上回る流出チャンバー３０６と流体接続している。
【００８８】
注入口３０１は、回転の中心から１ｃｍから２０ｃｍのところのプラットフォーム上に配置されている。流入キャピラリー３０２は、約０．５ｃｍから約１０ｃｍ、注入口３０１から伸びる。第１の流体チャンバー３０３の位置は、回転の中心から、約０．５ｃｍから約１０ｃｍのところである。
【００８９】
第１の流体チャンバー３０３は、０回転速度で流入キャピラリー３０２からの流体の流れを妨げる毛管障壁としての機能を果たす。流入キャピラリー３０２を通って注入口３０１から第１の流体チャンバー３０３の中への流体の移動は、第１の０以外の回転速度ｆ１での回転によって達成される。流体の第１の流体チャンバー３０３の中への排出は、第１の流体チャンバー３０３と流体接続され、第１の流体チャンバーの半径方向で最も末端の点に配置されているチャンネル３０５の流体の充填により達成される。チャンネル３０５は、第２の流体チャンバー３０７と流体接続され、流ろ３０５とチャンバー３０７の間の毛管境界となる。この毛管境界は、第２の回転速度ｆ２（この場合ｆ２＞ｆ１である）で乗り越えられるように構築されている。また、第１の流体チャンバー３０３は、深さが約０．０５ｍｍから約１ｍｍであり、約０．０５ｍｍから約１ｍｍの断面直径となり、約０．２ｃｍから約２０ｃｍまで伸びる流出キャピラリー３０４にも接続される。流出キャピラリー３０４は、プラットフォーム表面で、流出キャピラリー３０４の深さと等しい深さとなる流出チャンバー３０６に接続され、その結果、流出キャピラリー３０４と流出チャンバー３０６の間には毛管境界はない。流出キャピラリー３０４は、チャンネル３０５よりも、エントリーポイント３０１から半径方向で遠くない地点にある第１の流体チャンバー３０３内に配置され、それによって流出キャピラリー３０４の位置と前記第１の流体チャンバーの半径方向で最も末端の範囲の間で、流体チャンバー内の体積を定める。
【００９０】
第２の流体チャンバー３０７は、さらに、チャンネル３０８を通して、プラットフォーム表面で約０．１ｍｍから約５ｍｍの深さとなり、回転の軸から約０．２ｃｍから２０ｃｍに配置されている小さいポケット、つまり毛管接合点３０９に流体接続している。チャンネル３０８は、約０．０２ｍｍから約１ｍｍの範囲の断面直径となり、約０．２ｃｍから約１０ｃｍ伸び、さらに第３の流体チャンバー３１０まで伸びる。第３の流体チャンバー３１０は、プラットフォーム表面で、キャピラリー３０８の深さを上回る約０．１ｍｍから約５ｍｍの深さとなる。約０．０２ｍｍから約１ｍｍという寸法となる空気再循環チャンネル３１１は、流体移動により排出される空気に経路を提供するが、深さが約０．７５ｍｍである毛管接合点３１２は流体が空気チャンネルの中に入るのを妨げる。装置のいくつかの実施態様においては、捨てバルブ３１３が、図示されるようにチャンネル３０９の中に配置される。一定の実施態様においては、弁３１４がチャンネル３０５の中に配置され、第１の流体チャンバー３０３から第２の流体チャンバー３０７への流体の移動を制御する。
【００９１】
このプラットフォームの使用は、図１５から図２５に示されている。（流体の１−１５０μＬの範囲の）不正確な量の流体が、注入口３０１に適用される（図１５）。流体は流入キャピラリー３０２に運ばれ、流入キャピラリー３０２と第１の流体チャンバー３０３の間の毛管接合点で停止する（図１６および図１７）。流体は、１００−５００ｒｐｍの範囲の第１の回転速度ｆ１で、流入キャピラリーＢを通って第１の流体チャンバー３０３の中に流れ込む。正確な値は、プラットフォーム上での構成要素の位置に依存する（図１８および図１９）。例えば、深さが０．７５ｍｍである注入口３０１、断面の寸法が０．２５ｍｍｘ０．５ｍｍであり、回転の中心からの長さが０．５−１ｃｍである流入キャピラリー３０２の場合、この第１の回転速度ｆ１は、水または牛乳のどちらの場合にも約２５０ｒｐｍに等しい。流体はさらに、毛管チャンネル３０５に入り、第２の流体チャンバー３０７との毛管接合点で停止する。回転が続くにつれて、流体は第１の流体チャンバー３０３を充填し続け、流出キャピラリー３０４は充填し（図２０）、第１の流体チャンバー３０３内での流体の高さが流出キャピラリー３０４の位置を下回るまで、過剰な流体が流出チャンバー３０６を充填する（図２１）。
【００９２】
典型的には１００−１０００ｒｐｍの範囲である、第１の回転速度ｆ１を上回る第２の回転速度ｆ２では、チャンネル３０５と第２の流体チャンバー３０７の間の毛管接合点が乗り越えられ、第１の流体チャンバー３０３内に残っている流体が第２の流体チャンバー３０７に送達される（図２２および図２３）。例えば、断面の寸法が０．２５ｍｍｘ０．５ｍｍであり、回転の中心からの長さが２．５−３．３ｍｍであるチャンネル３０５の場合、この第２の回転速度は、水または牛乳のどちらの場合にも２８０ｒｐｍに等しい。
代替実施態様においては、捨てバルブ３１４が、チャンネル３０５と第２の流体チャンバー３０８の接合点に配置され、その捨てバルブは、流体がチャンネル３０５を通って第２の流体チャンバー３０８の中に流れ込むことができるように解放される。このような実施態様においては、流体の流れはｆ１またはｆ２どちらかの回転速度で達成することができる。
【００９３】
図１４に図示されている位置３０９でキャピラリー３０８と一列をなしている捨てバルブ３１３を備える実施態様において、捨てバルブを開放すると、第３の流体チャンバー３１０の中に流体が流れ込む。捨てバルブは、前述されたように、好ましくは、流体チャンネルから取り除くことができる代用可能な材料から作られている。好適な実施態様においては、前記捨てバルブはワックス弁であり、加熱したり、赤外線照明を含む多岐に渡る加熱手段のいずれかを使用して、最も好ましくは、後述されるようにプラットフォーム表面上にまたはその中に埋め込まれている加熱素子を活性化することにより流体チャンネルから取り除かれる。前記実施態様においては、流体の流れは、捨てバルブが取り除かれている回転速度ｆ２で達成される。
【００９４】
ここに説明されているような抗生作用アレイを備え、位置３１０に捨てバルブを具備していない本発明のプラットフォームの実施態様においては、キャピラリー３０９が、流体が、キャピラリー３０８と第３の流体チャンバー３１０の間の接合点にある毛管接合点３０９に達するまで、好ましくは第２の流体チャンバー３０８の充填と同時に充填する。このような実施態様においては、毛管接合点は、（約０．２５ｍｍから約１ｍｍの範囲の）約０．７５ｍｍのｃｍ深さとなる。
典型的には＞５００ｒｐｍの範囲である、第２の回転速度ｆ２を上回る第３の回転速度ｆ３では、第２の流体チャンバー３０８に入れられている流体が第３の流体チャンバー３１０に送達される（図２２から図２５）。例えば、断面寸法が０．２５ｍｍｘ０．２５ｍｍであり、回転の中心からの距離が３．３６−３．７であるキャピラリー３０９の場合、この第３の回転速度は、水または牛乳のどちらの場合でも４００ｒｐｍに等しい。
【００９５】
本発明のプラットフォームのこの実施態様は、任意の２工程分析アッセイに使用することができる。実施例として前述された抗生作用アッセイを使用する場合、第２の流体チャンバー３０８には、カルボキシペプチターゼなどの試薬、および実施例えばＬ−ｌｙｓｉｎｅ−Ｄ−ａｌａｎｉｎｅ−Ｄ−ａｌａｎｉｎｅなどのその基体が入れられ、Ｄ−Ａｌａを生成するために、そこでインキュベーションが実行される。残っている試薬は第３の流体チャンバー３１０に入れられ、発色現像を含む反応が元の場所で有利に進行し、それによってチャンバー３１０は読取りチャンバーとなる。クロモゲン生成の範囲は読取りチャンバーで検出され、抗生物質がない場合に試験されたサンプルとの比較によりサンプル中の抗生物質の存在に関連付けられる。最も好ましくは、クロモゲン生成の減少とサンプル中の抗生物質の量を関連付ける標準曲線が作成され、未知の試験サンプル中の抗生物質の量を求めるために使用される。
【００９６】
本発明は、流体成分をある特定の懸濁から分離するためのミクロ流体工学アレイも提供する。このような特定の懸濁液の実施例が、赤血球および白血球が血漿の中で懸濁している血液である。したがって、本発明のミクロ流体工学実施態様のこの態様は、血液血漿の全血からの分離を使用して示されている。
【００９７】
本発明により提供され、特に脊柱動物の血球および成分を分離するために設計されているミクロシステムプラットフォームが、図２６から図３５に示されている。図２６では、１つのアッセイアレイ１４のディスク１１上での配列が図示されている。有利なことに、複数のこのようなアレイを、本発明のミクロシステムプラットフォーム、最も好ましくはディスク上に配列し、多目的または多重アッセイプラットフォームを実現することができる。
【００９８】
血液分離アレイの構成要素は、図２７にさらに詳細に図示されている。図２６と図２７の比較により、プラットフォーム１１の中心が図２７の上部にあり、プラットフォームの横方向の広がりが、曲線で示されている図２７の底部にあることが理解されるだろう。本発明のプラットフォームディスク上の血液分離アレイの回転は、一貫した特定の方向での回転が好適なが、どちらの方向であってもよい。本発明のプラットフォームのディスク実施態様は、機械加工されたアクリル樹脂から作られていた。総合的なディスク寸法は、約６ｃｍの外側半径および約０．７５ｃｍの内側半径を含み、そこではディスクは回転式装置のスピンドルの上に取り付けられている。ディスクの厚さは約０．９ｍｍから約１．５ｍｍの範囲であった。作業流体体積は約１−５０μＬであった。
【００９９】
血液分離アレイの構成要素は以下の通りである。プラットフォーム表面で、約０．１ｍｍから約５ｍｍの深さとなり、横方向寸法が約０．１から２ｃｍである注入口４０１がプラットフォーム上に構築され、約５から約５０μＬという体積を収容するように設計されている。この注入口は、断面直径が約０．０２ｍｍから１ｍｍであり、深さが約０．５から１ｍｍである流入キャピラリー４０２に流体接続している。この流入キャピラリーの全長は、約１から約１５μＬという総体積を入れるのに十分であった。流入キャピラリー４０２は、さらに、約０．１ｍｍから約２ｍｍという断面直径、約０．２５ｍｍから約１ｍｍという深さ、および１０から約２０μＬという総体積を入れるのに十分な長さとなる分離管４０３に流体接続している。この分離管も、流出チャンバー４０４への通路４１１と流体接続している。通路４１１は、約０．５５ｍｍから約２ｍｍの範囲の断面直径、約０．２５ｍｍから約１ｍｍの深さ、および約０．５ｍｍから約５ｍｍの長さとなる。流出チャンバー４０４は、約０．２５−１ｍｍの深さとなる。
【０１００】
小さいキャピラリー出口４０６も、約０．０５ｍｍから約０．２５ｍｍという断面直径、約０．０２５ｍｍから約０．１２５ｍｍという深さ、および約０．２５ｍｍから約５ｍｍという長さとなる分離チャンバー４０３と流体接続している。このキャピラリーは、分離管４０３との挿入点より、回転の軸に、半径方向でより近接する方向を横切るように配列される。この小さいキャピラリー４０６は、半径方向でデカントチャンバー４０５まで伸びるキャピラリー４０８と流体接続し、毛管接合点４０７で終わる。捨てバルブ４１３は、毛管接合点との接合点にある小さいキャピラリー４０６に配置される。キャピラリー４０８は、約０．０５ｍｍから約１ｍｍという範囲の断面直径、約０．０５ｍｍから約１ｍｍという深さ、および約１ｍｍから約１００ｍｍという長さとなる。このキャピラリーは、毛管接合点４０７とデカントチャンバー４０５の間で半径方向に外向きにの方向で配列される。通路４１１は、小さいキャピラリー４０６の挿入点よりも、回転の軸にはるかに近接するように分離管４０３上に配置される。
【０１０１】
約０．０２ｍｍから約１ｍｍという寸法となる空気押しのけチャンネル４０９は、プラットフォーム上での流体移動により排出された空気の通気を可能にする。深さが約０．７５ｍｍである毛管接合部４１０が、空気チャンネル内に存在し、空気チャンネル内への流体の流れを妨げる。
【０１０２】
このプラットフォームの使用は、全血から血漿を分離するための図２８から図３５に示されている。（流体の１−１５０μＬという範囲の）不正確な量の血液が注入口４０１に適用される（図２８）。血液は、毛管作用により流入キャピラリー４０２に入り、流入キャピラリー４０２と分離チャンバー４０３の間の毛管接合点で停止する（図２９および図３０）。１００−３００ｒｐｍ（正確な値はプラットフォーム上の構成要素の位置に依存している）という範囲の第１の回転速度ｆ１で、血液は流入キャピラリー４０２から分離チャンバー４０３ｎ中に流れ込む（図３１）。血液は通路４１１の位置に到達するまで分離管４０３を充填し続け、その結果、過剰な血液は、通路４１１を通って流出チャンバー４０４の中に流れ込む（図３２および図３３）。有利なことに、小さいチャンネル４０６は、血液が小さいチャンネル４０６を超えて分離管４０３の中に流れ込むにつれて、血液がチャンネルの中に運ばれるのを防ぐ寸法となっている。
【０１０３】
図３３に図示されているように、第１の０以外の回転速度ｆ１での十分な時間の回転の後に、過剰な血液は流出チャンバー４０４に移され、分離管４０３は、血漿４１１の位置まで血液で満たされる。典型的には１０００−５０００ｒｐｍという範囲の、第１の回転速度ｆ１を上回る第２の回転速度ｆ２での回転、血液成分は赤血球、白血球（つまり、“軟膜”）および血漿留分に分離される（図３４）。小さい毛管４０６の有利な寸法のため、毛管接合点４０７で停止される、キャピラリー４０６を通る血漿留分の流体流れが可能になる。流体の流れが、典型的には＞１０００−５０００ｒｐｍという範囲の、第２の回転速度ｆ２を上回る第３の回転速度ｆ３での回転によって毛管障壁４０７を乗り越えた結果、血漿がデカントチャンバー４０５の中へ流れ込む（図３５）。
【０１０４】
流体分離プラットフォームの代替実施態様も本発明により提供され、再び血漿の全血からの分離により示されている。血液分離ミクロ流体工学アレイのこの実施態様は、図３６から図３７に示されている。前記のように、図３６では、１つの分離アレイ１５のディスク１１上での配列が示され、有利なことに、複数のこのようなアレイを、本発明のミクロシステムプラットフォーム、最も好ましくはディスク上に配列し、多目的または多重アッセイプラットフォームを実現できることが理解されるだろう。本発明のプラットフォームのディスク実施態様は、機械加工されたアクリル樹脂から作られていた。総合的なディスク寸法は、約６ｃｍという外側半径および約０．７５ｃｍという内側半径を含み、そこではディスクは回転式装置のスピンドル上に取り付けられる。ディスクの厚さは、約０．９ｍｍから約１．５ｍｍの範囲であった。作業流体体積は約５−５０μＬであった。
【０１０５】
この分離アレイの構成要素は、以下の通りである。深さがプラットフォーム表面で約０．１ｍｍから約１ｍｍとなり、横方向寸法が約０．１ｃｍから約２ｃｍである注入口５０１が、プラットフォーム上に構築され、約５から約５０μＬという体積を収 容するように設計されている。この注入口は計量キャピラリー５０２の第１のアレイと計量キャピラリー５０３の第２のアレイと流体接続し、そこではキャピラリーの各々が約０．０２ｍｍから約１ｍｍという断面直径となる。第２の計量キャピラリーアレイ５０３の全長は、第１の計量キャピラリーアレイ５０２の全長より長い。第１の計量キャピラリーアレイ５０２は、プラットフォーム表面で、半径方向に約０．１ｍｍから約５ｍｍの範囲となり、第１の計量キャピラリーアレイ５０２の深さを上回る深さとなるバラスチャンバー５０７と流体接続し、そこでは第１の計量キャピラリーアレイ５０２がアレイとバラスチャンバーの間の毛細接合点となる。第２のキャピラリーアレイ５０３は、毛管接合点５０６と流体接続している。
【０１０６】
また、注入口は、断面直径が約０．０２ｍｍから約１ｍｍとなり、基部に近い端部が注入口５０１に関して丸みを付けられている流出キャピラリー５０４と流体接続するように構築されている。流出キャピラリーは、プラットフォーム表面で約０．１ｍｍから約５ｍｍの、流出キャピラリー５０４の深さより大きい深さとなる流出チャンバー５０５と流体接続している。流出チャンバーおよび流体チャンバーの各々も、５１４などの、約０．１ｍｍから約１ｍｍの範囲の寸法となり、プラットフォーム上で空気の移動によって排出される空気の通気を可能にする空気口または空気チャンネルと接続している深さが。約０．７５ｍｍである毛管接合点５１６が空気チャンネル内に存在し、空気チャンネルの中への流体の流れを妨げる。
【０１０７】
注入口５０１は、回転の中心から０．５ｃｍから２０ｃｍのところのプラットフォームに配置される。計量キャピラリーアレイ５０２は、約０．６ｃｍから約１０ｃｍ、、注入口５０１から伸びる。計量キャピラリーアレイ５０３は、約０．５ｃｍから約１０ｃｍ、注入口５０１から伸びる。計量キャピラリーアレイ５０３の全長は、計量キャピラリーアレイ５０２より少なくとも約２０％長く、流出キャピラリー５０４の全長の範囲は、第１の計量キャピラリーアレイ５０２または第２の計量キャピラリーアレイ５０３のどちらかの全長の範囲を少なくとも約２０％上回る。バラスチャンバー５０７の位置は、回転の中心から約１ｃｍから約１０ｃｍであり、毛管接合点５０６の位置は、回転の中心から約１．５ｃｍから１５ｃｍであり、したがって、流出チャンバー５０５の位置は、回転の軸から約２．５から約２０ｃｍのところである。
【０１０８】
バラスチャンバー５０７は、流出キャピラリー５０４を通る注入口５０１から流出チャンバー５０５への過剰血液流出を含む流体の流れを可能とするほど十分な第１の０以外の回転速度ｆ１での第１の計量キャピラリーアレイ５０２からの流体の流れを妨げる毛管障壁としての機能を果たす。毛管接合点５０６は、流出キャピラリー５０４を通る注入口５０１から流出チャンバー５０５への過剰血液の流出を含む流体の流れを可能にするほど十分な前記第１の０以外の回転速度ｆ１での第２の計量キャピラリーアレイ５０３からの流体の流れを妨げる毛管障壁である。これらの毛管境界は、第２の回転速度ｆ２（この場合ｆ２＞ｆ１である）で乗り越えられるように構築されている。
【０１０９】
バラスチャンバー５０８は、約０．０２ｍｍから約１ｍｍの深さで、約０．０２ｍｍから約１ｍｍの断面直径となり、約０．１ｃｍから約５ｃｍ伸びているキャピラリー５１０に流体接続している。キャピラリー５１０は、毛管接合点５１１に接続している。代わりに、キャピラリー５１０は、捨てバルブ５１５と接続している。後述されるような捨てバルブは、好ましくは流体チャンネルから取り除くことができる代用可能な材料から作られる。好適な実施態様においては、前記捨てバルブはワックス弁であり、加熱によって、赤外線照明を含む多岐に渡る加熱手段のいずれかを使用することによって、およびプラットフォーム表面上またはその中に埋め込まれている加熱素子の活性化により流体チャンネルから取り除かれる。前記実施態様においては、流体の流れは、捨てバルブが取り除かれ、回転速度ｆ２で達成される。捨てバルブ５１５または毛管接合点５１１は、さらに、約０．１ｍｍから約１ｍｍの深さで、約０．１ｍｍから約１ｍｍの断面直径となるチャンネル５１２と流体接続している。チャンネル５１２は、約０．１ｃｍから約２０ｃｍ伸び、回転の軸から最も末端の点にある分離チャンバー５０９と流体接続する。
【０１１０】
第２の計量キャピラリーアレイ５０３は、回転速度ｆ２＞ｆ１で乗り越えられる、毛管接合点５０６と流体接続している。毛管接合点５０６は、さらに、分離チャンバー５０９にさらに流体接続しているチャンネル５０８に流体接続している。チャンネル５０８は、約０．０２ｍｍから約１ｍｍの深さとなり、約０．０２ｍｍから約１ｍｍという断面直径となる。チャンネル５０８は、約０．２ｃｍから約１０ｃｍ伸びる。分離チャンバー５０９は約０．０２ｍｍから約５ｍｍの深さで、約１ｍｍから約２０ｍｍの範囲の断面寸法となり、回転の中心から約１０ｍｍから約１００ｍｍのところに配置されている。
【０１１１】
分離チャンバー５０９は、チャンバーの最も軸近端範囲近くの点でデカントチャンネル５１７と流体接続している。デカントチャンネル５１７は、約０．０２ｍｍから約１ｍｍの深さで、約０．２ｍｍから約１ｍｍの範囲の断面直径となる。デカントチャンネル５１７は、約４．３ｃｍから約５ｃｍ伸び、デカントチャンネル５１４と流体接続している。デカントチャンバー５１４は、約０．２ｍｍから約２ｍｍの深さで、約１ｍｍから約１０ｍｍｍの断面直径である。デカントチャンバー５１４は、回転の中心から約５．２ｃｍに配置されている。
本発明のミクロ流体工学分離アレイのこの実施態様の使用は、図３８から図４７に示されている。（流体の１−１５０μＬという範囲の）不正確な量の血液が注入口５０１に適用される（図３８）。血液は計量キャピラリーアレイ５０２と５０３の各々に入り、計量キャピラリーアレイ５０２とバラスチャンバー５０７の間、および計量キャピラリー５０３と毛管接合点５０６の間で停止する（図３９および図４０）。血液は、流出キャピラリー５０４にも入り、それを充たし、流出チャンバー５０５との毛管接合点で停止する。
【０１１２】
１００−５００ｒｐｍという範囲（正確な値は、プラットフォームの構成要素の位置に依存する）の第１の回転速度ｆ１では、血液は、流出キャピラリー５０４を通って注入口５０１から流出チャンバー５０５に流れ込む（図４１および図４２）。典型的には３００−８００ｒｐｍの範囲の、第１の回転速度ｆ１を上回る第２の回転速度ｆ２で、第１の計量キャピラリーアレイ５０２とバラスチャンバー５０８の間の毛管接合点が乗り越えられ、第１の計量キャピラリーアレイからの血液がバラスチャンバー５０８を充たす（図４３）。同様に、第２の回転速度ｆ２で、毛管接合点５０２が乗り越えられ、第２の計量キャピラリーアレイ５０３からの血液が分離チャンバー５０９に入る（図４３）。有利なことに、第２の計量キャピラリーアレイ５０３内の血液の量は、デカントチャンネル５１７の挿入の高さまで分離チャンバー５０９を充たすには不充分である。
【０１１３】
