JP4142280B2 - 流体の分析及び流体の制御された搬送のための装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体の分析のための装置に関し、この装置は、少なくとも注入区分と、分析区分と、チャネルのシステムとを有し、選択的に廃棄物区分を有している。この装置は、装置内での流体の効率的な搬送、受渡し及び移動を可能にする。特に、本発明は、分析及びその他の用途のための装置における流体の制御された搬送及び移動のための流体微小構造を提供する。本発明は、以下に説明される、流体の搬送の性能を高めることができる１つ又は２つ以上の特徴を有しており、これらの特徴は、プリシュータ停止構造と、バタフライ構造と、カスケード構造と、廃棄物チャンバ入口と、毛管被駆動試料入口チャンバと、毛管停止構造と、分岐流過機構と、疎水性の排気口とを指す。
【０００２】
【従来の技術】
バイオアレイ技術の発展は、生物学的リサーチが行われる方法に革命を起こすことを約束する。バイオアレイでは、生体分子のライブラリが小さなスライド又はチップ上に固定されるが、バイオアレイにより、極めて多数のアッセイを微小なスケールで同時に行うことができる。これにより、リサーチャは１つの試料から大量の情報を迅速に得ることができる。多くの場合、バイオアレイタイプ分析は、従来の生物学的技術を用いては不可能である。これは、試験されている試料の入手困難性と、大規模な分析を行うために必要な時間及び出費とによる。
【０００３】
分析のための基板プラットフォームとしてのバイオアレイ又はチップは、材料の分析及び決定が行われる方法を将来変革し続けるであろう。極めて少量の試料しか利用できずに容易かつ迅速な分析が必要とされるような様々な分野において、低コストのチップが確立されるであろう。例えば、このような分野は、医学、臨床、生化学、化学、環境、食品、工業分析を含んでいてよい。これらの分野の多くにおいては、従来の研究室技術を用いては分析は制限される又は不可能でさえある。これは、極めて時間がかかりかつ高価な作業であることと、大きな試料容積を必要とすることとによる。
【０００４】
バイオアレイはパワフルなリサーチ手段であるが、多くの欠点を有する。例えば、バイオアレイは、高品質のアレイを繰り返し製造することが困難であるため、製造が高価となる傾向がある。また、バイオアレイ技術は、所望の実験を行うために必要な感度及び一貫した結果を常に提供することができるわけではない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、分析チップを含む、様々な微小分析に利用可能な、バイオアレイを使用した効率的な実験のための液体の効果的な搬送、デリバリ及び除去を可能にする改良された装置を提供することが望ましい。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、流体の効率的搬送のための新規の流体装置を提供する。本発明の装置は、バイオアレイ又はマイクロチップを使用する分析的研究及びその他の用途に適切に用いられる。
【０００７】
本発明の装置は、装置構造内の流体搬送の性能を高めることができる１つ又は２つ以上の特徴を有しており、これらの特徴は、通常、プリシュータ停止構造、バタフライ構造、カスケード構造、廃棄物チャンバ入口、毛管被駆動試料入口チャンバ、毛管停止構造、分岐流過構造及び疎水性の排気口を指す。
【０００８】
分析的用途に利用される微細構造の装置を含む本発明の有利な装置は、充填区分と、分析区分と、廃棄物区分とを有している。概して本発明による有利な装置は、装置構造内の流体搬送の性能を高めることができる１つ又は２つ以上の特徴を有しており、このような特徴は概して、試料入口チャンバ（例えば毛管駆動試料入口チャンバ）と、バタフライ構造と、分岐流過構造と、カスケード構造と、プリシュータ停止構造と、毛管停止構造（例えば、選択的に蒸発ストップを備えた流れゲート）と、排気口（例えば疎水性の排気口）と、廃棄物出口と、廃棄物収集チャンバと、廃棄物収集チャンバへの廃棄物入口とを指す。
【０００９】
充填区分は、入口ポートと、入口チャネルと、充填チャンバと、出口チャネルとから成っている。入口チャネルは入口ポートを充填チャンバの一端に