典型的には１０００−５０００ｒｐｍの範囲にある、第２の回転速度ｆ２を上回る第３の回転速度ｆ３での回転により、分離チャンバー５０９内の血液成分は、赤血球、白血球（つまり“軟膜”）、および血漿留分に分離される（図４４および図４５）。血液成分の分離は、プラットフォーム上のその位置のためバラスチャンバー５０７内では達成されず、毛管接合点５１１または捨てバルブ５１５は第３の回転速度ｆ３で乗り越えられない。有利なことに、分離された血漿はデカントキャピラリー５１７まで伸びない。
【０１１４】
捨てバルブ５１７の解放、あるいは第３の回転速度ｆ３を上回り、典型的には１０００−５０００ｒｐｍの範囲にある第４の回転速度ｆ４での回転により、血液は、チャンネル５１２を通って、バラスチャンバー５０８から、“底部”でまたは分離チャンバーの最も軸末端の範囲で、分離チャンバー５０９に流れ込む。これにより、分離チャンバーは、デカントチャンネル５１７の挿入点に等しい点まで充填される（図４６）。血漿は、バラスチャンバー５０８に入れられている血液の量に等しい量、デカントチャンネル５１７を通ってデカントチャンバー５１４へ流れ込む。デカントチャンネル５１７には、有利なことに、分別されていない血液、または全血中に見られる毛旧の０．１−１％を上回って汚染されている血漿の通過を遅らせる寸法が与えられている。
【０１１５】
本発明は、粘度、溶質濃度、または懸濁微粒子の濃度で異なる２つまたは３つ以上の流体を混合するための混合チャンバーおよび混合チャンバーのアレイも提供する。本発明の混合チャンバーおよびアレイを備えるミクロ流体工学プラットフォームの第１の実施態様は、等しい量の異なる液体を混合するための４８から図５０〜５３に示されている。図４８では、１つのアッセイアレイ１５のディスク１１上の配列が図示されている。有利なことに、複数のこのようなアレイを、本発明のミクロシステムプラットフォーム、最も好ましくはディスク上に配列し、多目的または多重アッセイプラットフォームを実現することができる。
【０１１６】
混合アレイの構成要素は、図４９にさらに詳細に図示されている。図４８と図４９を比較することによって、プラットフォーム１１の中心が図４９の上部にあり、プラットフォームの端縁または横方向の広がりが、曲線で示されている図４９の底部にあるきおとがり介されるだろう。混合アレイの本発明のプラットフォームディスク上での回転は、一貫した特定の方向の回転が好適なが、どちらの方向でもよい。本発明のプラットフォームのディスク実施態様は、機械加工されたアクリル樹脂から作られていた。総合的なディスク寸法は、約６ｃｍの外側半径および約０．７５ｃｍの内側半径を含み、そこではディスクは回転式装置のスピンドルの上に取り付けられている。ディスクの厚さは約０．９ｍｍから約１．５ｍｍの範囲であった。作業流体量は約５０μＬであった。
【０１１７】
混合アレイの構成要素は、以下の通りである。プラットフォーム表面で約０．１ｍｍから約１ｍｍという範囲の深さとなり、約１ｃｍから約５ｃｍという横方向の寸法となる注入口６０１がプラットフォーム上に構築され、約５−５０μＬという体積を収容するように設計されている。各注入口は、約０．１ｍｍから約０．５ｍｍという矩形断面直径となり、基部に近い端部が注入口６０１に関して丸みがつけられている計量キャピラリー６０２の組にされたアレイの１つと流体接続している。各計量キャピラリーアレイの全長は、約２５μＬという総体積を入れるのに十分であった。計量キャピラリー６０２は、プラットフォーム表面で、計量キャピラリー６０２の深さを上回る約０．２５ｍｍから約１ｍｍとなる曲線状の毛管障壁６０３に流体接続している。毛管障壁および混合アレイのその他の流体構成要素も、約０．２５ｍｍから約１ｍｍの範囲の寸法となり、害プラットフォーム上での流体移動により排出された空気の通気を可能にする空気チャンネル６０８と接続している。さらに、深さが約０．７５ｍｍである毛管接合点６０９が空気チャンネル内に存在し、流体の空気チャンネルへの逆流を妨げる。
【０１１８】
毛管障壁６０３は、狭いキャピラリーチャンネル６０４によって、さらに混合流体受入れチャンバー６０６に接続しているチャンネル６１０に流体接続している混合チャンバー６０５に流体接続される。代わりに、キャピラリー６０４は捨てバルブ６１２を備える。本発明のこの実施態様で使用されている犠牲便は後述される通りである。キャピラリーチャンネル６０４は、深さが約０．１ｍｍから約１ｍｍの範囲であり、約０．１ｍｍから約１ｍｍの断面直径となる。キャピラリーチャンネル６１０は、約０．２ｃｍから約３０ｃｍ伸びる。有利な実施態様においては、混合チャンバー６０５は、キャピラリーチャンネル６０４の挿入点およびキャピラリーチャンネル６１０の挿入点が、混合チャンバーの向かい合う端部で相殺されるように構築されている。その結果、キャピラリーチャンネル６０４を通って流れている流体は、流体の流れがキャピラリーチャンネル６１０を通って進む前に、混合チャンバー６０５の反対側の壁に強制的に遭遇させられる。この結果、目に見えるほど混合されていない第１の計量チャンネルと第２の計量チャンネルからの流体の結合した流れによって引き起こされている混合された層流流体ストリームで乱れが、キャピラリーチャンネル６０４内で生じる。混合チャンバー６０５の構造により生じる乱れは、層流を混乱させるのに十分であり、キャピラリーチャンネル６１０を通る混合流体受入れチャンバー６０６の中へ流体が連続して流れ込む前にチャンバー内で流体の混合を引き起こす。代わりに、キャピラリー６０４と６１０の位置は、混合チャンバー６０５内の任意の便利な位置とすることができ、そこでは流体の流れのコリオリの力が層流を混乱させるのに十分であり、効率的な混合につながる乱れを提供する。
【０１１９】
混合流体受入れチャンバー６０６は、約０．１ｍｍから約５ｍｍの深さで、約１ｍｍから約２０ｍｍの断面直径となり、回転の中心から約１ｃｍから約３０ｃｍに配置されている。
【０１２０】
（１−１５０μＬという範囲にある）等しい量の流体を混合するための本発明のこの実施態様の使用は、図５０から図５３に示されている。混合される等しい量の各流体が、注入口６０１に適用される（図５０）。流体は計量キャピラリーアレイ６０２の各々に入り、毛管障壁６０３で停止する。
【０１２１】
５０−５００ｒｐｍという範囲（正確な値は、プラットフォーム上の構成要素の位置に依存する）の第１の回転速度ｆ１では、各キャピラリーアレイからの流体が毛管障壁６０３に流れ込み、それを充たす（図５１）。捨てバルブ６１２を備えている実施態様においては、弁が、チャンネル６０４の中への流体流れを妨げる。それ以外の場合、流体の流れは回転速度ｆ１でチャンネル６０４の中に進む。捨てバルブ６１２が解放されると、流体の流れは、チャンネル６０４を通って毛管接合点６０３から混合チャンバー６０５の中に進む（図５２）。混合チャンバー６０５内の流体の流れは、おもに層流である毛管障壁６０３またはキャピラリー６０４を通る流体の流れと対照的に荒れており、その結果、混合はもに混合チャンバー６０５内で発生する。流体の流れは、チャンネル６１０を通って進み、混合流体溶液は混合流体受入れチャンバー６０６の中に排出される（図５３）。
【０１２２】
本発明は、等しくない量の流体を混合するための混合アレイも提供する。本発明により実現され、特に等しくない量の異なる液体サンプルの混合を実行するために設計されているミクロシステムプラットフォームのこのような追加実施態様の一実施例は、図６１から図６７に示されている。図６１では、１つのアッセイアレイ１７のディスク１１上での配列が図示されている。有利なことに、複数のこのようなアレイを、本発明のミクロシステムプラットフォーム、最も好ましくはディスク上で配列し、多目的または多重アッセイプラットフォームを実現することができる。
【０１２３】
混合アレイの構成要素は、図６２にさらに詳細に図示されている。図６１と図６２を比較することにより、プラットフォーム１１の中心が図６２の上部にあり、プラットフォームの端縁または横方向の広がりが、曲線により示されている図６２の底部にあることが理解されるだろう。本発明のプラットフォームディスク上での混合アレイの回転は、一貫した特定の方向での回転が好適ながどちらの方向でもよい。本発明のプラットフォームのディスク実施態様は、機械加工されたアクリル樹脂から作られている。総合的なディスク寸法は、約６ｃｍという外側半径および約０．７５ｃｍという内側半径を含み、そこではディスクは回転式装置のスピンドルの上に取り付けられている。ディスクの厚さは約０．９ｍｍから約１．５ｍｍの範囲であった。作業流体体積は約２−２００μＬであった。
【０１２４】
この混合アレイの構成要素は以下の通りである。各々に混合される１組の流体の１つが入っている流体リザーバー７０１と７０２は、プラットフォーム表面で約０．１ｍｍから約５ｍｍという範囲の深さとなり、約０．２ｃｍから約１０ｃｍという横方向寸法となるプラットフォーム上に構築されている。この実施態様においては、流体リザーバー７０１は、約１から約５００μＬという体積を収容するように設計され、流体リザーバー７０２は約１から約５００μＬという範囲の体積を収容するように設計されており、そこでは流体リザーバー７０２の体積が、流体リザーバー７０１の体積より少ない。特に、およびさらに、流体リザーバー内の流体の粘度は変わる可能性があるため、混合は中間粘度の混合流体を作り出す。また、この実施態様においては、懸濁微粒子の溶質の濃度は流体間で異なる可能性がある。各流体リザーバーは、キャピラリーチャンネル７０３または７０４から毛管結合７０５まで流体接続する。各キャピラリーチャンネルは約０．０２ｍｍから焼く１ｍｍの深さで、約０．１ｍｍから約１ｍｍの範囲の断面直径となり、約２ｃｍから約１００ｃｍのビル。毛管接合点７０５は、プラットフォーム表面で、キャピラリー７０３から７０４の深さを上回る、約０．０２ｍｍから約１ｍｍの範囲となる深さになる。代わりに、キャピラリー７０３または７０４は、捨てバルブ７１２を備える。本発明のこの実施態様で使用されている捨てバルブは、後述される通りである。前記捨てバルブの使用は、毛管接合点７０５に加えて、またはそれの変わりに使用することができる。
【０１２５】
混合アレイの流体構成要素は、約０．１ｍｍから約１ｍｍの範囲の寸法となり、プラットフォーム上の流体の移動により排出された空気の通気を可能にする空気チャンネル７１０とも流体接続している。さらに、深さが０．７５ｍｍである毛管接合点７１１が空気チャンネル内に存在し、流体の空気チャンネルへの逆流を妨げる。
【０１２６】
毛管接合部７０５は、狭いキャピラリーチャンネル７０６により、さらに混合流体受入れチャンバー７０９に接続しているチャンネル７０８に流体接続している混合チャンバー７０７に流体接続している。代わりに、キャピラリー７０６は、後述されるように捨てバルブ７１２を備える。キャピラリーチャンネル７０６は約０．１ｍｍから約１ｍｍの範囲となり、約０．１ｍｍから約１ｍｍの断面直径となり、約０．２ｍｍから約３０ｃｍ伸びる。混合チャンバー７０７は、約０．１ｍｍから約１ｍｍの深さで、約０．１ｍｍから約１ｍｍの範囲の断面直径となり、回転の中心から約０．２ｃｍから約３０ｃｍに配置される。キャピラリーチャンネル７０８は約０．１ｍｍから約１ｍｍの範囲となり、約１ｍｍから約２０ｍｍの範囲の断面直径となり、約０．２ｃｍから約３０ｃｍ伸びる。キャピラリーチャンネル７０６およびキャピラリーチャンネル７０８は、有利なことに、前述されたように、混合チャンバーとのその接続で相殺されるか、あるいは混合を生じさせるためのコリオリの力に依存しているそれらの実施態様のための混合チャンバー内の任意の便利な位置に配置される。
【０１２７】
キャピラリー７０８は、混合流体受入れチャンバー７０９と流体接続している。混合流体受入れチャンバー７０９は約０．１ｍｍから約１ｍｍで、約１ｍｍから約２０ｍｍの断面直径となり、回転の中心から約１ｃｍから約３０ｃｍに配置されている。
【０１２８】
本発明のミクロ流体工学構成要素のこの実施態様の使用は、図６３から図６７に示されている。混合される流体の各々の（流体の１−１５０μＬという範囲の）量が、流体リザーバー７０１と７０２に適用される（図６３）。流体はキャピラリー７０３と７０４の各々に入り、毛管接合点７０５で停止する。代わりに、本発明のプラットフォームは、すでに流体リザーバー７０１と７０２の中に混合される流体が入れられて、実現される。これらの実施態様では、捨てバルブ７１２がキャピラリー７０３と７０４の中に設けられ、使用前の流体の蒸発、濡れ、またはリザーバーからの漏れを妨げることが好適な。
【０１２９】
１００−１０００ｒｐｍという範囲（正確な値は、プラットフォーム上の構成要素の位置に依存する）の第１の回転速度ｆ１で、各キャピラリーからの流体が毛管接合点６０５を過ぎて、混合チャンバー７０７を通って流れる（図６４および図６５）。捨てバルブ７１２を備えている実施態様においては、弁は、チャンネル７０３と７０４の中への流体の流れを妨げる。捨てバルブ７１２が解放されると、流体の流れは、チャンネル７０６を通って毛管接合点７０５から混合チャンバー７０７の中へ進む（図６５）。混合チャンバー７０７内での流体の流れは、おもに層流である、毛管障壁７０５またはチャンネル７０６を通る流体の流れとは対照的に荒れており、その結果、おもに混合チャンバー７０７内で混合が発生する。流体の流れは、チャンネル７０８を通って進み、混合流体溶液は、混合流体受入れチャンバー７０９の中に排出される（図６６および図６７）。
【０１３０】
本発明の混合チャンバーの別の実施態様においては、粘度、溶質濃度または懸濁微粒子の濃度で異なる２つまたは３つ以上の液体の勾配を形成することができるプラットフォームが具備されている。本発明により実現され、特に異なる量の液体サンプルの混合を実行し、２つの流体が異なる種の濃度の勾配を形成するために設計されているミクロシステムプラットフォームのこのような追加実施態様は、図６８から図７４に示されている。図６８では、１つのアッセイアレイ１８のディスク１１上での配列が図示されている。有利なことに、複数のこのようなアレイを、本発明のミクロシステムプラットフォーム、最も好ましくはディスク上に配列し、多目的または多重アッセイプラットフォームを実現することができる。
【０１３１】
混合アレイの構成要素は、図６９に詳細に図示されている。図６８と図６９を比較することにより、プラットフォーム１１の中心が図６９の上部にあり、プラットフォームの端縁または横方向の広がりが、曲線により示されている図６９の底部にあることが理解されるだろう。混合アレイの本発明のプラットフォームディスク上での回転は、一貫した特定の方向での回転が好適ながどちらの方向でもよい。本発明のプラットフォームのディスク実施態様は、機械加工されたアクリル樹脂から作られている。総合的なディスク寸法は、約６ｃｍという外側半径および約０．７５ｃｍという内側半径を含み、そこではディスクは回転式装置のスピンドル上に取り付けられている。ディスクの厚さは約０．９ｍｍから約１．５ｍｍの範囲であった。作業流体体積は約４０μＬであった。
【０１３２】
混合アレイの構成要素は以下の通りである。各々に混合される１組の液体の一方が入れられている流体リザーバー８０１と８０２が、プラットフォーム方面で約０．１ｍｍから約５ｍｍの深さとなり、約１ｃｍから約１０ｃｍの範囲の横方向の寸法となるプラットフォーム上に構築される。流体リザーバー８０１は、約１から約５００μＬの体積を収容するように設計され、流体リザーバー８０２は、約１から約５００μＬという体積を収容するように設計されており、そこでは流体リザーバー８０２の形状が流体リザーバー８０１の形状と異なる。特に、および加えて、流体リザーバー８０１と８０２は、（リザーバーないの各店での流体の断面面積に関連している）圧力“ヘッド”のために、２つのリザーバー内での流体出力の速度が、ある特定の回転速度でのリザーバーで異なるように、リザーバーの１つからの混合物中の流体の割合が回転の始まりで最大となり、リザーバーからの流体が回転の最後に間善意混合されると最小となり、このようにして勾配を形成するように形作られている。本発明のこの態様に従って生じる勾配は、塩化ナトリウムおよび塩化セシウムまたは硫酸塩勾配を含む塩勾配、スクロース、ＦｉｃｏｌｌやＨｙｐａｑｕｅのような合成重合体勾配などの低分子重量種の勾配、あるいは薬物、毒素、酵素基体、またはその他の重要な小分子の勾配から成り立つことがある。
【０１３３】
各流体リザーバーは、毛管接合点８０５まで、キャピラリーチャンネル８０３または８０４と流体接続している。各キャピラリーチャンネルは、深さが約０．１ｍｍから約１ｍｍの範囲で、約０．１ｍｍから約１ｍｍの断面直径となり、約２ｃｍから約１００ｃｍ伸びる。毛管接合点８０５は、プラットフォーム表面で、キャピラリー８０３から８０４の深さを上回る約０．１ｍｍから約１ｍｍの深さとなる。代わりに、キャピラリー８０３または８０４は、後述されるように、捨てバルブ８１２を備える。前記捨てバルブの使用は、毛管接合点８０５に加えて、またはその代わりに使用することができる。
【０１３４】
混合アレイの流体構成要素は、約０．１ｍｍから約１ｍｍの寸法となり、プラットフォーム上の流体の移動により排出された空気の通気を可能とする空気チャンネル８１０とも接続している。さらに、深さが０．７５ｍｍである毛管接合点８１１が空気チャンネル内に存在し、空気チャンネルへの流体の逆流を妨げる。
【０１３５】
毛管接合部８０５は、さらに混合流体受入れチャンバー８０９と接続しているチャンネル８０８と流体接続している混合チャンバー８０７に、狭いキャピラリーチャンネル８０６により流体接続している。代わりに、キャピラリー８０６は捨てバルブ８１２を備える。キャピラリーチャンネル８０６は、約０．１ｍｍから約１ｍｍであり、約０．１ｍｍから約１ｍｍの断面直径となり、約０．２ｃｍから約３０ｃｍ伸びる。混合チャンバー８０７は、約０．１ｍｍから約１ｍｍであり、約０．１ｍｍから約１ｍｍの断面直径となり、回転の中心から約０．２ｃｍから約３０ｃｍに配置されている。キャピラリーチャンネル８０８は、約０．１ｍｍから約１ｍｍであり、約１ｍｍから約２０ｍｍの断面直径となり、約０．２ｃｍから約３０ｃｍ伸びる。キャピラリーチャンネル８０６およびキャピラリーチャンネル８０８は、有利なことに、前述されたように、混合チャンバーとのその接続で相殺されるか、あるいは混合を生じさせるためのコリオリ力に頼っているそれらの実施態様のための混合チャンバー内の任意の便利な位置に配置される。
【０１３６】
キャピラリー８０８は、混合流体受入れチャンバー８０９に流体接続している。混合流体受入れチャンバー８０９は、深さが（約０．１ｍｍから約１ｍｍの範囲の）約０．７５ｍｍで、（約１ｍｍから約２０ｍｍの範囲の）約５ｍｍという断面直径となり、回転の中心から約１ｃｍから約３０ｃｍに配置されている。
【０１３７】
ここに説明されているように勾配を生じさせるためのこのミクロ流体工学プラットフォームの使用は、図７０から図７４に示されている。混合される流体の各々の（流体の１−１５０μＬという範囲の）量が、流体リザーバー８０１と８０２に適用される（図７０）。流体は、キャピラリー８０３と８０４の各々に入り、毛管接合点８０５で停止する。代わりに、本発明のプラットフォームは、すでに流体リザーバー８０１と８０２の中に混合される液体が入れられて、実現される。これらの実施態様においては、捨てバルブ８１２がキャピラリー８０３と８０４の中に設けられ、使用の前に、蒸発、濡れまたはリザーバーからの流体の漏れを妨げることが好適な。
【０１３８】
１００−１０００ｒｐｍという範囲（正確な値は、プラットフォーム上の構成要素の位置に依存する）の第１の回転速度ｆ１で、各キャピラリーからの流体は毛管接合点８０５を過ぎて、混合チャンバー８０７を通って流れる（図７０および図７２）。捨てバルブ８１２を備えている実施態様においては、弁が、チャンネル８０３と８０４の中への流体の流れを妨げる。捨てバルブ８１２が解放されると、流体の流れは、チャンネル８０６を通る毛管接合点８０５から混合チャンバー８０７の中に進む（図７３）。混合チャンバー８０７内の流体の流れは、おもに層流である、毛管障壁８０５またはチャンネル８０６を通る流体の流れとは対照的に荒れており、その結果混合はおもに混合チャンバー８０７内で発生する。流体の流れは、チャンネル８０８を通って進み、混合流体溶液は、混合流体受入れチャンバー８０９の中に排出される（図７３および図７４）。
【０１３９】
ここに説明されている実施態様に加えて、本発明は、直列で互いに流体接続されている複数の混合チャンバーを備えているミクロ流体工学アレイも実現する。このような配列は図８９に示されている。特に、図８９に図示されているような混合カスケードは、量の少ない高い粘度の液体を量が多い低い粘度の液体と混合するなどの、劇的に異なる量または粘度の液体を混合するために有効である。これらの実施態様においては、混合アレイは、各混合チャンバーが、混合チャンバーより回転の中心により近接している位置から放射状に伸びている入口キャピラリー、および混合チャンバーより回転の中心により遠方の位置に放射状に伸びている出口キャピラリーを有している、プラットフォーム表面を横切って放射状に配列されている複数の混合チャンバーを備える。このアレイの有利な実施態様においては、キャピラリーは、混合チャンバー内のそれらの位置が互いに相殺されるように混合チャンバーと接続しており、そこでは、入口キャピラリーからの流体の流れが、出口キャピラリーによって占められている位置以外の位置にある混合チャンバーの壁に衝突し、それによって流体を混合する混合チャンバー内の乱れた流れが生じる。代わりに、キャピラリーは任意の便利な位置で混合チャンバー内に配置することができ、コリオリの力が、混合を助長するために頼られなければならない。どちらの型のアレイにおいても、第１の混合チャンバーの入口キャピラリーは、流体リザーバーと（直接または毛管接合点を介して）流体接続しており、アレイ内の他方の混合チャンバーの入口キャピラリーは、回転の中心にすぐ近接する混合チャンバーの出口チャンネルである。同様に、各混合チャンバーの出口キャピラリーは、回転の中心にすぐによい遠方の混合チャンバーの入口キャピラリーであり、そこでは、回転の中心から最も遠方に配置されている混合チャンバーの出口キャピラリーが混合流体受入れチャンバーに流体接続されている。したがって、流体は、回転の中心からいっそう遠方に配列されている複数の混合チャンバー内で繰り返し混合され、混合流体の体積を終了するほど十分な体積のリザーバーまたはチャンバーで終わる。これらのアレイのキャピラリー、流体リザーバー、混合チャンバー、および混合流体受入れチャンバーの寸法は、前述される通りである。
【０１４０】
図８９も、本発明の混合アレイの別の実施態様を示している。前述された勾配形成実施態様といっしょに使用されているこの実施態様においては、勾配チャンバーと呼ばれている特殊化混合流体受入れチャンバーが設けられている。この受入れチャンバーの１つの実施態様が図８９に示されている。このチャンバーは、勾配流体ストリームがチャンバーの個々のコンパートメントの中に等分できるようにし、そこでは、勾配の濃度は、勾配チャンバー入口キャピラリーからの距離が増すに従い減少する。勾配が、分析物、薬物、毒素、または試験されるその他の種の減少する濃度を構成する場合、チャンバーを各コンパートメントに検出手段を具備するように修正することができ、その結果、勾配の変化する成分の濃度影響を求めることができる。
【０１４１】
本発明のミクロ流体工学プラットフォームの別の実施態様においては、特殊結合（アッセイを実行するために特に設計されているミクロシステムプラットフォームが実現される。これらの実施態様は、図７５から図８８に示されている免疫学的検定を使用して実施例示されている。図７５では、１つのアッセイアレイ１９のディスク１１上での配列が図示されている。有利なことに、複数のこのようなアレイを、本発明のミクロシステムプラットフォーム、最も好ましくはディスク上に配列し、多目的または多重アッセイプラットフォームを実現することができる。
【０１４２】
混合アレイの構成要素は、図７６にさらに詳細に図示されている。図７５と図７６を比較することによって、プラットフォーム１１の中心が図７６の上部にあり、プラットフォームの縁端または横方向の広がりが、曲線で示されている図７６の底部にあることが理解されるだろう。混合アレイの本発明のプラットフォームディスク上での回転は、一貫した特定の方向での回転が好適だが、どちらの方向でもよい。本発明のプラットフォームの得リスク実施態様は、機械加工されたアクリル樹脂から作られていた。総合的なディスク寸法は、約６ｃｍという外側半径および約０．７５ｃｍという内側半径を含み、そこではディスクは回転式装置のスピンドルの上に取り付けられている。ディスクの厚さは約０．９ｍｍから約１．５ｍｍの範囲であった。作業流体体積は約１０−１００μＬであった。
【０１４３】
本発明のプラットフォームのこの実施態様においては、特殊結合試薬を含むインキュベーションチャンバーが具備されている。本発明の目的のため、“特殊結合試薬”という用語は、約１０−４と１０−１５Ｍの間の結合親和力定数を特殊分子結合相互作用に提供する、その組の間に特殊結合親和力を有している生体分子を包含することが意図される。特殊結合試薬のこのような組の実施例は、ａｎｔｉｓｅｒａ、多クローン性抗体、および最も好ましくは単クローン性抗体、細胞表面レセプタを含むレセプタと配位子、ＩＣＡＭ−ＩとＩＣＡＭ−ＩＩを含むｉｎｔｅｇｒｉｎｓと接着たんぱく質、フィトヘマグルチニンを含むカルボヒドラーゼとレクチンを含む抗原および抗体を含むが、それらに限定されない。本発明により実現されるように、特殊結合組の第１のメンバーを含む特殊結合試薬が、チャンバー内に入れられ、チャンバーへの流体または流体サンプルの付加時に再構成され、つまりラテックスやその他のビードなどのサポート媒体上、またはゲルまたはその他のサポート媒体の中に備えられている乾燥または凍結乾燥されている試薬のように、チャンバーの表面のコーティングとして、インキュベーションチャンバー内に提供される。特殊結合組の前記第１のメンバーは、分析物、例えば、同種抗原、レセプタ、または接着たんぱく質を表している、あるいは特定のレクチンに特殊な細胞表面でカルボヒドラーゼ部分を有している細胞の存在を検出するように設計、あるいは意図されている。前記特殊結合試薬は、インクジェット印刷、コンピュータ位置決定済みシリンジ、マイクロエッチング、およびフォトリソグラフィー、スクリーンおよびエアブラシ印刷方法、溶液コーティング、浸漬を含むミクロリソグラフィー（ｍｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｉｃ）方法、ならびに従来のｍｉｃｒｏｔｉｔｒｅ−ｗｅｌｌ技法を含む、任意の適切な手段を使用して試薬を表面に付着することによりプラットフォームのインキュベーションチャンバーに適用される。前記特殊結合試薬を適用する際、検出チャンバーの表面は、表面または検出チャンバー上の一定の領域が前記特殊結合試薬により処理され、それ以外は認識できるように処理されない、二次元アレイまたはパターンを提供するように処理することができる。
【０１４４】
特殊結合アッセイアレイの構成要素は以下の通りである。プラットフォーム表面で約０．１ｍｍから約１ｍｍの範囲の深さとなり、約０．１ｃｍから約２ｃｍという横方向寸法となる注入口９０１が、プラットフォーム上に構築され、約２μＬから１００μＬという体積を収容するように設計されている。この注入口は、約０．１ｍｍから約１ｍｍという断面直径となり、約０．２５ｍｍから約１ｍｍという深さとなる計量キャピラリー９０２と流体接続している。この計量キャピラリーの全長は、約２から約１００μＬという総体積を入れるのに十分であった。計量キャピラリー９０２は、毛管接合点９０４と流体接続している。
【０１４５】
また、注入口は、約０．１ｍｍから約１ｍｍという断面直径となり、基部に近い端部が注入口９０１に関して丸みをつけられている流出キャピラリー９０３と流体接続するように構築されている。流出キャピラリーは、プラットフォーム表面で、流出キャピラリー９０３の深さを上回る約０．１ｍｍから約１ｍｍという深さとなる流出チャンバー９０５と流体接続している。流出チャンバーと流体チャンバーのそれぞれも、約０．１ｍｍから約１ｍｍという寸法となり、プラットフォーム上で流体の移動により排出された空気の通気を可能にする、５２３などの空気口または空気チャンネルと接続している。深さが約０．７５ｍｍである毛管接合点５２４はが空気チャンネルの中に存在し、空気チャンネルの中への流体の流れを妨げる。
【０１４６】
注入口９０１は、回転の中心から１ｃｍから２０ｃｍのプラットフォーム上に配置される。計量キャピラリー９０２は、約１ｃｍから約５ｃｍ、注入口９０１から伸びる。流出キャピラリー９０３の全長の範囲は、計量キャピラリー９０２より２０％長い。流出キャピラリー９０５の位置は、回転の中心から約１ｃｍから約２０ｃｍで、毛管接合点９０４の位置は回転の中心から約１ｃｍから約２０ｃｍである。
【０１４７】
毛管接合点９０４は、代わりにインキュベーションチャンバー９１０と流体接続しているキャピラリーチャンネル９０６と流体接続している。キャピラリーチャンネル９０６は、約０．１ｍｍから約１ｍｍという断面直径となり、毛管接合点から約０．２ｃｍから約１０ｃｍ伸びる。低音放置チャンバー９１０は、プラットフォーム表面で、キャピラリーチャンネル９０６の深さを上回る約０．１ｍｍから約１ｍｍの範囲の深さとなる。また、キャピラリーチャンネル９０６は、毛管接合点９０７を通ってチャンネル９０９と流体接続している。毛管接合点９０７は、接合点を通って流体が後方に流れるのを妨げるように構築されている。チャンネル９０９は、約０．１ｍｍから約１ｍｍという断面直径となり、毛管接合点から約０．２ｃｍから約５ｃｍ伸びる。毛管接合点９０７は、プラットフォーム表面で、チャンネル９０９またはキャピラリーチャンネル９０６の深さを上回る、約０．１ｍｍから約１ｍｍという深さである。インキュベーションチャンバー９０１も特殊結合種、最も好ましくは、サンプルの成分に特殊な抗体を含む。この種は、有利なことに、チャンバーの表面のコーティングとしてインキュベーションチャンバー９１０内に入れられるか、あるいはビーズやチャンバー内のそれ以外のキャリヤに、またはチャンバーの機能的にされている内側表面に、またはそれ以外の場合前述されたように付着される。
【０１４８】
毛管接合点９０７は、さらに、プラットフォーム表面で約０．１ｍｍから約１ｍｍの深さとなり、回転の軸から約１０ｍｍから約２００ｍｍの距離で配置されている洗浄緩衝剤リザーバー５１６と流体接続している。
【０１４９】
毛管接合点９０７は、さらに、チャンネル９２６とさらに流体せず即し、試薬リザーバー９１７と流体接続している毛管接合点９１４と流体接続している。試薬キャピラリー９２０は、約０．１ｍｍから約１ｍｍという断面直径となり、試薬リザーバー９１７から約０．２ｃｍから約２０ｃｍ伸びる。毛管接合点９１４は、プラットフォーム表面で約０．１ｍｍから約１ｍｍの範囲の深さとなり、回転の軸から約１０ｍｍから約２００ｍｍの距離で配置される。試薬キャピラリー９２６は、約０．１ｍｍから約１ｍｍの断面直径となり、毛管接合点から約０．２ｍｍから約２０ｃｍ伸びる。試薬リザーバー９１７は、プラットフォーム表面で約０．１ｍｍから約１ｍｍの深さとなり、回転の軸から約１０ｍｍから約２００ｍｍの距離に配置されている。
【０１５０】
インキュベーションチャンバー９１０は、Ｕ字形のキャピラリー９２１に、回転の軸に最も遠方の転で流体接続している。Ｕ字形キャピラリー９２１は、約０．１ｍｍから約１ｍｍという断面直径となり、インキュベーションチャンバー９１０と廃棄物リザーバー９１５の間で約０．２ｃｍから約２０ｃｍ伸びる。このキャピラリーは、インキュベーションチャンバー９１０の最も軸に近接する範囲より回転の軸に少なくとも近い点まで、Ｕ字形の中で伸びる。このＵ字形チャンネルのインキュベーションチャンバー９１０を基準にした位置決定により、インキュベーションチャンバー９１０に流れ込み、そこから流体を排出する追加流体が前記流体を均一に排出する、つまりチャンバー内の第１の流体が、第２の流体によって置換されている間に、チャンバーから押し出されることを確実にする。
【０１５１】
このＵ字形キャピラリーは、廃棄物リザーバー９１５とも流体接続している。廃棄物貯蔵積９１５は、プラットフォーム表面で約０．１ｍｍから約５ｍｍという深さとなり、回転の軸から約１０ｍｍから約２００ｍｍの距離に配置されている。図７６に図示されているように、廃棄物貯蔵総は、典型的には、アレイの構成要素のいずれかの回転の軸からの最も遠い距離に配置されている。
【０１５２】
本発明の一定の実施態様においては、捨てバルブ９２２を、毛管接合点９０４とキャピラリーチャンネル９０６の接合点に、毛管接合点０７と洗浄緩衝剤キャピラリー９０８の接合点に、あるいは試薬リザーバー９１８と毛管接合点９１９の接合点に配置することができる。
【０１５３】
免疫学的検定を実行するためのこのプラットフォームの使用が、図７７から図８８に示されている。このプラットフォームの使用において、試薬リザーバー９１６および洗浄リザーバー９１５は、ディスク上で与圧され、最も好ましくは、ディスクは、毛管接合点９０７と洗浄緩衝剤キャピラリー９０８の接合点で、および試薬リザーバー９１８と毛管接合点９１９の接合点で捨てバルブ９２２を具備する。（流体の１−１５０μＬという範囲の）不正確な量の流体が、塩とリポート９０１に適用される（図７７）。流体は計量キャピラリー９０２に運ばれ、計量キャピラリー９０２と毛管接合点９０４の間の毛管接合点で停止する（図７８および図７９）。ユーザがサンプルを装填し、計量キャピラリー９０２と流出キャピラリー９０３が無回転速度で充填された後、プラットフォームは、１００−５００ｒｐｍの範囲の第１の回転速度ｆ１で高速回転される。正確な値は、プラットフォーム上の構成要素の位置に依存する。
【０１５４】
計量キャピラリー９０２の端部より流出キャピラリー９０３の端部の回転の中心からの距離が大きいため、流体は、流出キャピラリー９０３を通るって流出チャンバー９０５に流れ込む（図８０）。プラットフォームは、計量キャピラリー９０２内に入れられている流体を除く、すべての過剰流体が注入口９０１から流出チャンバー９０５の中に排出されるまで高速回転される（図８１）。
【０１５５】
典型的には１００−１０００ｒｐｍの範囲にある、第１の回転速度ｆ１を上回る第２の回転速度ｆ２で、計量キャピラリー９０２の末端部にある毛管接合点９０４が乗り越えられ、計量キャピラリー９０２からのサンプルがインキュベーションチャンバー９１０を充填する（図８３および図８４）。サンプルの一部は、インキュベーションチャンバー９１０のサンプルの高さまでＵ字形キャピラリー９１４に運ばれる（図８４）。サンプルは、特殊結合種に特に結合するサンプル中の成分の最大飽和結合に十分な時間、インキュベートされる。
【０１５６】
典型的には１００−１５００ｒｐｍの範囲にある、第２の回転速度ｆ２を上回る第３の回転速度ｆ３で、毛管接合部９０８は乗り越えられ、リザーバー９１６からの洗浄緩衝剤が、キャピラリー９０９、キャピラリー９０６を通ってインキュベーションチャンバー９１０に流れ込む。洗浄緩衝剤流体の流れは、サンプルを、Ｕ字形キャピラリー９１４を通って廃棄物リザーバー９１５まで押し通す（図８５ら図８７Ｊ）。好ましくは、捨てバルブ９２２が解放され、洗浄緩衝剤流体の流れを可能にする。
【０１５７】
典型的には１００−２０００ｒｐｍの範囲にある、第３の回転速度ｆ３を上回る第４の回転速度ｆ４で、毛管接合点９１９は乗り越えられ、リザーバー９１７からの試薬緩衝剤が、キャピラリー９１８、キャピラリー９２０、毛管接合点９０８、キャピラリー９０６を通って廃棄物リザーバー５１５に流れ込む（図８４から図８６）。好ましくは、捨てバルブ９２２が解放され、試薬緩衝剤の流体の流れを可能にする。
【０１５８】
試薬緩衝剤は、インキュベーションチャンバー９１０内での特殊結合の検出のためにクロモゲンまたはその他の現像主薬を含む。
【０１５９】
２．抵抗加熱器および温度検出構成素子
温度制御素子は、プラットフォームの温度を制御するために備えられる。本発明は、加熱素子、特に抵抗加熱素子、およびプラットフォーム上の特殊位置での温度を検出するための素子を提供する。加熱装置は、好ましくは、ある特定の画定領域でプラットフォームの温度を制御するために並べられ、プラットフォーム上での加熱器からの距離に応じた急な温度勾配を有して提供される。
【０１６０】
（デュポン（Ｄｕｐｏｎｔ）から入手できる）市販されている抵抗インク一定の抵抗器は、正温度係数（ＰＴＣ）、つまり上昇する温度に伴う抵抗の増大を示す。合成樹脂基板にスクリーン印刷されているＰＴＣ抵抗体を横切って固定電圧を印加すると、急速な加熱が起こり、その後に回路設計ヒートシンクにより定められている上昇温度および周囲温度での自己調節が行われる。このようなスクリーン印刷されている抵抗体では、電源への接続は、図９０に図示されているように、まず並列銀導体を印刷してから、導体間にＰＴＣインクを印刷することによって行われる。
【０１６１】
図９０に図示されているように、抵抗加熱素子は、加熱器のきどうのために電気接点と接続されている導電性インク、および導電性インクとそれとの電気接点の間に適用される抵抗インクを具備し、そこでは、導電性インク間での電圧（直流または交流）の印加が、抵抗インクを通る電流の流れおよび熱の生成につながる。本発明の抵抗加熱素子で使用されている２つの重要な種類の抵抗インクがある。第１のが、デュポン７０８２やデュポン７１０２インクなどの標準重合体厚膜インクである。これらのインクは自己制御的ではない表面温度を生じさせ、これらのインクを使用した結果生じる温度はおもに印加される電圧の規模に依存している。対照的に、正温度係数（ＰＴＣ）インクは、電圧が上昇するに連れ抵抗の増加を示し、その結果、表面温度は、熱生成電流の量が、印加電圧が増加するにつれ減少するため、自己制御的である。ＰＴＣインクは、この自己制御的な特性が最初に示されるある特定の温度を有しているとして特徴つけられている。つまり、臨界温度を下回る温度を生じさせる電圧では、熱の量は、印加電圧の規模に依存している。
【０１６２】
本発明に従って有効な抵抗インクは、デュポン７０８２，７１０２．７２７１，７２７８、および７２８５、ならびにそれ以外の同等な市販されている重合体厚膜インクおよびＰＴＣインクを含む。
【０１６３】
本発明に従って有効な導電性インクは、デュポン５０２８，５０２５、アチェソン（Ａｃｈｅｓｏｎ）４２３ＳＳ，４２６ＳＳおよびＳＳ２４８９０、ならびにそれ以外の同等な市販されている導電性インクを含む。
【０１６４】
電気回路を絶縁するために役立つ誘電層の追加構成素子。誘電層は、有利なことに、デュポン５０１８Ａなどの誘電インクを含む。絶縁は、７９５２ＭＰ（３Ｍ社（３Ｍ Ｃｏ．）などの圧力感知伝達（ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｔｒａｎｓｆｅｒ）接着剤、または７９５３ＭＰ（３Ｍ社）などのポリエステルキャリヤ層に付着されている圧力感知伝達接着剤、あるいは３Ｍ４０６、５６０または６１５などの熱可塑性ボンディングフィルムを使用して達成することもできる。
【０１６５】
本発明の抵抗加熱器は、有利なことに、安定した温度で、後述されるように捨てバルブを溶解するために、および熱循環のためにも流体をインキュベートするために使用される。
【０１６６】
抵抗インクおよび導電性インクは、好ましくは、技術で周知である方法および技法を使用してスクリーン印刷される。１９９５年Ｇｉｌｌｅｏの重合体厚膜（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｔｈｉｃｋ Ｆｉｌｍ）（Ｖａｎ Ｎｏｓｔｒａｎｄ Ｒｅｉｎｈｏｌｄ）を参照すること。インクは、典型的には、約１０ミクロンの厚さにスクリーン印刷される。ただし、抵抗インクの反復スクリーン印刷は、抵抗が削減したさらに厚い層を付着するために使用することができる。導電性インクと抵抗インクの両方とも、典型的には約１１０℃と１２０℃の間で約１０分間熱硬化される。この印刷工程の概略は、図９１に示されている。重要なことには、層の各々が、抵抗加熱が提供されるためには、互いに正しく登録されなければならない。加熱器は、任意の必要とされているサイズまでスクリーン印刷することができる。スクリーン印刷加熱器の最小面積は、約０．２５ｍｍ２（０．５ｍｍｘ０．５ｍｍ）であると判断されている。
【０１６７】
インク製剤の選択、および加熱器回路の再印刷を使用して抵抗（ひいては温度プロファイル）を特別に作る能力は、本発明の抵抗加熱素子の最終的な電気特性および熱特性の制御を実現する。また、抵抗は、抵抗素子の直列および並列構成の接続により制御することもできる。例えば、図９２に図示されている特定の回路は、単位面積あたり多くの並列抵抗素子を可能にする。それ以外の構成も、その他の用途に選択することができる。
【０１６８】
３．捨てバルブ
本発明のミクロシステムプラットフォーム上の特定の場所で特に熱を発生させる能力は、熱を使用して解放または溶解することができる犠牲便の使用も可能にする。本発明の目的のため、“捨てバルブ”という用語は、ワックス、合成樹脂、およびミクロチャネル、キャピラリー、チャンバー、リザーバー、または本発明のプラットフォームのその他のミクロ流体工学構成要素で固形または半固形流体密の障害物を形成することができ、熱の適用により障害物を取り除くために溶解または変形することができるそれ以外の物質を包含することが意図されている。捨てバルブは、好ましくは、流体チャンネルから取り除くことができる代用可能な材料から作られている。好適な実施態様においては、前記捨てバルブはワックス弁であり、加熱によって、赤外線照明を含む多岐に渡る加熱手段のいずれかを使用することによって、および最も好ましくはここに説明されているようなプラットフォーム表面上の、またはその中に埋め込まれている抵抗加熱素子の活性化によって流体チャンネルから取り除かれる。本発明の目的のため、“ワックス”という用語は、任意の固形、半固形、または粘性の液状炭化水素、つまり合成樹脂を包含することが意図される。実施例は、イコサン、テトラコサン、ｏｃｔａｓｏｎｅなどの単分散炭化水素、およびパラフィンなどの多分散炭化水素を含む。ワックス捨てバルブを使用する際、ワックスの溶解温度より高い温度を適用すると、弁は溶解し、ミクロチャネル、キャピラリーまたは本発明のミクロシステムプラットフォームのその他の流体工学構成要素から閉塞が取り除かえる。特に、捨てバルブが本発明の回転しているミクロシステムプラットフォーム上で溶解されると、溶解ワックスは、ミクロチャネル、キャピラリー、または本発明のミクロシステムプラットフォームのその他の流体工学構成要素を通り、弁の元の場所から離れて流れる。
【０１６９】
しかしながら、１つの欠点は、ワックスが、それが元の弁の場所から離れ、付随して局所化されている熱源から離れて流れるにつれて再結晶する可能性である。再結晶は、ミクロチャネル、キャピラリー、または本発明のミクロシステムプラットフォームのその他の流体工学構成要素の、おそらく、および必ずや局所化されている熱源の場所以外の場所で再閉塞を生じさせ、したがってディスク上での流体の移動を妨げそうである。この問題の１つの解決策は、ワックス弁の位置から“下流”に配置される、本発明の犠牲ワックス弁内へのワックス再結晶チャンバーの包含である。好ましくは、ワックス再結晶チャンバーは、ワックス捨てバルブによって吸蔵されていた、ミクロチャネル、キャピラリー、または本発明のミクロシステムプラットフォームのその他の流体工学要素と流体接続している。典型的には、ワックス再結晶チャンバーとは、再結晶されたワックスが、ミクロチャネル、キャピラリーまたは本発明のミクロシステムプラットフォームのその他の流体工学構成要素上で硬化し、再結晶されたワックスがミクロチャネル、キャピラリーおよび本発明の害ミクロシステムプラットフォームのその他の流体工学構成要素を再吸蔵しない、側壁間に十分な距離をとるように、ミクロチャネル、キャピラリー、または本発明のミクロシステムプラットフォームのその他の流体工学構成要素を広げることである。好ましくは、加熱素子、最も好ましくは本発明の抵抗加熱素子は、ワックス弁を超えて伸び、ワックス再結晶チャンバーの少なくとも一部に重なり、それによってワックス弁が再結晶する傾向を遅らせる。
【０１７０】
また、ワックス弁が再結晶するこの傾向が、ミクロチャネル、キャピラリー、または本発明のミクロシステムプラットフォームのその他の流体工学構成要素内のある特定の場所でワックス弁を作成するために利用することができることも認識される。この実施態様においては、ある特定の場所は、その場所で熱を適用できないことによりスレッショルド温度を下回って位置することができ、ワックス弁材料は加熱によってプラットフォームの保管領域から移動性を持たされ、それから求心加速度を受けて、ワックス弁が希望されている特定の“冷たい”場所へ流れることができるようにされる。この点でのワックス弁の優位点とは、抵抗加熱器素子の起動を適切に位置つけることによって、ある特定のミクロチャネル、キャピラリー、または本発明のミクロシステムプラットフォームのその他の流体工学構成要素が、ワックス捨てバルブによっていつ閉塞されなければならないのか、および閉塞されなければならないかどうかを選択する上での柔軟性が与えられる。
【０１７１】
特に好適な実施態様においては、本発明の捨てバルブは、熱の回復、最も好ましくは架橋され、プレストレスがかけられている半晶質の重合体を示す架橋重合体を備える。市販されているこのような重合体の実施態様の実施例は、熱回復可能管材料である（＃ＦＰ３０１Ｈ、３Ｍ社、ミネソタ州、ミネアポリス）。これらの材料を、“溶解”温度（Ｔｍ）を下回る温度で使用すると、重合体は、ミクロチャネル、キャピラリー、または本発明のミクロシステムプラットフォームのその他の流体工学構成要素を閉塞する。ただし、Ｔｍを上回る温度では、重合体は、収縮によりそのプレストレスが与えられている寸法に戻る。このような収縮は、ミクロチャネル、キャピラリー、または本発明のミクロシステムプラットフォームのその他の流体工学構成要素からの閉塞の解放により達成される。このような実施態様は、重合体が、もとの場所にとどまり、再結晶しないか、あるいはそれ以外の場合、ミクロチャネル、キャピラリーまたは本発明のミクロシステムプラットフォームのその他の流体工学構成要素を再閉塞しないため、特に好適な。また、このような実施態様は、ワックス弁が必要とする本発明のプラットフォームを作成する上でのより広範囲な操作を必要としない。
【０１７２】
別の実施態様においては、本発明の捨てバルブは、十分な温度および／または圧力がかけられると破裂する可能性がある、２つの液体を含んでいるミクロチャネル、キャピラリー、または本発明のミクロシステムプラットフォームのその他の流体工学構成要素を分割する薄い重合体層または障壁を備える。
【０１７３】
スクリーン印刷されている抵抗加熱器素子がそれ自体便である、本発明の捨てバルブの別の実施態様が提供される。この実施態様においては、抵抗加熱器素子は、２つの液体を含んでいるミクロチャネル、キャピラリー、または本発明のミクロシステムプラットフォームのその他の流体工学構成要素を分割する、ポリエステルなどの基板上にスクリーン印刷される。これらの実施態様においては、抵抗加熱素子を使用して熱を局所的に適用することが、液体を含んでいるミクロチャネル、キャピラリー、または本発明のミクロシステムプラットフォームのその他の流体工学構成要素を分割している基板を溶解するために使用される。好ましくは、この実施態様においては、２つの液体を含んでいるミクロチャネル、キャピラリー、または本発明のミクロシステムプラットフォームのその他の流体工学構成要素は、プラットフォームの垂直厚さを通して隣接する層内に配置される。
【０１７４】
前述されたように、本発明のスクリーン印刷されている抵抗加熱器素子は、ミクロシステムプラットフォームに対する熱の局所的な適用を実現する。これらの抵抗加熱素子を使用して達成される局所化の度合いは、０．１５ｃｍという距離により分離されている２つの隣接する捨てバルブの配置に備えるのに十分である。
【０１７５】
４．スリップリングローターを通る電気回路
本発明は、軸を通って回転構造物に電気結線するために特化したローター軸も提供する。本発明の特化した軸構造物の実施例を図１に示す。この軸は、各リングが互いに電気的に隔離されている一連の電導リングとともに提供される。各電導リングは、回転構造物上に定置された回路に突き当たる接触子に導かれる。電力またはデータシグナルは、電導リングに接触している電導ブラシによって、装置の内外に輸送される。シグナルは、この装置が回転している間、または静止している時に伝導されうる。
【０１７６】
遠心ローター、および内部に電気チャンネルと貯蔵器をもつ本発明のマイクロシステムプラットホームなどの回転構造物を用いて、液体の運動を調節する。このようなディスクとローターは、遠心式解析装置として、当技術分野では既知であり、化学的および生化学的な分子種を分離するために、また、化学物質または生化学物質の合成を可能にするために用いられている。
【０１７７】
しかし、従来の遠心式解析装置の限界は、回転構造物そのものへの電気的入力を必要とする解析または合成法を行なうことができなかったことである。その代わり、機械的または非機械的な方法を用いて、遠心ローターおよび他の向心運動装置における液体運動を制御する。機械的な方法には、バルブの作動、および回転の中心に向かって液体をポンプで送りだすなどがあり、非機械的な方法には、加熱、冷却、電気泳動、および光学的、電気的、化学的、および生物学的な手段と組み合わせることによる検出などがある。先行技術において知られている機械的および非機械的な方法は、電力を用いた同等の非回転装置と比較すると、液体の運動を正確に制御することができなかった。
【０１７８】
回転構造物によって、液体運動の正確な制御が可能になる。従来の遠心による液体の調節は、液体の配置（容量、その位置の半径、および液体の高さなど）、チャンネルの結合構造（チャンネルの半径を考慮することなど）、および回転速度によって主に調節される、放射状の外側への流れに限られる。
【０１７９】
例えば、遠心装置部分を冷却して、ローター全体に対する温度調節を行なう。しかし、多くの化学的および生物学的な方法では、最適な効率を得るために、正確に高い温度に調節する必要がある。つまり、例えば、免疫アッセイ法で用いられるような酵素反応は、しばしば、約３７℃が最適な温度である。インビトロの増幅反応（例えば、ポリメラーゼ連鎖反応）では、７０℃から９５℃の間で周期的に変化させるなど、より高い温度が必要となる。
【０１８０】
回転構造物は、温度調節、特に加熱に関して、独特の困難さを示す。従来の選択肢としては、遠心ローターを加熱器の中に置くこと、赤外線を照射すること、および、温度調節プラットホームの間に装置をクランプで挟むことなどがある。これらの方法は、それぞれに問題がある。加熱器には予測できないような温度勾配があるため、回転構造物の内部を厳密に温度調節することができない。赤外線にも同様の問題があるが、クランプ法は、装置全体も回転するのでないかぎり、加熱中に回転させることを最初から考慮していない。これらの方法はすべて、回転構造物の中の温度を直接に測定できないという問題をもっている。これらの理由とその他の理由によって、向心運動による分離を、単一の遠心ローター内での解析処理とを完全にまとめて行なうことができない。すなわち、典型的には、先行技術では、分離と分析が別々に行われる。
【０１８１】
本発明は、特に、遠心ローターまたは本発明のマイクロシステムプラットホームのような回転構造物と、固定された位置にある電源との間において電気的シグナルの伝達を可能にすることによって、この問題に対する解決を提供する。回転ローター上で適宜調節できるような電気的装置には、温度制御装置、センサー、電気泳動装置、集積回路、および機械的なバルブなどがある。また、これらの構造物は、現行の技術で可能な化学処理よりも広い範囲の化学処理をディスク上で行なうことを可能にする。
【０１８２】
本発明は、以下のようにして、回転する遠心ローターと定置された電源との間に電気的シグナルが伝達されるように特化したローター軸を提供する。軸の構造は、図１を参照すれば、もっともよく理解できる。電気を伝導しないプレートの中に、複数の伝導性のある端子を埋め込む。非電導プレートは、もっとも好ましくは、硬化プラスチック、ゴム、および、電気を絶縁体および非電導体など、絶縁性の電気を通さない物質からできている。電導端子は、銅、アルミニウムなど、電気を伝導する金属からできていて、好ましくは、ばねを利用して非電導プレートの底から出てくる。機械的な軸は、非電導プレートの電導端子をもつ面とは反対側の面に置かれている。このプレートを軸皿と呼ぶことにする。電導端子の数と同数の電導性ディスクを軸皿の上に重ねる。この電導性プレートの電気的接触子は、各電導プレートが１個の電導端子だけと電気的に接触するように配置されている。本発明の目的にとって、“電気的に接触して”という語は、既に説明したような遠心装置において効果的に生じさせることのできる電圧（直流または交流）で、電気的な接触子を通して生み出すことのできる電流を意味するための用語である。各電導ディスクは、好ましくは、非電導プレートを作るのに用いられた非電導物質と同じ非電導物質のシートまたはディスクを散在させて、互いに隔離する。軸皿からもっとも離れた位置にある最後部のプレートは非電導層で、電導端子の先端がこのプレートの表面に出ているか、またはプレートから現れるように構成されている。底板、端子、スタックの中の各電導素子からなる集合ユニットを単一のチャンネルと呼ぶことにする。典型的には、１つのチャンネルを、共通または基礎のチャンネルとして残しておく。
【０１８３】
接触スタックは、一連の電導性ブラシが、接触スタックの各電導性ディスクに接触できるようにしているシャーシの中に保持されている。これらのブラシは、電気シグナルが一つのブラシから伝達されて、他のブラシから伝導された電気シグナルとは別個に、接触プレート上に１回接触するように配置されている。軸は、接触スタックが自由に回転でき、下から押されると抵抗圧が生じるように、ばね上げするベアリングの集合の中に保持されている。この集合ユニットを電子軸（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｓｐｉｎｄｌｅ）と呼ぶことにする。
【０１８４】
本発明の電気ローターの使用において、電気接触子をもつ、本発明の遠心ローターまたはマイクロシステムプラットホームディスクは、ローター上の電気接触子が、電子軸の接触プレート上の電導端子と電気的に接触するような形式に、電子軸の接触プレート上の接触子とともに並べられている。電気シグナルは、もっとも重要なことは、ローターが回転しているときに、電子軸を用いて、電子軸のブラシからディスク上の接触子に伝達される。接触プレートとローターの間の接触は、ばね上げするベアリングの集合と電導端子によって生じる正方向の圧力によって維持される。そして、電子ローターを通るシグナルによって、ディスク上に定置された電気的装置を監視したり、調節したりすることができる。好適な実施形態において、ローターと軸は、軸上の電導端子とローター上の接触子とを確実に正しく接触させるために、軸上のローターを正確な位置に配置する補完的な機械部品をもつ。
【０１８５】
好適な実施形態において、回転ディスク上に定置した温度調節用構造物は、電子軸によって調節することが可能である。本明細書で説明されているローターの中に設けられた抵抗性のある発熱体は、電気的接触導線が、一つのシグナルチャンネルを、電子軸の共通チャンネルに電気的に接触させるような位置になるように作られている。本明細書に記載されているサミスター体は、ディスク上の抵抗性発熱体に近接して配置し、サミスターが、抵抗性発熱体の温度に比例して反応できるようにする。発熱体の温度は、電子ローターを通してディスクにかかる電圧と電流、およびディスクが回転する速度（対流式冷却を促進する）の関数である。サミスター反応、および本発明の電子軸を用いた、加熱電圧とディスク速度を調節することによって、温度プロファイルを正確に監視することができる。
【０１８６】
別の好適な実施形態において、電子軸を用いて温度調節することによって、回転ディスク上でポリメラーゼ連鎖反応（“ＰＣＲ”）を行なうことができる。この実施形態において、反応混合液（Ｓａｉｋｉら、１９８５、Ｓｃｉｅｎｃｅ，＿： ＿−＿）を提供するためのＰＣＲに必要な試薬とともに、回転ディスク上の反応用チャンバーが具備されている。この反応用チャンバーは、本明細書に記載されている加熱装置とサミスターに近接したところにあり、サミスターからの出力が、反応混合液の温度に比例することができるようになっている。反応用チャンバーで、鋳型の増幅が十分に可能な反復温度プロファイルを行なう。温度を変化させることのできる速度と正確さが、ＰＣＲ増幅がうまくいくかを決定する要素であるため、本発明の電子軸を用いて可能となる電圧と回転速度の調節を行なうことによって、回転プラットホームの上でＰＣＲが可能になる。
【０１８７】
さらに別の実施形態において、本発明の電子軸を用いた温度調節によって回転プラットホーム上で、酵素を必要とする別のアッセイ法（酵素結合免疫測定法（”ＥＬＩＳＡ”）など）を行なって最適化することができる。当業者によって行われているところでは、ＥＬＩＳＡ法は、抗体／抗原を相互作用させてから、発色性または放射活性のある基質を検出可能な産物に変換させる。検出は、検出産物の性質に応じて、電気化学的な方法、または光学的な方法によって行われる。抗体／抗原反応にも、酵素反応にも、上記のように電子軸を用いた抵抗性発熱体／サミスター対を用いて、回転プラットホーム上で実現することのできる最適な温度（典型的には３７℃）がある。
【０１８８】
先行技術において既知の電気機械的バルブを、本発明の電子軸を用いた、遠心ローターの回転プラットホームに組み込むこともできる。回転ディスク上の機械的、電解質の、または温度調節用のバルブについては説明されている（例えば、共有および同時係属中の米国特許出願第０８／７６１，０６３号）。このようなバルブを適当に活用することによって、回転プラットホーム上で、複雑な混合物の分画を行なうことができる。好適な実施形態において、ミルクや血液などの複雑な生物学的混合物に、成分の分離をもたらすように遠心力をかけることができる。電気機械的、電解質の、または温度調節用のバルブは、例えば、沈降した層から分画した上清を取り出して、隣接するチャンバーに移すために開くことができる。分画された各部分を別々の貯蔵容器、またはローター上の別の区画に分割するために用いられるバルブを適切に活性化しながら、異なる回転速度で沈降を繰り返すことによって、サンプルの分画を行なうことができる。分画したところで、さらに、成分に、ＰＣＲ、免疫アッセイ法、または電気泳動などの別の処理を行なうことも可能である。
【０１８９】
本発明の電子軸の別の応用法は、回転プラットホーム上のセンサーを活性化することである。好適な実施形態において、ｐＨを検出するためのセンサーは、電子軸によって調節および監視される。
【０１９０】
以下の実施例は、本明細書特定の好適な実施形態をさらに具体的に説明するためのものであり、制限的な性質をもつものではない。
【０１９１】
（実施例１）
抗体測定用ディスク
本発明で提供されており、また、抗体アッセイ法を行なうために特別に設計されたマイクロシステムプラットホームが、図１と２に図示されている。本発明のプラットホームのディスクの実施形態は、機械加工したアクリルと射出成形したポリカーボネートから作られている。ディスク全体の大きさは、外径約６ｃｍ、および内径約０．７５ｃｍで、このディスクを回転装置の軸の上に載せた。ディスクの厚さは、約０．９ｍｍから約１．５ｍｍまでである。
【０１９２】
抗体配列の部品は、次のとおりである。プラットホームの表面から約０．７５ｍｍの深さをもち、側面の寸法が約０．２ｃｍから約２ｃｍである注入口２０１をプラットホーム上に構築し、約６０μＬの容量が入るように設計した。この注入口は、正方形の横断面の対角線の長さが約０．５ｍｍで、注入口２０１側の末端付近が円くなっている、８本の測定用キャピラリー２０２の配列と液体によって接続した。また、この測定用ャピラリー配列の長さは、全部で約２０μＬの容量が充分に入るようになっていた。また、この注入口は、横断面の直径が約０．０２ｍｍから約０．７５ｍｍで、注入口２０１側の末端付近が円くなっている流出キャピラリー２０３とも液体によってつながるように構築した。流出キャピラリーは、プラットホームの表面から約０．７５ｍｍの深さで、流出キャピラリー２０３の深さよりも深くなっている流出チャンバー２０５と、液体によってつないだ。測定用キャピラリー２０２は、プラットホームの表面から約０．６３ｍｍの深さで、測定用キャピラリー２０２の深さよりも深くなっている液体チャンバー２０４と、液体によってつないだ。流出チャンバーと液体チャンバーのそれぞれは、２１１のように、約０．２５ｍｍの深さという寸法をもち、プラットホーム上の液体運動によって排出される空気を換気する通気口または通気路ともつながっていた。約０．７５ｍｍの深さのキャピラリー接合部２１２が、通気路中にあり、液体が通気路に入るのを防止している。
【０１９３】
注入口２０１は、回転中心から約２ｃｍ離れたプラットホーム上に配置した。測定用キャピラリー２０２は、注入口２０１から約１ｃｍのところまで延びていた。流出キャピラリー２０３の長さの限度は、測定用キャピラリー２０２の長さの限度よりも、少なくとも２０％は長い。液体チャンバー２０４の位置は、回転中心から約３．２ｃｍ離れていて、このため、流出チャンバー２０５の位置は、回転軸から約５ｃｍ離れていた。
【０１９４】
流体チャンバー２０４は、注入口２０１から流出キャピラリー２０３を通って流出チャンバー２０５に流れ込むオーバーフローを含む液流を生じさせるのに充分な、０でない最初の回転速度ｆ１のときに、測定用キャピラリー２０２からの液流を防ぐキャピラリー関門として作用した。このキャピラリーの境界は、２回目の回転速度ｆ２（ｆ２＞ｆ１）のときには克服されるように構築されていた。液体チャンバー２０４は、約０．２５ｍｍの深さで、約０．５ｍｍの直径をもっていて、保持チャンバー２０７と接続していた。保持チャンバー２０７は、プラットホームの表面から約０．７５ｍｍの深さで、キャピラリー２０６の深さよりも深くなっていた。液体チャンバー２０４が一杯になると同時に、キャピラリー２０６を通て保持チャンバー２０７に流れ込む液流が生じる。保持チャンバー２０７は、正方形の横断面の対角線の長さが約０．５ｍｍで、読み取りチャンバーとつながっているキャピラリー２０８によって液体出つながっており、また、プラットホームの表面から約０．７５ｍｍの深さで、キャピラリー２０８の深さよりも深くなっている読み取りチャンバー２１０ともつながっていた。一定の実施形態において、捨てバルブ２１３をチャンネル２０９に示すように置いた。
【０１９５】
図から３から図１２に図示したように、このプラットホームを使用するときには、不正確な容量（液量２０−６０μＬの範囲）の液体を注入口２０１に入れる（図３）。空気置換用路を含むプラットホームの実施形態において、通気路２１１に運び込まれた液体は、接合部２１２で止まった。液体は、測定用キャピラリー２０２と流出キャピラリー２０３にも運び込まれた。回転速度が０のときには、液体は、測定用キャピラリー２０２と流出キャピラリー２０３を通って流れ、測定用キャピラリー２０２と液体チャンバー２０４の間の接合部、および流出キャピラリー２０３と流出チャンバー２０５の間の接合部にあるキャピラリー接合部に到達した（図４と５）。測定用キャピラリー２０２は、注入口２０１と液体チャンバー２０４のキャピラリー接合部との間にある約２０−６０μＬの液体から、正確な容量が明らかになるように構築されていて、少なくとも、使用者によって注入口２０１に入れられた液量になるように設計された。
【０１９６】
使用者がサンプルを入れて、回転速度０の状態で測定用キャピラリー２０２と流出キャピラリー２０３を一杯にした後、１７５ｒｐｍ以上の回転初速度ｆ１で回転させた。この速度は、０．６ｍｍの深さの注入口２０１、断面が０．５ｍｍ×０．５ｍｍの大きさで、回転中心から２．２−３．８ｃｍの長さの測定用キャピラリー２０２、および、断面が０．５ｍｍ×０．５ｍｍの大きさで、中心から５．４ｃｍの長さの流出キャピラリー２０３をもつ、この微量液流装置にとって充分な速さであった。
【０１９７】
回転中心から流出キャピラリー２０３の末端までの距離の方が、測定用キャピラリー２０２の末端までの距離よりも長いため、液体は、流出キャピラリー２０３を通って流出チャンバー２０５まで流れていった。測定用キャピラリー２０２に入った液体以外の余分な液体が注入口２０から流出チャンバー２０５に出てゆくまで、プラットホームを回転させた（図６）。
【０１９８】
３６０ｒｐｍという２回目の回転速度ｆ２で、測定用キャピラリー２０２に含まれる正確な容量の液体が、液体チャンバー２０４に運ばれた（図７と１０）。液体チャンバー２０４の中に液体が動くことによって、キャピラリー２０６と保持チャンバー２０７が一杯になった。
【０１９９】
図２に示す２０９の位置でキャピラリー２０８と直線に並んだ捨てバルブ２１３を含む実施形態において、捨てバルブを開放すると、読み取りチャンバー２１０への液体の流れが生じる。この実施形態において、捨てバルブを取り除くと、回転速度ｆ２で、液流が生じた。本明細書で説明する抗生物質を並べたものを含み、２０９の位置に捨てバルブを含まない本発明のプラットホームにおいては、キャピラリー２０８は、好ましくは、キャピラリー２０８と読み取りチャンバー２１０が結合するところにあるキャピラリー接合部２０９に液体が到達するまで、保持チャンバー２０７が一杯になるにつれて一杯になった。このような実施形態においては、キャピラリー接合部は、深さ約０．７５ｍｍであった。約５２０ｒｐｍという３回目の回転速度ｆ３では、保持チャンバー２０７に入っていた液体が、読み取りチャンバー２１０の中に運ばれた（図１１と図１２）。
【０２００】
本発明の微量液流プラットホームのこの実施形態は、ベータ−ラクタム系の抗生物質を検出するための上記のカルボキシペプチダーゼ阻害アッセイ法を使用するために設計されたものである。発色体産生の程度を読み取りチャンバーで検出し、抗生物質を入れないで調べたサンプルと比較することによって、サンプル中の抗生物質の存在量と関連させた。試験サンプル中の抗生物質の量は、本発明のプラットホームを用いて測定した。
【０２０１】
（実施例２）
二段階測定ディスク：代替的実施形態
代替的態において、本発明の二段階測定ディスクを１３および図１４に示したように提供した。本発明のプラットホームディスクの実施形態は、機械加工したアクリルから作製した。ディスク全体の大きさは、外径約６ｃｍ、および内径約０．７５ｃｍで、このディスクを回転装置の軸の上に載せた。ディスクの厚さは、約０．９ｍｍから約１．５ｍｍまでであった。薬品との反応に用いられる液量は約２０μＬであった。
【０２０２】
この二段階測定法の構成部分は、次のように準備された。プラットホームの表面から約０．７５ｍｍの深さをもち、側面の寸法が約０．２ｃｍから約２ｃｍの注入口３０１をプラットホーム上に構築し、約６０μＬの容量が入るように設計した。この注入口は、正方形の横断面の対角線の長さが約０．５ｍｍ、深さが０．５ｍｍで、注入口３０１側の末端付近が円くなっている複数の注入キャピラリー３０２と液体によって接続されていた。また、この注入キャピラリー配列の長さは、全部で約２０μＬの容量が充分に入るようになっていた。注入キャピラリー３０２は、プラットホームの表面から約０．６ｍｍの深さで、注入キャピラリー３０２の深さよりも深くなっている液体チャンバー３０３と液体によってつながれていた。本発明のこの局面の液体チャンバーは、それぞれ、３１１のように、プラットホーム上の液体運動によって排出される空気を換気できる通気口および通気路ともつながっていた。約０．７５ｍｍの深さのキャピラリー接合部３１２が通気路中にあり、液体が通気路に入るのを防止している。
【０２０３】
液体チャンバー３０３は、横断面の直径が約０．０２ｍｍから約０．７５ｍｍで、液体チャンバー３０４側の末端付近が円くなっている流出キャピラリー３０４とも液体によってつながるように構築されていた。流出キャピラリーは、プラットホームの表面から約０．７５ｍｍの深さで、流出キャピラリー３０４の深さよりも深くなっている流出チャンバー３０６と、液体によってつながれていた。
【０２０４】
注入口３０１は、プラットホーム上の回転中心から約１ｃｍ離れたところに配置した。注入キャピラリー３０２は、注入口３０１から約２ｃｍのところまで延びていた。第１液体チャンバー３０３の位置は、回転中心から約３ｃｍのところにあった。
【０２０５】
第１流体チャンバー３０３は、回転速度０のときに注入キャピラリー３０２から液体が流れ込むのを防ぐキャピラリー関門として作用した。液体が、注入口３０１から注入キャピラリー３０２を通って、第１液体チャンバー３０３の中に入る動きは、初回の０でない回転速度ｆ１で完成した。第１液体チャンバー３０３の中に液体が排出されると、同時に、第１液体チャンバー３０３と液体によってつながっていて、中心からの距離が第１液体チャンバーからもっとも遠いところにあるチャンネル３０５を液体で一杯になった。チャンネル３０５は、第２チャンバー３０７と液体によってつながっており、チャンネル３０５とチャンバー３０７の間にキャピラリー境界を作っていた。このキャピラリー境界は、２回目の回転速度ｆ２（ｆ２＞ｆ１）のときには打ち破られるように構築されていた。第１液体チャンバー３０３は、約０．２５ｍｍの深さと断面が約０．５ｍｍの直径をもった、約１ｃｍから５ｃｍの長さで、流出チャンバー３０６に接続している流出キャピラリー３０４に、液体によってつながっていた。流出チャンバー３０６は、表面からの深さが流出キャピラリー３０４の深さと同じあるため、流出キャピラリー３０４と流出チャンバー３０６の間には境界は存在しなかった。流出キャピラリー３０４は、注入口３０１からの距離がチャンネル３０５ほどは離れていない位置にある第１液体チャンバー３０３の中に配置されていて、それによって、流出キャピラリー３０４の位置とそこからもっとも離れた該第１液体チャンバーの位置との間で、第１液体チャンバー内の容量が明確になる。
【０２０６】
第２液体チャンバー３０７は、さらに、チャンネル３０８によって、小さなポケット、すなわちキャピラリー接合部３０９と、液体によって接続されていた。チャンネル３０８は、約０．２５ｍｍの断面の直径をもち、約０．２ｃｍから２０ｃｍの長さであり、プラットホームの表面から約０．７５ｍｍの深さで、キャピラリー３０８の深さよりも深くなっている第３液体チャンバ３１０に、液体によってつながっていた。約０．２５ｍｍの深さをもつ空気再循環チャンネル３１１は、液体の動きによって排出される空気のチャンネルを提供し、一方、約０．７５ｍｍの深さのキャピラリー接合部３１２は、液体が通気路に侵入するのを防いでいた。装置のいくつかの実施形態において、捨てバルブ３１３が、図１４に示すように、チャンネル３０９に置かれていた。一定の実施形態において、バルブ３１４が、チャンネル３０５の中に置かれて、第１液体チャンバー３０３から第２液体チャンバー３０７に液体が移動するのを調節していた。
【０２０７】
図１５から図２５に図示したように、このプラットホームを使用するときには、不正確な容量（液量１−１５０μＬの範囲）の液体を注入口３０１に入れた（図１５）。流体は、注入キャピラリー３０２の中に流れ込み、注入キャピラリー３０２と第１液体チャンバー３０３の間にある接合部で止まった（図１６と図１７）。４０ｒｐｍという初回の回転速度ｆ１では、液体は、注入キャピラリーＢを通って、第１液体チャンバー３０３の中に流れ込んだ（図１８と図１９）。この液体は、さらに、キャピラリーチャンネル３０５に入り、第２液体チャンバー３０７とのキャピラリー接合部で止まった。回転し続けると、液体は、第１液体チャンバー３０３を満たし続け、流出チャンバー３０４が一杯になり（図２０）、第１液体チャンバー３０３の液体の高さが流出キャピラリー３０４の位置よりも低くなるまで、過剰な液体が流出チャンバー３０６に流入した（図２１）。
【０２０８】
２８０ｒｐｍという２回目の回転速度ｆ２では、チャンネル３０５と第２液体チャンバー３０７の間のキャピラリー接合部が打ち破られて、第１チャンバー３０３に残っていた液体が、第２液体チャンバー３０７に流れ込んだ（図２２と図２３）。
【０２０９】
代替的な実施形態において、捨てバルブ３１４が、チャンネル３０５と第２液体チャンバー３０８の接合部に置かれていて、ある実施形態において、捨てバルブ３１４が、チャンネル３０５の中に置かれて、捨てバルブを開放すると、液体はチャンネルを流れて、第２液体チャンバー３０８の中へ流れ込んだ。このような実施形態において、回転速度ｆ１またはｆ２で液流を起こすことができる。
【０２１０】
図１４に示す３０９の位置でキャピラリー３０８と直線に並んだ捨てバルブ２１３を含む実施形態において、捨てバルブを開放すると、第３液体チャンバー３１０への液体の流れが生じる。この実施形態において、捨てバルブを取り除くと、回転速度ｆ２で液流が起こった。
【０２１１】
本明細書に記載された二段階測定用配列を含み、３１０の位置に捨てバルブを含まない本発明のプラットホームの実施形態においては、キャピラリー３０９は、第２チャンバー３０８が一杯になるにつれて一杯になり、液体は、キャピラリー３０８と第３液体チャンバー３１０の間の接合部にあるキャピラリー接合部３０９にまで到達したが、このような実施形態においては、キャピラリー接合部の深さは約０．７５ｍｍであった。約＿ｒｐｍという３回目の回転速度ｆ３では、第２チャンバー３０８に入っていた液体は、第３液体チャンバー３１０の中に運び込まれた（図２２から図２５）。
【０２１２】
（実施例３）
血液分離アレイ
本発明によって提供され、哺乳動物の血液細胞と成分を分離するために特別に設計されたマイクロシステムプラットホームを図２６から図３５に図示する。
【０２１３】
血液分離アレイの構成を図２７で詳細に示す。図２６と図２７を比較すれば、曲線で描かれた、プラットホーム１１の中心が、図２７の上になり、プラットホームの縁または側面が図２７の下になることが解る。本発明のプラットホームディスク上の血液分離アレイは、一定の特定の方向に回転させることが好ましいが、どちらの方向に回転させてもよい。本発明のプラットホームのディスク実施形態は、機械加工したアクリルから作られていた。ディスク全体の大きさは、外径約６ｃｍ、および内径約０．７５ｃｍで、このディスクは、回転装置の軸の上に載せられている。ディスクの厚さは、約０．９ｍｍから約１．５ｍｍまでであった。薬品との反応に用いられる液量は約１５μＬであった。
【０２１４】
血液分離アレイの構成部分は、次のとおりである。プラットホームの表面から約０．５ｍｍの深さをもち、側面の寸法が約０．５ｃｍの注入口４０１をプラットホーム上に構築し、約２０μＬの容量が入るように設計した。この注入口は、断面の直径が約０．５ｍｍで、０．５ｍｍの深さをもつ注入キャピラリーと液体によってつながっていたが、この注入キャピラリーの長さは、全部で約２０μＬの容量が充分に入る長さであった。注入キャピラリー４０２は、断片の直径が約１．２５ｍｍ、深さが約０．７５ｍｍ、および全部で約１５μＬの容量を入れるのに充分な長さをもつ分離カラム４０３と、液体によってつながっていた。この分離カラムは、また、通路４１１により、流出チャンバー４０４と、液体によってつながっていた。通路４１１は、断面の直径が約１ｍｍで、深さが約０．５ｍｍ以上、および長さが２ｍｍであった。流出チャンバー４０４は、深さが約０．５ｍｍである。
【０２１５】
小さなキャピラリー出口４０６も、分離チャンバー４０３に液体によって接続しており、断面の直径が約０．１２５ｍｍ、深さが約０．１２５ｍｍ、および長さが０．７５ｍｍであった。このキャピラリーは、分離カラム４０３への挿入点よりも回転軸に近いところで、半径の方向を横切るように配置されていた。この小さなキャピラリー４０６は、チャンバー４０５から液体を移動させるために半径の方向に延びているキャピラリー４０８に、液体によって接続しているキャピラリー接合部位４０７のところで終わっていた。捨てバルブ４１３が、キャピラリー接合部４０７とのつなぎ目のキャピラリー４０６のところに置かれている。キャピラリー４０８は、断面の直径が約０．２５ｍｍ、深さが約０．２５ｍｍ、および長さが３．５ｍｍであった。このキャピラリーは、キャピラリー接合部４０７とデカントチャンバー４０５の間を半径の外側方向に配置されていた。通路４１１は、分離カラム４０３上にあり、小キャピラリー４０６の挿入点よりも、かなり回転軸に近い位置になるように置かれていた。
【０２１６】
約０．２５ｍｍの深さの排気チャンネル４０９によって、プラットホーム上の液体運動によって排出される空気が換気できるようになっていた。約０．７５ｍｍの深さのキャピラリー接合部４１０が通気路中にあり、液体が通気路に入るのを防止していた。
【０２１７】
図２８から図３５に図示したように、このプラットホームを使用するときには、不正確な容量（約２５μＬ）の血液を注入口４０１に入れた（図２８）。血液は、毛細作用によって、注入キャピラリー４０２の中に流れ込み、注入キャピラリー４０２と分離カラム４０３の間にあるキャピラリー接合部で止まった（図２９と図３０）。
【０２１８】
１５０ｒｐｍという初回の回転速度ｆ１で、血液が、注入キャピラリー４０２から分離カラム４０３の中に流れ込んだ（図３１）。血液は、通路４１１の位置に血液が到達するまで分離カラム４０３を満たし続けるが、そこに到達したら、過剰な血液は通路４１１を通って、流出チャンバー４０４に流れ込んだ（図３２と図３３）。都合の良いことに、小通路４０６は、血液が、分離カラムの小通路４０３への挿入点を通過するときに、チャンネルに入り込まないような大きさになっていた。
【０２１９】
図３３に示すように、最初の０でない回転速度ｆ１で充分な時間回転させた後、余分な血液は、流出チャンバー４０４の中に流れ込み、分離カラム４０３は、通路４１１の位置まで血液で一杯になった。１３００ｒｐｍという２回目の回転速度ｆ２では、血液成分が、赤血球細胞、白血球細胞（すなわち、“軟膜”）、および血漿画分に分離された（図３４）。小キャピラリー４０６が好都合な寸法になっているため、血漿画分の液流が、キャピラリー接合部４０７で止まっているキャピラリー４０６を通ることができた。デカントチャンバー４０５に流れ込む血漿の液流は、約１４２０ｒｐｍという３回目の回転速度ｆ３で回転させることによって、キャピラリー関門を打破した液流によって生じた（図３５）。
【０２２０】
（実施例４）
血液分離アレイ：代替的実施形態
代替的実施形態において、本発明の血液分離ディスクは、図３６および図３７に示すように提供される。実施例１と同じように、図３６では、ディスク１１上の一つの血液分離アレイ１５を示しているが、このようなアレイを複数、マイクロシステムプラットホームの上に、より好ましくは、複数の使用または複数のアッセイ用のプラットホームを提供するための本発明のディスクの上に適宜配置することができると解すべきである。本発明のプラットホームのディスクの実施形態は、機械加工したアクリルから作られていた。ディスク全体の大きさは、外径約６ｃｍ、および内径約０．７５ｃｍで、このディスクを、回転装置の軸の上に載せる。ディスクの厚さは、約０．９ｍｍから約１．５ｍｍまでであった。薬品との反応に用いられる液量は約２５μＬであった。
【０２２１】
血液分離アレイの構成部分は、次のとおりである。プラットホームの表面から約０．７５ｍｍの深さをもち、側面の寸法が約０．５ｃｍの注入口５０１をプラットホーム上に構築し、約２０μＬの容量が入るように設計した。この注入口は、第１測定用キャピラリー５０２の列、および第２測定用キャピラリー５０３の列と、液体によってつながっていた。これらの各キャピラリーの断面の直径は約０．５ｍｍである。測定用キャピラリー５０３の長さは、第１測定用キャピラリー５０２の長さよりも長くなっている。第１測定用キャピラリーアレイ５０２は、プラットホームの表面から約０．７５ｍｍの深さで、アレイとバラストチャンバーの間でキャピラリー接合部を形成している第１測定用キャピラリーアレイ５０２の深さよりも深いバラストチャンバー５０７に、液体によってつながっている。第２キャピラリーアレイ５０３は、キャピラリー接合部５０６と、流体結合している。
【０２２２】
注入口は、また、約０．５ｍｍの直径をもち、注入口５０１側の末端付近が円くなっている流出キャピラリー５０４と液体によってつながるように構築されている。流出キャピラリーは、プラットホームの表面から約０．７５ｍｍの深さで、流出キャピラリー５０４の深さよりも深い流出チャンバー５０５と液体によってつながっている。流出チャンバーと液体チャンバーのそれぞれは、５１６のように、プラットホーム上の液体の動きによって排出される空気を換気させる通気口または通気路ともつながっている。約０．７５ｍｍの深さのキャピラリー接合部５１６が通気路中にあって、液体が通気路に入るのを防止している。
【０２２３】
注入口５０１は、回転中心から約１ｃｍから２０ｃｍのプラットホーム上に配置した。測定用キャピラリーアレイ５０２は、注入口５０１から約０．６ｃｍのところまで延びていた。測定用キャピラリーアレイ５０３は、注入口５０１から約１．９ｃｍのところまで延びていた。測定用キャピラリーアレイ５０３の長さの限度は、測定用キャピラリー５０２よりも約２０％長く、流出キャピラリー５０４の長さの限度は、第１測定用キャピラリーアレイ５０２、または第２測定用キャピラリーアレイ５０３の長さの限度よりも、少なくとも約２０％長い長さである。バラストチャンバー５０７の位置は、回転中心から約２．８ｃｍのところにあり、キャピラリー接合部５０６の位置は、回転中心から約３．８ｃｍのところにあり、また、したがって、流出チャンバー５０５の位置は、回転軸から約５ｃｍのところにある。
【０２２４】
バラストチャンバー５０７は、注入口５０１から流出キャピラリー５０４を通って流出チャンバー５０５に流れ込む余分な血液のオーバーフローを含む液流を生じさせるのに充分な、０でない最初の回転速度ｆ１のときに、測定用キャピラリーアレイ５０２からの液流を防ぐキャピラリー関門として作用する。キャピラリー接合部５０６は、注入口５０１から流出キャピラリー５０４を通って流出チャンバー５０５に流れ込む余分な血液のオーバーフローを含む液流を生じさせるのに充分な、０でない最初の回転速度ｆ１のときに、測定用キャピラリーアレイ５０３からの液流を防ぐキャピラリー関門である。これらのキャピラリーの境界線は、２回目の回転速度ｆ２（ｆ２＞ｆ１）のときには打ち破られるように構築されている。
【０２２５】
バラストチャンバー５０７は、深さ約０．２５ｍｍ、直径約０．６５ｍｍで約５ｃｍの長さで、キャピラリー接合部５１１に接続しているキャピラリー５１０と液体によって接続している。捨てバルブ５１８が、キャピラリー接合部５１１と結合しているところで、バラストチャンバー５０７の出口に置かれている。あるいは、キャピラリー５１０が、液体によって、捨てバルブ５１５とつながっている。当該実施形態において、捨てバルブを取り除くと、回転速度ｆ２で液流が生じる。捨てバルブ５１５またはキャピラリー接合部分５１１は、さらに、液体によって、深さ約０．２５ｍｍ、断面の直径約０．２５ｍｍで、約３ｃｍの長さのチャンネル５１２につながっている。チャンネル５１２は、回転軸からもっとも遠いところで、分離チャンバー５０９と、流体的につながっている。
【０２２６】
第２測定用キャピラリーアレイ５０３は、液体によって、キャピラリー接合部５０６とつながっていて、回転速度がｆ２＞ｆ１になると打ち破られる。キャピラリー接合部５０６は、さらに、液体によって、チャンネル５０８とつながっていて、さらに、分離用チャンバー５０９に液体によってつながっている。チャンネル５０８は、約０．２５ｍｍの深さで、断面の直径が約０．２５ｍｍである。分離用チャンバー５０９は、深さが約０．７５ｍｍ、断面の直径が約５ｍｍで、回転中心から約４０ｃｍの位置に置かれている。
【０２２７】
分離用チャンバー５０９は、このチャンバーのもっとも軸側の限界に近いところで、液体によって、流入チャンネル５１７とつながっている。流入チャンネル５１７は、深さが約０．２５ｍｍ、断面の直径が約２．５ｍｍで、約４．３ｃｍから約５ｃｍの長さである。流入チャンネル５１７は、液体によって、流入チャンネル５１４とつながっていて、深さ約０．７５ｍｍ、断面の直径約５ｍｍで、回転中心から約５０ｃｍから約８０ｃｍのところに置かれている。
【０２２８】
図３８から図４７に図示したように、このプラットホームを使用するときには、不正確な容量（約２５μＬの液体）の血液を注入口５０１に入れる（図３８）。血液は、測定用キャピラリーアレイ５０２と５０３のそれぞれの中に流れ込み、測定用キャピラリーアレイ５０２とバラストチャンバー５０７の間にあるキャピラリー接合部、および測定用キャピラリーアレイ５０３とキャピラリー接合部５０６の間で止まる（図３９と図４０）。また、血液は、流出キャピラリー５０４に流れ込み、これを満たして、流出チャンバー５０５とのキャピラリー接合部で止まる。
【０２２９】
４５ｒｐｍという初回の回転速度ｆ１で、血液は、注入口５０１から流出キャピラリー５０４を通って、流出チャンバー５０５の中に流れ込む（図４１と図４２）。７０ｒｐｍという２回目の回転速度ｆ２では、第１測定用キャピラリーアレイ５０２とバラストチャンバー５０８の間のキャピラリー接合部が打ち破られて、第１測定用キャピラリーアレイ５０２からの血液がバラストチャンバー５０８を満たす（図４３）。同様に、２回目の回転速度ｆ２で、キャピラリー接合部５０６が打ち破られて、第２測定用キャピラリーアレイ５０３からの血液が、分離用チャンバー５０９に入ってくる（図４４）。都合のよいことに、第２測定用キャピラリーアレイ５０３中の血液容量は、流入チャンネル５１７が差し込まれている高さにまで、分離用チャンバー５０９を満たすには不十分である。
【０２３０】
１３００ｒｐｍという３回目の回転速度ｆ３で回転させると、分離用チャンバー５０９の中の血液成分が、赤血球細胞、白血球細胞（すなわち、“軟膜”）、および血漿画分に分離される（図４４と図４５）。プラットホーム上の位置によって、バラストチャンバーの中で血液成分の分離は行われず、３回目の回転速度ｆ３では、キャピラリー接合部５１１も、捨てバルブ５１５も打ち破られることはない。都合のよいことに、分離された血漿は、デカントキャピラリー５１７までは届かない。
【０２３１】
捨てバルブ５１７を開放するか、または、ｒｐｍという４回目の回転速度ｆ４で回転させると、バラストチャンバー５０７から、チャンネル５１２を通って、分離用チャンバー５０９の“底”、すなわち、分離用チャンバーのもっとも軸から遠いところへの血液の流れが生じる（図４６）。この結果、流入チャンネル５１７の挿入点と同じ位置まで、分離用チャンバーが一杯になる（図４７）。血漿は、流入チャンネル５１７を通って、デカントチャンバー５１４に流れ込んで、バラストチャンバー５０７に含まれている血液と同量になる。流入チャンネル５１７は、好都合にも、未分画の血液、または全血中０．１−１％以上の血液細胞が混入している血漿の通過が遅くなるような大きさをもっている。
【０２３２】
（実施例５）
混合用アレイ
本発明によって提供され、等量の異なった液体サンプルを混合するために特別に設計されたマイクロシステムプラットホームを図４８に図示する。この図には、ディスク１１上の一つの測定用アレイ１５の配置が示されている。すなわち、このようなアレイを複数、マイクロシステムプラットホームの上に、より好ましくは、複数の使用または複数のアッセイ用のプラットホームを提供するための本発明のディスクの上に適宜配置することができる。
【０２３３】
混合用アレイの構成部分をさらに詳細に図４９に示す。本発明のプラットホームのディスク実施形態は、機械加工したアクリルから作られていた。ディスク全体の大きさは、外径約６ｃｍ、および内径約０．７５ｃｍで、このディスクは、回転装置の軸の上に載せられている。ディスクの厚さは、約０．９ｍｍから約１．５ｍｍまでであった。作業液量は約５０μＬであった。
【０２３４】
混合用アレイの構成部分は、次のとおりである。プラットホームの表面から約０．５ｍｍの深さをもち、側面の寸法が約１ｃｍから約５ｃｍである注入口６０１をプラットホーム上に構築し、約５−５０μＬの容量が入るように設計した。各注入口は、正方形の横断面の対角線の長さが約０．５ｍｍで、注入口６０１側の末端付近が円くなっている一対の測定用キャピラリー６０２の一方と、液体によって接続されていた。また、各測定用キャピラリー配列の長さは、全部で約２５μＬの容量が充分に入るようになっていた。測定用キャピラリー６０２は、プラットホームの表面から約０．２５ｍｍの深さで、測定用キャピラリー６０２の深さよりも深くなっている曲ったキャピラリー関門６０３と液体によってつながっていた。キャピラリー関門６０３と、混合用アレイ中のその他の液体成分も、約０．２５ｍｍの深さをもち、プラットホーム上を液体が動くことによって排出される空気を換気させる通気路６０８によって接続されていた。さらに、約０．７５ｍｍの深さのキャピラリー接合部６０９は、通気路中にあり、液体が通気路に逆流するのを防止していた。
【０２３５】
キャピラリー関門６０３は、狭いキャピラリーチャンネル６０４によって、チャンバー６１０に液体によってつながっている混合チャンバー６０５と、液体によって接続していた。チャンバー６１０は、さらに、混合液体受け入れ用チャンバー６０６と、液体によってつながっていた。あるいは、キャピラリー６０４は、捨てバルブ６１２を含む。キャピラリーチャンネル６０４は、深さ約０．２５ｍｍ、断面の直径約０．２５ｍｍ、また約０．２ｃｍの長さであった。混合チャンバー６０５は、深さ約０．７５ｍｍ、断面の直径約２ｍｍで、回転中心から約４ｃｍのところに置かれていた。キャピラリーチャンネル６１０は、深さ約０．２５ｍｍ、断面の直径約０．２５ｍｍ、また約０．２ｃｍから約３０ｃｍの長さであった。混合用チャンバー６０５は、キャピラリーチャンネル６０４の挿入点とキャピラリーチャンネル６１０の挿入点とが、混合用チャンバーの反対の端に並置されるように構築されていた。その結果、キャピラリーチャンネル６０４を通って流れる液体は、混合用チャンバー６０５の反対側の壁に当てられ、その後、キャピラリーチャンネル６１０を通って進むことができる。この結果、第１および第２の測定チャンネルからの液体がはっきりと分かるような混合を起こさずに合流することによって生じた、キャピラリーチャンネル６０４中の層流となった混合液流の中に乱れが生じる。混合用チャンバー６０５の構造によって生じる乱れは、層流を壊し、キャピラリーチャンネル６１０を通って、液流が続いて混合液流入チャンバー６０６の中に流れ込む前に、混合チャンバーの中で混合を起こすのに十分であった。混合液流入チャンバー６０６は、深さ約０．７５ｍｍ、断面の直径が約５ｍｍで、回転中心から約１ｃｍから約３０ｃｍのところに置かれていた。
【０２３６】
図５０から図５３に図示したように、このプラットホームを使用するときには、混合すべき各流体を等量（液量１−１５０μＬの範囲）、注入口６０１に入れた（図５０）。液体は、測定用キャピラリーアレイ６０２のそれぞれの中に流れ込み、キャピラリー関門６０３で止まる。
【０２３７】
９０ｒｐｍの初回の回転速度ｆ１では、各キャピラリーアレイからの液体は、キャピラリー関門６０３の中に流れ込み、それを満たした（図５１）。捨てバルブ６１２を含む実施形態において、このバルブが、チャンネル６０４に液体が流れ込むのを防止した。捨てバルブ６１２を開放するか、初回回転速度ｆ１で回転させると、液流が、キャピラリー接合部６０３から、チャンネル６０４を通って、混合用チャンバー６０５の中に進んでいった（図５２）。主に層流になっている、キャピラリー関門６０３またはチャンネル６０４を通る液流とは対照的に、混合用チャンバー６０５の中では液流が乱れ、そして、主に、混合チャンバー６１５の中で混合が起きる。液流は、チャンネル６１０を通って進み、混合溶液は、混合液流入チャンバー６０６の中に排出された（図５３）。
【０２３８】
（実施例６）
混合用アレイ：第一別法
本発明によって提供され、等量の（図５５から６０）、または非等量の（図６１から図６７）異なった液体サンプルを混合するために特別に設計されたマイクロシステムプラットホームのさらに別の実施形態。これらの図では、ディスク１１上の一つの測定用アレイ１７の配置が示されている。すなわち、このようなアレイを複数、マイクロシステムプラットホームの上に、より好ましくは、複数の使用または複数のアッセイ用のプラットホームを提供するための本発明のディスクの上に適宜配置することができる。
【０２３９】
混合用アレイの構成部分をさらに詳細に図５５および２０に示す。本発明のプラットホームのディスク実施形態は、機械加工したアクリルから作られている。ディスク全体の大きさは、外径約６ｃｍ、および内径約０．７５ｃｍで、このディスクは、回転装置の軸の上に載せられている。ディスクの厚さは、約０．９ｍｍから約１．５ｍｍまでであった。作業液量は、各液体の貯蔵容器ごとに約４０μＬである。
【０２４０】
混合用アレイの構成部分は、次のとおりである。等量液の混合は、図５５に図示されており、非等量液については、図６２に図示されている。（構成部分は、図５５の番号を用いて確認でき、同等の構造物が図６２に示されていて、括弧の中に示されている）。それぞれが、混合しようとする液体の組合わせの一方を含む液体貯蔵容器６５１と６５２（７０１と７０２）が、プラットホーム上に構築されていて、プラットホームの表面から約０．７５ｍｍの深さをもち、側面の寸法が約１ｃｍであり、この液体貯蔵容器６５１と６５２は、等量の液体（約５０μＬ）が入るように設計されている；（非等量の液体貯蔵容器７０１は、約４５μが入るように設計されていて、液体貯蔵容器７０２は、約５μが入るように設計されていて、液体貯蔵容器７０２の容量は、液体貯蔵容器７０１の容量よりも少ない。）特に、また、さらに、液体貯蔵容器中の液体の粘度が異なり、混合することによって、中間的な粘度の混合液を作ることができる。各液体貯蔵容器は、キャピラリーチャンネル６５３および６５４（７０３および７０４）によって、キャピラリー接合部６５５（７０５）に、液体によって接続している。各キャピラリーチャンネルは、約０．５ｍｍの深さで、断面の直径が約０．５ｍｍで、約５ｃｍの長さである。キャピラリー接合部６５５（７０５）は、プラットホームの表面から約０．７５ｍｍの深さで、キャピラリー６５２および６５３（７０３および７０４）の深さよりも深くなっている。あるいは、キャピラリー６５２および６５３（７０３および７０４）は、捨てバルブ６６２（７１２）を含む。この捨てバルブの使用は、キャピラリー接合部６５５（７０５）に加えて、またはその代わりに用いることができる。
【０２４１】
混合用アレイの液体成分は、約０．２５ｍｍの深さをもつ、プラットホーム上を液体が動くことによって排出される空気を換気させる通気路６６０（７１０）とも接続している。さらに、約０．７５ｍｍの深さのキャピラリー接合部６６１（７１１）は、通気路中にあり、液体が通気路に逆流するのを防止している。
【０２４２】
キャピラリー接合部６５５（７０５）は、狭いキャピラリーチャンネル６５６（７０６）によって、チャンバー６５８（７０８）に液体によってつながっている混合用チャンバー６５７（７０７）と、液体によって接続していた。チャンバー６５８（７０８）は、さらに、混合液体受け入れ用チャンバー６５９（７０９）に接続している。あるいは、キャピラリー６５６（７０６）は、捨てバルブ６６２（７１２）を含む。キャピラリーチャンネル６５６（７０６）は、深さ約０．２５ｍｍ、断面の直径約０．５ｍｍ以上、また約０．２ｃｍから約３０ｃｍの長さである。混合チャンバー６５７（７０７）は、深さ約０．２５ｍｍ、断面の直径約０．７５ｍｍ以上で、回転中心から約０．２ｃｍから約３０ｃｍのところに置かれている。キャピラリーチャンネル６５８（７０８）は、深さ約０．５ｍｍ、断面の直径約５ｍｍ、また約０．２ｃｍから約３０ｃｍの長さである。キャピラリーチャンネル６５６（７０６）とキャピラリーチャンネル６５８（７０８）は、上記実施例５で説明したように、混合用チャンバーとの接続によって相殺することができ、または、混合用チャンバーの中のどこか適当な位置に置くことができる。そして、コリオリの力によって混合を促進することができる。
【０２４３】
キャピラリーチャンネル６５８（７０８）は、液体によって、混合液流入チャンバー６５９（７０９）とつながっている。混合液流入チャンバー６５９（７０９）は、深さ約０．７５ｍｍ、断面の直径が約５ｍｍ以上で、回転中心から約１ｃｍから約３０ｃｍのところに置かれている。
【０２４４】
等量を混ぜるときには、図５６から図６０に図示したように、また、非等量を混ぜるときには、図６３から図６７に図示したように、このプラットホームを使用するときには、混合すべき各液体の容量を、液体貯蔵容器６５１と６５２（７０１と７０２）に入れる（図５６と図６３）。液体は、キャピラリー６５３および６５４（７０３および７０４）のそれぞれの中に流れ込み、キャピラリー関門６５５（７０５）で止まる。あるいは、混合すべき液体を既に液体貯蔵容器６５１と６５２（７０１と７０２）の中に入れてある本発明のプラットホームが提供される。これらの実施形態において、使用前に、貯蔵容器から液体が蒸発、湿潤、または、漏出することを防ぐために、キャピラリー６５３および６５４（７０３および７０４）の中に捨てバルブ７１２を具備することが好ましい。
【０２４５】
１００ｒｐｍの初回の回転速度ｆ１では、各キャピラリーからの液体が、キャピラリー接合部６５５（７０５）を通り、混合用チャンバー６５７（７０７）を通って流れる（図５７と図５８、および図６４と図６５）。捨てバルブ７１２を含む実施形態において、このバルブが、チャンネル６５３および６５４（７０３および７０４）に液体が流れ込むのを防止する。捨てバルブ７１２を開放すると、液流が、キャピラリー接合部６５５（７０５）から、チャンネル６５６（７０６）を通って、混合用チャンバー７０７の中に進んでいく（図５８と図６５）。主に層流になっている、キャピラリー関門６５５（７０５）またはチャンネル６５６（７０６）を通る液流とは対照的に、混合用チャンバー６５７（７０７）の中では液流が乱れ、そのために、主に、混合チャンバー６５７（７０７）の中で混合が起きる。液流は、チャンネル６５８（７０８）を通って進み、混合溶液が、混合液流入チャンバー６５９（７０９）の中に排出される（５９と図６０、および図６６と図６７）。
【０２４６】
（実施例７）
混合用アレイ：第二別法
本発明によって提供され、異なった量の液体サンプルを混合して、２種類の液体が異なっていて、一つの分子種の濃度勾配を作るように特別に設計されたマイクロシステムプラットホームのさらに別の実施形態で、この実施形態は、図６８に図示されている。この図では、ディスク１１上の一つの測定用アレイ１８の配置が示されている。すなわち、このようなアレイを複数、マイクロシステムプラットホームの上に、より好ましくは、複数の使用または複数のアッセイ用のプラットホームを提供するための本発明のディスクの上に適宜配置することができる。
【０２４７】
混合用アレイの構成部分をさらに詳細に６９に示す。本発明のプラットホームのディスク実施形態は、機械加工したアクリルから作られている。ディスク全体の大きさは、外径約６ｃｍ、および内径約０．７５ｃｍで、このディスクは、回転装置の軸の上に載せられている。ディスクの厚さは、約０．９ｍｍから約１．５ｍｍまでであった。作業液量は、各液体の貯蔵容器ごとに約４０μＬである。
【０２４８】
混合用アレイの構成部分は、次のとおりである。それぞれに、混合しようとする液体の組み合せの一方を入れた流体貯蔵容器８０１と８０２は、プラットホーム上に構築されており、プラットホームの表面から約０．７５ｍｍの深さをもち、側面の寸法が約１ｃｍであり、また、この液体貯蔵容器８０１は、約４０μＬの容量が入るように設計されている、また、流体貯蔵容器８０２は、約４０μＬの容量が入るように設計されているが、液体貯蔵容器８０２の容量は、液体貯蔵容器８０１の容量とは異なる。特に、および、さらに、液体貯蔵容器８０１および８０２は、（貯蔵容器の中の各ポイントにおける液体の断面積に関係する）圧力“ヘッド”の変化によって、特定の回転速度における貯蔵容器間で、２つの貯蔵容器から流出する液体の速度が異なるような形になっている。こうして、一つの貯蔵容器からの液体の、混合液中での割合は、回転の最後に貯蔵容器からの液体が完全に混合されると、回転の最初には最大で、最後には最小になって勾配が形成される。勾配は、左の貯蔵容器の溶液の約４０％と右の貯蔵容器の溶液の６０％から始まり、最後には、割合が逆転する。また、このほかの混合用アレイの等分化構造が、この勾配を保存する方法を提供するはずである。
【０２４９】
各流体貯蔵容器は、キャピラリーチャンネル８０３および８０４によって、キャピラリー接合部８０５に、液体によって接続している。各キャピラリーチャンネルは、深さ約０．５ｍｍ、断面の直径が約０．５ｍｍで、約５ｃｍの長さである。キャピラリー接合部８０５は、プラットホームの表面から約０．７５ｍｍの深さで、キャピラリー８０３および８０４の深さよりも深くなっている。あるいは、キャピラリー８０３および８０４は、捨てバルブ８１２を含む。この捨てバルブの使用は、キャピラリー接合部８０５に加えて、またはその代わりに用いることができる。
【０２５０】
混合用アレイの液体成分は、約０．２５ｍｍの深さをもち、プラットホーム上を液体が動くことによって排出される空気を換気させる通気路８１０とも接続している。さらに、約０．７５ｍｍの深さのキャピラリー接合部８１１が通気路中にあって、液体が通気路に逆流するのを防止している。
【０２５１】
キャピラリー接合部８０５は、狭いキャピラリーチャンネル８０６によって、混合用チャンバー８０７に液体によってつながっていて、この混合用チャンバー８０７は、液体によってチャンネル８０８に接続しており、さらに、混合液体流入チャンバー８０９に接続している。あるいは、キャピラリー８０６は、捨てバルブ８１２を含む。キャピラリーチャンネル８０６は、深さ約０．５ｍｍ、断面の直径約０．５ｍｍ以上、また約０．２ｃｍから約３０ｃｍの長さである。混合用チャンバー８０７は、深さ約０．７５ｍｍ、断面の直径約０．７５ｍｍ以上で、回転中心から約０．２ｃｍから約３０ｃｍのところに置かれている。キャピラリーチャンネル８０８は、深さ約０．５ｍｍ、断面の直径約５ｍｍ、また約０．２ｃｍから約３０ｃｍの長さである。キャピラリーチャンネル８０６とキャピラリーチャンネル８０８は、上記実施例５で説明したように、混合用チャンバーとの接続によって相殺することができ、または、混合用チャンバーの中のどこか適当な位置に置くことができる。そして、コリオリの力によって混合を促進することができる。
【０２５２】
キャピラリーチャンネル８０８は、液体によって、混合液流入チャンバー８０９とつながっている。混合液流入チャンバー８０９は、深さ約０．７５ｍｍ、断面の直径が約５ｍｍ以上で、回転中心から約１ｃｍから約３０ｃｍのところに置かれている。
【０２５３】
図７０から図７４に図示したように、このプラットホームを使用するときには、混合すべき各液体の容量（液体５−４５μＬの範囲）を、液体貯蔵容器８０１と８０２に入れる（図７０）。液体は、キャピラリー８０３と８０４のそれぞれの中に流れ込み、キャピラリー接合部８０５で止まる。あるいは、混合すべき液体を既に液体貯蔵容器８０１と８０２の中に入れてある本発明のプラットホームが提供される。これらの実施形態において、使用前に、貯蔵容器から液体が蒸発、湿潤、または、漏出することを防ぐために、キャピラリー８０３と８０４の中に実施形態捨てバルブ８１２を具備することが好ましい。
【０２５４】
１００ｒｐｍの初回の回転速度ｆ１では、各キャピラリーからの液体が、キャピラリー接合部８０５を通り、混合用チャンバー８０７を通って流れる（図７１と図７２）。捨てバルブ８１２を含む実施形態において、このバルブが、チャンネル８０３と８０４に液体が流れ込むのを防止する。捨てバルブ８１２を開放すると、液流が、キャピラリー接合部８０５から、チャンネル８０６を通って、混合用チャンバー８０７の中に進んでいく（図７３）。主に層流になっている、キャピラリー関門８０５またはチャンネル８０６を通る液流とは対照的に、混合用チャンバー８０７の中では液流が乱れ、そのために、主に、混合チャンバー８０７の中で混合が起きる。液流は、チャンネル８０８を通って進み、混合溶液が、混合液流入チャンバー８０９の中に排出される（図７３および図７４）。
【０２５５】
（実施例８）
免疫測定法
本発明によって提供され、特に免疫測定法の実施用に設計されたミクロシステムプラットホーム（ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ ｐｌａｔｆｏｒｍ）を７５に示す。図では、ディスク１１上の１つのアッセイアレイ１９の配列を示し、多目的または多重アッセイのプラットホームを提供するため、多数のそのようなアレイを本発明のミクロシステムプラットホーム上に、特に好ましくはディスク上に都合よく配置することができる。
【０２５６】
図７６に混合アレイの構成部分をより詳細に示す。本発明のプラットホームであるディスクの実施形態は、機械加工されたアクリルから形成した。ディスク全体の寸法は、外半径が約６ｃｍ、内半径が約０．７５ｃｍであり、そのディスクは回転装置の軸に取り付けられている。ディスクの厚さは約０．９ｍｍから約１．５ｍｍの範囲内である。反応用の作動流体容積は約１０μｌであった。
【０２５７】
混合アレイの構成部分は以下のとおりである。プラットホーム表面中に約０．７５ｍの深さ、および約０．５ｃｍの横の長さを有する注入口９０１がプラットホーム上に構成されており、約１０μＬ、２μＬ〜２０μＬの範囲の容積を収容するよう設計されている。この注入口は、横断面の直径が約０．５ｍｍ、深さ約０．７５ｍｍを備えた測定キャピラリー９０２に変更可能に接続されており、この測定キャピラリーの長さは、約１０μＬの全容量を含むのに十分であった。測定キャピラリー９０２はキャピラリー接合部９０４に変更可能に接続されている。
【０２５８】
さらに、注入口は約０．５ｍｍの横断面直径を備えている流出キャピラリー９０３に変更可能に接続するよう構成されており、近位端部が注入口９０１に関して一周する。流出キャピラリーは、流出キャピラリー９０３の深さより深い約０．７５ｍｍのプラットホーム表面中で、深さを備えた流出チャンバー９０５と変更可能に接続している。さらに、流出チャンバーおよび流体チャンバーの各々は、５２３のような空気口または空気チャンネルと接続されており、それは約０．２５ｍｍの深さを備え、プラットホーム上の流体変動によって排出された空気の通気を可能にする。約０．７５ｍｍの深さのキャピラリー接合部５２４は、空気チャンネルへ流体が流れるを防止するために空気チャンネル中に存在する。
【０２５９】
注入口９０１は、回転の中心から１．３ｃｍのプラットホーム上に設置されている。測定キャピラリー９０２は、注入口９０１５から４．２ｃｍ延びている。流出キャピラリー９０２は、注入口９０１から約１ｃｍ〜約２０ｃｍ延びている。流出キャピラリー９０３の長さの範囲は、測定キャピラリー９０２より２０％長かった。流出チャンバー９０５は、回転の中心から約１ｃｍ〜約２０ｃｍの位置にあり、キャピラリー接合部９０４は回転の中心から５ｃｍの位置にあった。
【０２６０】
キャピラリー接合部９０４は、キャピラリーチャンネル９０６と変更可能に接続し、それは順次インキュベーションチャンバー９１０と接続している。キャピラリーチャンネル９０６は、約０．５ｍｍの横断面直径を有しており、約１ｃｍ延びている。インキュベーションチャンバー９１０は、プラットホーム表面中に約０．７５ｍｍの深さを備えており、その深さはキャピラリーチャンネル９０６より深い。キャピラリーチャンネル９０６は、さらにキャピラリー接合部９０７を介してチャンネル９０９と変更可能に接続している。接合部を通じて洗浄緩衝液へサンプルの流動が逆流するのを防ぐようにキャピラリー接合部９０７を構成した。チャンネル９０９は、約０．５ｍｍの横断面直径を備えていており、約５ｃｍ延びている。キャピラリー接合部９０７は、プラットホーム表面中にチャンネル９０９またはキャピラリーチャンネル９０６の深さより深い約０．７５ｍｍの深さを備えている。また、インキュベーションチャンバー９１０は、サンプルの成分に対して特異的な結合種、特に好ましくは抗体を含んでいる。この種は、チャンバーの表面への被覆としてインキュベーションチャンバー９１０内に都合よく含まれるか、あるいはチャンバー内のビーズまたは他の担体、またはチャンバーの機能する内部表面に付着している。
【０２６１】
さらに、キャピラリー接合部９０７はプラットホーム表面中に約０．７５ｍｍの深さを備え、また回転軸から３．７ｃｍの距離に位置している洗浄緩衝液リザーバー５１６と変更可能に接続している。
【０２６２】
キャピラリー接合部９０７は試薬キャピラリー９２０とさらに変更可能に接続され、それはさらにキャピラリー接合部９１４と変更可能に接続され、それはさらにチャンネル９２６と変更可能に接続され、さらにそれは試薬リザーバー９１７と変更可能に接続された。試薬キャピラリー９２０は、約０．２５ｍｍの横断面直径を備えていており、約１ｃｍ延びている。キャピラリー接合部９１４は、プラットホーム表面中に約０．２５ｍｍの深さを備えており、回転軸から約２．７ｃｍの距離に位置する。試薬キャピラリー９２６は、約０．２５ｍｍの横断面直径を備えていており、約０．２ｃｍから約２０ｃｍ延びている。試薬リザーバー９１７は、プラットホーム表面中に約０．７５ｍｍの深さを備えており、回転軸から約２．３ｃｍの距離に位置する。
【０２６３】
回転軸に最も遠位の場所で、インキュベーションチャンバー９１０をＵ字型キャピラリー９２１に変更可能に接続した。Ｕ字型キャピラリー９２１は、約０．５ｍｍの横断面直径を備えており、約１ｃｍ延びている。このキャピラリーは、少なくともインキュベーションチャンバー９１０の最も軸に近位の領域より回転軸に近位である点までＵ字型で延びている。インキュベーションチャンバー９１０に関するＵ字型チャンネルのこの位置調整は、インキュベーションチャンバー９１０内へ付加液が流入して、液体が置換され、そこから前記液体が均一に排出されること、すなわち、チャンバー内の第１流体が第２流体と交換されている間にチャンバーから押出されることを保証する。
【０２６４】
このＵ字型キャピラリーは、さらに廃棄物リザーバー９１５と流体的に接続している。廃棄物リザーバー９１５は、プラットホーム表面中に約０．７５ｍｍの深さを備えており、回転軸から約４．５〜５．７ｃｍの距離に位置している。
【０２６５】
本発明のある実施形態においては、捨てバルブ９２２は、キャピラリー接合部９０４およびキャピラリーチャンネル９０６の交点に、キャピラリー接合部９０７および洗浄緩衝液キャピラリー９０８の交点に、または試薬リザーバー９１８およびキャピラリー接合部９１９の接合部に位置することができる。
【０２６６】
図７７から図８８に示したように、このプラットホームにおいて試薬リザーバー９１６および洗浄リザーバー９１５の使用はディスクに予め載せられており、特に好ましくは、そのディスクはキャピラリー接合部９０７および洗浄緩衝液キャピラリー９０８の交点で、また試薬リザーバー９１８およびキャピラリー接合部９１９の交点で捨てバルブ９２２を含んでいる。不正確な容積の流体（１〜１５０μＬの範囲の流体）を注入口９０１に加えた（図７７）。流体は測定キャピラリー９０２へ入り、測定キャピラリー９０２とキャピラリー接合部９０４の間のキャピラリー接合部で停止する（図７８および図７９）。サンプルが使用者によって充填され、回転速度ゼロで測定キャピラリー９０２および流出キャピラリー９０３が満たされ後、４５ｒｐｍの第１回転速度ｆ１でプラットホームを回転した。
【０２６７】
流出キャピラリー９０３の端部が測定キャピラリー９０２の端部よりも回転中心からの距離が大きいため、液体は流出キャピラリー９０３から流出チャンバー９０５へ流れる（図８０）。過剰なすべての流体が注入口９０１から排出され、また流出チャンバー９０５へ排出されるまでプラットホームを回転した。ただし、流体が測定キャピラリー９０２中に含まれているのは除く（図８１）。
【０２６８】
６５ｒｐｍの第２回転速度ｆ２で、測定キャピラリー９０２の遠心端のキャピラリー接合部９０４を乗り越えさせ、測定キャピラリー９０２からのサンプルがインキュベーションチャンバー９１０を満たす（図８２および８３）。サンプルの一部は、インキュベーションチャンバー９１０中のサンプルレベルまでＵ字型キャピラリー９１４へ入る（図８３）。サンプル中の成分を結合する、すなわち特異的な結合種に特異的に結合する最大飽和度まで十分な時間をかけてそのサンプルをインキュベートした。
【０２６９】
４５０ｒｐｍの第３回転速度ｆ３で、キャピラリー接合部９０８を乗り越えさせ、リザーバー９１６からの洗浄緩衝液がキャピラリー９０９、キャピラリー９０６からインキュベーションチャンバー９１０へ流れる。洗浄緩衝液流動は、Ｕ字型キャピラリー９１４からサンプルを廃棄物リザーバー９１５まで押出す（図８４から図８６）。好ましくは、洗浄緩衝液流動を可能にするために捨てバルブ９２２を解放した。
【０２７０】
５００ｒｐｍの第４の回転速度ｆ４で、キャピラリー接合部９１９を乗り越えさせ、リザーバー９１７からの試薬緩衝液をキャピラリー９１８、キャピラリー９２０、キャピラリー接合部９０８、キャピラリー９０６からインキュベーションチャンバー９１０まで流した。試薬緩衝液流動は、Ｕ字型キャピラリー９１４から廃棄物リザーバー５１５まで洗浄緩衝液を押出す（図８７から図８８）。好ましくは、試薬緩衝液流動を可能にするために捨てバルブ９２２を解放した。
【０２７１】
試薬緩衝液には、色素体またはインキュベーションチャンバー９１０内で特異的結合の検出を行う他の顕色剤が含まれていた。アッセイで生じた色素体量と比較して、特異的免疫測定法の範囲を確定した。
【０２７２】
（実施例９）
免疫測定法
実施例８に記述した免疫測定法アレイで使用の固定する抗原に対するニトロセルロースの使用について、以下に説明する。
【０２７３】
原理の試験
視覚的な青色サインをニトロセルロース（ＮＣ）表面に固定化された３つの構成から成るサンドイッチの形成により開発された。このサンドイッチは、（ａ）多孔性のＮＣ上に吸着された補足抗ＴＳＨモノクローナル抗体（ＭＡＢ）、（ｂ）ＴＳＨ抗原、（ｃ）コロイド状の青いラテックス粒子上に被覆された相補性抗ＴＳＨ ＭＡＢからなる。捕捉部位で固定化された青色色素の強度が通常の方法において抗原（ＴＳＨ）濃度とともに増加するので、それにより未知の検体の定量分析方法を提供する。
【０２７４】
補足ＭＡＢは、１０ｍｇ／ｍＬの濃度で２μＬスポットを加えることによって８μｍのＮＣ上に固定化した。これらのスポットは、直径で約１／４”の円に広がる。短時間のインキュベーションの後に、ＮＣの領域表面を１％ＢＳＡ含有ＰＢＳ溶液でブロックし、０．１％ＢＳＡ−ＰＢＳで十分な洗浄を行った。その膜は使用前に大気乾燥させた。その後、点状の領域を小さな正方形に切り、グラス試験管へ入れ、５０／５０ウマ血清／ＰＢＳ−ＢＳＡ緩衝液で連続的に希釈したＴＳＨスタンダードの２００μＬ一定分量を入れた。短時間のインキュベーションでＮＣを湿らせた後、相補性ＭＡＢでコーティングされた０．３０９ミクロンの直径の青色ラテックス懸濁液を添加し、固定した。５分間のゆるやかな振盪の後、ディスクを取り出し、ＰＢＳ−ＢＳＡ流水の下で洗浄し、乾燥した。目視試験によって、色彩強度がＴＳＨ濃度とともに予測されたように異なることを確認した。
【０２７５】
付加された抗体の標識化された群、例えばコロイド金、蛍光性または有色のラテックスビーズは、抗体結合および集積を検出するのに使用することができる。
【０２７６】
実験：競合的免疫学的検定法
一価の甲状腺ホルモンサイロキシンの競合アッセイをＴＳＨに対する上述のサンドイッチ分析に類似して、また補足して開発した。抗原は、ＢＳＡ−Ｔ４（１２．５ｍｇ／ｍＬ）の１．５μＬ容量の添加によって５μｍのＮＣ上に固定化し、次いで１％のＢＳＡを含むＰＢＳでブロック化し、最後に０．１％のＢＳＡを含むＰＢＳで洗浄した。抗サイロキシンモノクローナル抗体（ＭＡＢ）は、受動的吸着によりＳｅｒａｄｙｎｅ０．３０９μｍ青色ラテックスビーズ上に固定化した。
【０２７７】
抗体被覆ビーズは、広いホルモン濃度域にわたって、試験管内で緩衝液中のＴ４とともに短時間インキュベートした。その後、吸着された補足抗原を含んでいる正方形数片のニトロセルロースを試験管に加え１０分間インキュベートし、その時間にＮＣ上に色素が展開された。その後、少量の緩衝液でその正方形片を洗浄し、色彩強度がＴ４濃度の作用として視覚的に示された。
【０２７８】
競合アッセイに対し予想した通り、概略的には、単調量が低いＴ４濃度で青色色彩強度を増すことが明らかになった。色彩強度の変化は低いＴ４濃度域にわたって生じており、分析において血清標本を約１０倍まで希釈することができることを示している。すなわち、試験につき約３０μＬの血清を用い、３００μＬまで希釈して、臨床的診断上関心がもたれる範囲にわたって検出可能なシグナル変動を得ることができる。約２０分余の全アッセイ時間は最適化なしで確定し、低バックグラウンドおよび高シグナル強度を（最適化なしで）得た。これらの結果は、これらの工程が、生物学的混合物のような複合混合物に含まれる少量の抗原を検出するのに有用な抗原濃度および抗体濃度において免疫学的測定法結果が検出可能であることを示している。
【０２７９】
（実施例１０）
抵抗性発熱素子の調製
抵抗性発熱素子を本発明のプラットホーム上で以下のようにを調製した。抵抗性発熱素子が要求されるミクロシステムプラットホーム表面上の部分は、抵抗性インクの範囲を越えて、直流（ＤＣ）電圧降下がある状態で抵抗性インクを越えて電気を導電するため、導電性インクと電気的に結合している抵抗性インクで印刷された遮蔽板である。スクリーンされる抵抗性インクおよび導電性インクはともに先行技術ですでに公知の方法を用いてプリントされた（Ｇｉｌｌｅｏ、前掲）。
【０２８０】
簡単に説明すると、図９１に示したような導電性インクパターンを加熱安定化されたポリエステルシート基板（ＩＣＩ ＳＴ５０５）上にスクリーンし、１０分間、１１０〜１２０℃で硬化した。その後、硬化された導電性インキパターン上に抵抗性のインクをスクリーンし、その複合物を１１０〜１２０度でさらに１０分間硬化した。一般的に、そのインクは、少なくとも０．５ｍｍ×０．５ｍｍ（０．２５ｍｍ２）の領域を覆う、厚さが約１０ミクロンの層で塗られている。しかしながら、３回に及ぶ同一パターンで、同じポリエステルシートをプリントし、硬化し、リプリントすることによって、より大きな膜厚のフイルムパターンが得られた。これらのより厚みのあるフイルムは、抵抗を縮小するとともに、同じ印加電圧で加熱性能を高めることがわかった。
【０２８１】
場合によっては、ポリマー厚膜は、配電回路を絶縁する誘電体層で覆っている。これは、本発明のプラットホーム上の液体を熱するために使用される抵抗性加熱器の実施例において特に有用である。さらに、この誘電体層はスクリーンプリンティングにより置かれ、その後、１０００ｍＪ／ｃｍ２で数秒間紫外線を使用して硬化した。
【０２８２】
図９１および図９２は、加熱安定化されたポリエステル上にプリントされたスクリーンである回路の一例を示す。回路材料はデュポン（Ｄｕｐｏｎｔ）５０２８導電性インクおよびデュポン７０８２抵抗性インクからなり、抵抗性インクは領域がパターン化されたソリッドバックから、導電性インクはディスク上の明るく細い線状パターンからなる。直流電源への電気的接続は、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１および２２と番号付与した。異なる回路素子の耐性は約１０〜約２００オーム（Ｎ＝１０）の範囲であり、回路幾何配列に依存していた。例えば、１２．１±１．２オーム（Ｎ＝１０）の抵抗を電気接点１１と１２の間で測定した。別の実施例において、１８０８±２５７オーム（Ｎ＝１０）の抵抗を電気接点１１と２２の間で測定した。
【０２８３】
他の実験において、デュポン７０８２抵抗性インク（４００オーム／平方／ミル）をデュポン７１０２抵抗性インク（２０オーム／平方／ミル）に混合した。５０：５０（含水重量による）で混合し、その後、スクリーンが図９１および図９２に示すパターンへプリントされ、電気接点１１と１２の間で７．３±０．６オーム（Ｎ＝７）の抵抗を測定した。別の実施例において、電気接点１１と２２の間で２７２．２±２２．７オーム（Ｎ＝７）の抵抗を測定した。
【０２８４】
さらに抵抗性発熱素子がデュポン７０８２抵抗性インクで同じ領域上にプリントされ、硬化され、リプリントされ、再硬化され、その抵抗性回路は厚くなり、また、その抵抗は小さくなった。この実験では、２番目と３番目のプリンティングが、電気接点１１と１２の間の抵抗を６７９±８６．５オーム（Ｎ＝８）まで小さくした。従って、インク製剤の適切な選択による抵抗を調整する能力、および抵抗性回路のリプリントにより、最終スクリーン印刷化回路の電気的性質をコントロールすることが可能となる。
【０２８５】
（実施例１１）
発熱素子としての抵抗性ポリマー厚膜の使用
実施例１０に記述したように、形成された抵抗性ポリマー厚膜素子を介して電位を加える場合、発熱素子としての抵抗性ポリマー厚膜の使用は、熱を生ずる抵抗性ポリマー厚膜の性能に依存する。図９３に、ヒーターとして使用される抵抗性ポリマー厚膜素子の性能を示す。抵抗性発熱素子を形成するため伝導性電極をデュポン７０８２抵抗性インクとデュポン７１０２抵抗性インクの５０：５０混合物と結合した場合、図９１および図９２で示したパターンの回路がデュポン５０２８銀ペーストを用いてスクリーン印刷された。図９２の電気接点３１および３３を介して直流（ＤＣ）電圧を加え、サーミスタプローブを使用してヒーター表面の温度を測定した。これらの実験は、“乾燥”、すなわち、プラットホーム上で流体を利用しないで抵抗性発熱素子上で実施され、また、静止、すなわち、ディスクが回転することなく行われた。図９２は、時間および印加（ＤＣ）電圧の作用とともに生じた温度のグラフである。（印加電圧は、２Ｖ、３Ｖ、４Ｖ、５Ｖおよび６Ｖであり、最低の定常状態電圧から最も高い定常状態電圧を生じた電圧から、最低値より最高値までを読む）。このグラフは、時間および印加電圧双方の増加につれて生じる最高温度が高くなり、１００〜１５０秒の間で最大電圧が定常状態に達し、また、達した最大電圧は約８５〜９０℃だったことを示している。これらのデータを図９４で示したグラフに変換したが、定常状態の温度のプロットが、印加（ＤＣ）電圧の作用として得られたことを表している。これらの結果は、達した定常状態の温度が、印加電圧の増加につれて放物線型に増加することを示している。
【０２８６】
また、電圧に対する最大定常状態温度依存は、正の温度係数（ＰＣＴ）インク、デュポン７２８５インクを用いて上述の実施した実験において検出した。温度に対する電圧依存は、試験した電圧範囲にわたって線状であり、また、印加（ＤＣ）電圧は混合された抵抗性インクを用いて得られた結果よりも約１０倍高かった。
【０２８７】
これらの結果は、図９４においてＰＴＣインクで得られた結果と対比したが、正の温度にコントロールされたインクに対して予測したように、電圧の増加につれて定常状態の温度に達した。その結果は、デュポン７２８５を使用した図９２に示すようなスクリーン印刷された抵抗性発熱素子を用いて得られたＰＴＣインクで得た。
【０２８８】
本発明の抵抗性発熱素子から増大する距離において基板の温度を検出した。図９５にこれらの結果を示すが、抵抗性加熱器の１〜２ｍｍ以内の周囲まででディスク温度は下がった。これらの結果は、隣接した加熱器によって制御される加熱作用する隣接した加熱器またはプラットホーム構成部分（捨てバルブのような）のうち１つを活性化をすることなく抵抗性加熱器を近接して配置することができることを示す。
【０２８９】
これらの結果は、本発明のミクロシステムプラットホームの形成に適当な合成基板上の抵抗性発熱素子として使用されるべき、本発明の教示によるポリマー厚膜を使用して調製される抵抗性素子の性能を示している。
【０２９０】
（実施例１２）
熱で活性化されるバルブを備えた加熱器を有する抵抗性加熱器の使用
実施例１０および１１で記述したような抵抗性ポリマー厚膜を用いて調製した抵抗性発熱素子は、熱で活性化されるバルブを活性化するのに有用である。熱で活性化されるバルブには、本明細書に開示された流動性構造のチャンネルまたはキャピラリー内に“ワックス”を付着することにより調製されたバルブが含まれる。
【０２９１】
熱で活性化されるワックスバルブを調製する際に、予め加熱したプラスチック性ピペット内に少量の溶解ワックスを少量吸い上げ、キャピラリーチャンネルにチップが付された場合、チャンネルは毛管作用によって少量の溶解したワックスを上昇させる。ワックスが冷却され、チャンネルまたはキャピラリー内で凝固する場合、ワックスバルブが形成される。ワックスバルブの調製で有用である特定の炭化水素の例としては、単分散のアルカンエイコサン（Ｔｍ＝３６．８℃）、テトラコサン（Ｔｍ＝５４．０℃）およびオクトコサン（Ｔｍ＝６４．５℃）、並びにパラフィン（Ｔｍ＝５４．４℃）のような多分散系のワックスがある。これらの異なるワックスを使用した実験では、操作しやすいことから、単分散の炭化水素よりもパラフィンが好ましいことがわかった。温度を制御する分配チップの使用によりこの差異を回避でき、ワックス弁として単分散の炭化水素を有利に使用することが可能となった。
【０２９２】
上述のようにワックスバルブを製造した後、ポリエステル基板上に抵抗性ヒーター層を調製し、テープでプラットホーム基板につないだ。加熱器の位置調整は、ワックスプラグが十分に溶解されていること、さらに流動が可能な状態であること、再結晶することがないこと、さらに抵抗性ヒーターの位置から下流のチャンネルあるいはキャピラリーを目詰まりさせることがないことを確認することが重要である。
【０２９３】
代わりの実施例では、ワックルバルブからなる本発明のチャンネルおよびキャピラリーは、さらに図９６および図９７に示したように、抵抗性ヒーターから“下流”（すなわちプラットホームの縁により近位のところ）に設定されたワックス再結晶チャンバーからなる。ディスクが組み立てられ回転している際に、再結晶チャンバーへ溶解したワックスが流れ込み、一般的に再結晶チャンバーの壁面に凝固する。そのようなワックスバルブの最適な作動は、ワックスバルブの全範囲、およびワックス再結晶チャンバーの内部の少なくとも２５％以上にわたって抵抗性発熱素子が配列されていることを必要とすることがわかった。
【０２９４】
図９７は、ワックスバルブ、流動性構造、抵抗性ポリマー厚膜からなるプラットホームの調製方法を示した図である。図９７で示すように、電熱回路は、両面テープでポリカーボネートディスクに接着されたポリエステルフイルム上にプリントされたスクリーンである。本明細書に記述し、図９７に示したように、アクリルディスク上に流動性構造を機械加工する。ワックスバルブは、本発明のプラットホームの流動性チャンネルおよびキャピラリーの適切な領域に手で配列した。その後、組み立てるディスクを形成するため、これらの２つの構成部分を両面テープで接着した（図９７に示す）。
【０２９５】
さらに、図９８では、本発明の流体操作アレイの１つを詳述したものである。実施例１０によって調製したスクリーン印刷された導入部は、ワックスバルブがスクリーン印刷された発熱素子で完全に覆われるようにプラットホーム上に配列されており、それは、さらにワックス再結晶チャンバー部分上に延びている。
【０２９６】
図９９は、連続的にワックスバルブを開き、流体チャンバーから流体容器へ流体を流動させるために熱で活性化されるワックスバルブをどう使用することができるかについて示している。図９９に示す各流体チャンバーへ水溶性染料を充填した。ディスクは、キャピラリー突発ｒｐｍ以上のスピードの約７００ｒｐｍで回転した。図は、これらの抵抗性加熱器へのＤＣ１０Ｖの継続的印加がワックスバルブを再閉鎖しないで完全にワックスバルブを溶解するのに十分であることを示している。さらに、これらのワックスバルブのなかの任意の１つのバルブを加熱し融解しても、プラットホーム上で約１〜２ｍｍ隔てられている隣接したワックスバルブのどのバルブに対しても融解を引き起こすことはなかった。
【０２９７】
（実施例１３）
熱で活性化されるバルブを備えた抵抗性加熱器の使用：第１代替例
代わりの実施形態においては、熱で活性化されるバルブとして熱復元可能なポリマーを使用した。この実験では、シートに熱復元可能な管ＦＰ３０１Ｈ（３Ｍ、ミネアポリス、ＭＮ、から入手）をカットし、本発明のミクロシステムプラットホーム上のキャピラリーチャンネルに設置した。このキャピラリーチャンネルは２つの流体チャンバーに分割したが、その内部の大部分は２５〜５０μＬの流体を含んでいた。熱復元可能なポリマーは液密バルブとして機能し、第２流体チャンバーまで流体の漏出現象はみられなかった。その後、約１００℃にディスクを熱し、熱復元可能な管が約５０％まで収縮することがわかった。また、液体がチャンネルを通って第２の外部流体チャンバーに輸送されたことを確認された。
【０２９８】
これらの結果は、熱復元可能なポリマーが捨てバルブとして有用であることを示している。ワックスバルブと比較した場合、このタイプのバルブの特にすぐれた点は、ポリマーシートが、捨てバルブ部位から下流のチャンネルまたは任意のミクロ流体工学構造のいずれもほとんど目詰まりさせることなく、チャンネルにより保持される肉眼的物体であるということである。
【０２９９】
（実施例１４）
熱で活性化されるバルブを備えた抵抗性加熱器の使用：第２代替例
捨てバルブとしての抵抗性加熱器自身の使用について実証した。十分な電圧が抵抗性加熱器へ印加された場合、本発明の抵抗性加熱器の一定の構成は、プラットホームの基板を溶解することが可能であることがわかった。この実験では、図９２に示した加熱器を介して直流（ＤＣ）１５Ｖを印加した。この電圧で、１秒より後に、抵抗素子自身内の、一般にその中心に、１ｍｍ２の面積を有する孔が形成された。これらの結果は、捨てバルブとして加熱器を使用することができることを示している。この実施形態では、調製されたチャンバーから成るプラットホームを回転中心からの半径Ｒで終結するチャンネルに接続した。その後、チャンネルのこの末端部をチャンネル終結点よりちょうど下流に配列された電熱回路に結合する。別の流体工学ディスクを、第１チャンネルのまさに同じ終結点に配列されたチャンネルを備えて調製し、その後、第２チャンネルの開始点がちょうど抵抗素子の下流に配列されるように、この電熱回路に結合した。プラットホーム層をともに結合した後に、抵抗素子はプラットホームの異なる層の中の２つのチャンネル間で配列され、その結果、抵抗素子を介しての加熱が２つのチャンネルを結合し、プラットホームの異なる層で１つのチャンバーから他のチャンバーまで流体が流動できるようにする。
【０３００】
（実施例１５）
流体を熱する抵抗性加熱器の使用
さらに、本発明の抵抗性加熱器は、本発明のプラットホームのインキュベーションチャンバーまたは他のミクロ流体工学構成部分内の流体を加熱するために用いる。図９２で示したように、形成された抵抗性加熱器中の接点３１と接点３３の間に直流４０Ｖの電圧を印加し、約６５μＬの水を含んでいる流体チャンバーがそこで熱接触された。さらに水の温度をモニターするために流体チャンバーにサーミスタを設置し、プラットホームを約５００ｒｐｍで回転した。その結果を図１００に示す。定常状態温度が約２００秒後に得られた。約５００秒後、プラットホームの回転は継続したままで、加熱器は切った。図１００に示した結果は、本発明の抵抗性発熱素子が約５０℃までこの水サンプルを加熱することができ、約１０分間この温度が保持できたことを示しており、しかも、回転するプラットホームの対流冷却が抵抗性加熱器の停止後１〜２分以内に周囲温度まで温度を下げることがわかった。
【０３０１】
さらに、この実験は、抵抗性発熱素子を継続して活性化することにより、回転するプラットホーム内で温度を急速に循環することができることも示している。
【０３０２】
（実施例１６）
感温素子としての抵抗性加熱器の使用
スクリーン印刷ＰＴＣインクが他のインクより温度による抵抗に大きな変化を示すので、これらのインクをスクリーン印刷回路上の温度を測定するのに使用することができる。
【０３０３】
この実施形態では、温度検出装置を抵抗性発熱素子と同様にスクリーン印刷するが、これは熱を発生させるために素子に電圧を印加するというよりはむしろ、加熱した結果、抵抗が増加したかどうかを検出するために素子の抵抗率をサンプリングするものである。ある適用においては、加熱器および温度検出装置の両方として抵抗性発熱素子自身が使用できた。この使用においては、電熱回路は、定電圧および（僅小な）定電流モード間で切り替わる外部回路につなぐ。定電圧モードでは素子が熱くなり、定電流モードでは電圧降下が測定され、それにより温度検出する。
【０３０４】
別の適用においては、抵抗性発熱素子に対し一部分上にＰＴＣインクをスクリーン印刷する。伝導性導入部の異なるセットを使用して、抵抗性加熱器およびＰＴＣインク／感温部素子を外部回路に接続し、外部回路は抵抗性発熱素子に電圧を送り、感温素子へ僅小な定電流を送る。ＰＴＣインク成分中での電圧降下を測定することによって、抵抗素子の温度を推測する。これらの２つの回路の調整を提供することができたので、感温部を抵抗性発熱素子の温度を制御するのに利用できる。
【０３０５】
前述の開示は、本発明のある特定の実施形態を強調したものであり、その開示の変更または代替均等物はすべて本発明の意図および範囲内にあると理解するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図２】実施例１に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図３】実施例１に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図４】実施例１に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体を示する。
【図５】実施例１に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図６】実施例１に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図７】実施例１に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図８】実施例１に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体を示する。
【図９】実施例１に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図１０】実施例１に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図１１】実施例１に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図１２】実施例１に記載される微量システムプラットホームのミクロ流
【図１３】実施例２に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図１４】実施例２に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図１５】実施例２に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図１６】実施例２に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図１７】実施例２に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図１８】実施例２に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図１９】実施例２に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図２０】実施例２に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図２１】実施例２に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図２２】実施例２に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図２３】実施例２に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図２４】実施例２に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図２５】実施例２に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図２６】実施例３に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図２７】実施例３に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図２８】実施例３に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図２９】実施例３に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図３０】実施例３に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図３１】実施例３に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図３２】実施例３に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図３３】実施例３に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図３４】実施例３に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図３５】実施例３に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図３６】実施例４に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図３７】実施例４に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図３８】実施例４に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図３９】実施例４に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図４０】実施例４に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図４１】実施例４に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図４２】実施例４に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図４３】実施例４に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図４４】実施例４に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図４５】実施例４に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図４６】実施例４に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図４７】実施例４に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図４８】実施例５に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図４９】実施例５に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図５０】実施例５に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図５１】実施例５に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図５２】実施例５に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図５３】実施例５に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図５４】実施例６に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図５５】実施例６に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図５６】実施例６に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図５７】実施例６に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図５８】実施例６に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図５９】実施例６に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図６０】実施例６に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図６１】実施例７に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図６２】実施例７に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図６３】実施例７に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図６４】実施例７に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図６５】実施例７に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図６６】実施例７に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図６７】実施例７に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図６８】実施例８に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図６９】実施例８に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図７０】実施例８に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図７１】実施例８に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図７２】実施例８に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図７３】実施例８に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図７４】実施例８に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図７５】実施例９に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図７６】実施例９に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図７７】実施例９に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図７８】実施例９に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図７９】実施例９に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図８０】実施例９に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図８１】実施例９に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図８２】実施例９に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図８３】実施例９に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図８４】実施例９に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図８５】実施例９に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図８６】実施例９に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図８７】実施例９に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図８８】実施例９に記載される微量システムプラットホームのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図８９】図８９は、実施例８に記載される微量システムプラットホームの複数の混合チャンバーのミクロ流体工学アレイを図示する。
【図９０】図９０は、本発明の電気的スピンドルを図示する。
【図９１】図９１は、実施例１０に記載されるとおりの抵抗加熱要素のスクリーン印刷を図示する。
【図９２】図９２は、実施例１０に記載されるとおりの抵抗加熱要素のスクリーン印刷を図示する。
【図９３】図９３は、実施例１０に記載されるとおりの抵抗加熱要素を用いた様々な電圧で作成された温度の時間依存性を示すグラフを図示する。
【図９４】図９４は、実施例１０に記載されるとおりの抵抗加熱要素を用いた様々の電圧で作成された温度の電圧依存性を示すグラフを図示する。
【図９５】図９５は、実施例１０に記載されるとおりの抵抗加熱要素を用いた加熱における距離依存性を示すグラフを図示する。
【図９６】図９６は、実施例１１に記載されるとおりのワックス弁に連絡した抵抗加熱要素のスクリーン印刷を図示する。
【図９７】図９７は、実施例１１に記載されるとおりのワックス弁に連絡した抵抗加熱要素のスクリーン印刷を図示する。
【図９８】図９８は、実施例１１に記載されるとおりのワックス弁に連絡した抵抗加熱要素のスクリーン印刷を図示する。
【図９９】図９９は、実施例１１に記載されるとおりのミクロ流体工学アレイでのワックス弁を融解させ、そして流体を制御するスクリーン印刷した抵抗加熱要素の使用法を図示する。
【図１００】 図１００は、実施例１５に記載されるとおりのスクリーン印刷した抵抗加熱要素を使用して温度を循環させることができることを示すグラフである。

Claims (8)

  1. 第一の平坦で平面の表面およびそれに対峙する第二の平坦で平面の表面を有する基板を含み、各表面はプラットホームが回転される中心を含む、回転可能な微量システムプラットホームであって、
    第一の表面は、
    ａ）注入口、
    ｂ）注入口と流体的に連結しており、プラットホームの中心から放射状に伸長してプラットホームの中心に向かって近傍に配列された第一の末端およびプラットホームの中心から遠方に配列された第二の末端を規定する第一のキャピラリー；第一のキャピラリーは流体的に、
    ｃ）プラットホームの表面において第一のキャピラリーに等しいかまたはより大きな深さを有し、プラットホームの中心から注入口より遠くの位置に放射状に位置決めされる第一の流体チャンバーに連結しており、及び
    ｄ）キャピラリー接合部は、第一のキャピラリーおよび第一の流体チャンバーの接合部において形成され、これにより、注入口にてディスクに載せられた流体は、キャピラリー作用によって第一のキャピラリー及び第一の流体チャンバーの接合部に流れ；及びプラットホームの回転により、第一の流体チャンバーへの第一のキャピラリー中の液体の容積の液体移動を誘導し、さらに空気交換チャンネルを含み、これにより流体運動によって交換される空気はプラットホームの表面に排出され；
    捨てバルブはキャピラリー接合部に近接した第一のキャピラリーに位置し、捨てバルブの解放により第一のキャピラリーから第一の流体チャンバーへ液体が０でない回転速度において流れ；微量システムプラットホームはさらに、捨てバルブと熱的接触する発熱素子を含み、発熱素子は捨てバルブを解放する、回転可能な微量システムプラットホーム。
  2. 前記捨てバルブは熱活性化ワックス弁であって：
    ａ）チャンネルまたはキャピラリーのルーメンを埋めるために位置決めされた容量の固形、半固形または粘性液状炭化水素
    ｂ）流体的に接触してチャンネルまたはキャピラリーに位置決めされたワックス再結晶化チャンバーであって；再結晶チャンバーはワックス弁よりプラットホームの中心から遠い距離に放射状に位置決めされる；
    ｃ）スクリーン印刷され、ワックス弁及び再結晶チャンバーの少なくとも一部と熱的に接触する抵抗加熱要素であって；抵抗加熱要素は電源と電気的に接触し；ワックス弁を溶解するに十分な熱を生成する抵抗加熱要素に、電圧をかけることにより抵抗加熱要素を加熱し、及びプラットホームの回転により、溶解したワックス弁がワックス再結晶チャンバーに誘導され、及び抵抗加熱要素はチャネル又はキャピラリー及び再結晶チャンバーの一部を加熱し、これにより溶解したワックス弁は第一のチャネル又はキャピラリーにおいて再結晶化せず、これにより第一のチャネル又はキャピラリーのルーメンを埋めない、請求項１の微量システムプラットホーム。
  3. 抵抗加熱要素は、
    ａ）導体インクおよび抵抗インクでスクリーン印刷できる電気的に不活性な基板；
    ｂ）パターンでスクリーン印刷した導体インク；及び
    ｃ）導体インクパターンの上にパターンでスクリーン印刷された抵抗インク；を組み合わせて含み、
    抵抗インクは導体インクと電気的に接触しており、および導体インクを越えて印加された電気的能力により電流は抵抗インクを越えて流れ、抵抗インクは熱を発生する、請求項１の微量システムプラットホーム。
  4. 導体インクは、デュポン５０２８、デュボン５０２５、アケソン４２３ＳＳ、アケソン４２６ＳＳおよびアケソンＳＳ２４８９０から構成される群から選択される銀導体インクである、請求項３に記載の微量システムプラットホーム。
  5. 抵抗インクが、デュポン７０８２、デュボン７１０２、デュボン７２７１、デュボン７２７８およびデュボン７２８５から構成される群から選択される、請求項３に記載の微量システムプラットホーム。
  6. 抵抗インクはＰＴＣインクである、請求項３に記載の微量システムプラットホーム。
  7. さらに、抵抗加熱要素は、抵抗インクパターンおよび導体インクパターンの上にスクリーン印刷された誘電性インクを含む、請求項３に記載の微量システムプラットホーム。
  8. 請求項１の微量システムプラットホームを回転するための遠心分離装置であって、
    遠心分離装置のモーターに機械的及び操作可能に取り付けられた軸を有し；軸は遠心ローター用の電気的軸であって：
    ａ）第一の電気的に非導体のプレートであって、機械的軸に操作可能に取り付けられた第一の側を有し、第一の側に対峙する第二の側を有し、第二の側に；
    ｂ）電気的に非導体のプレートに埋設された第一端を有する複数の電気的に導体の端子；を埋設し、
    ｃ）電気的導体及び非導体プレートの交互のアレイであって、そこを通過する導体の端子を有し、各導体のプレートは導体端子の１つと電気的に接触し、導体端子は１より多い導体プレートと電気的に接触せず、これにより電気的に導体のプレートはお互いから絶縁されており、
    ｄ）電気的に導体のプレートであって、第一の電気的非導体プレートに対峙する交互アレイの端部において、そこを通過する導体端子を有し、各電気的に導体の端子は遠心的に誘導された請求項１の微量システムプラットホームにおいて電気的接点と電気的に接触し、及び各電気的導体のプレートは電気的に、
    ｅ）ブラシからの電気的信号を電気的導体のプレート及び電気的導体の端子の一つに変換する電気的導体のブラシ、と接触し、これにより電気的信号を回転微量システムプラットホームに変換する、遠心分離装置。
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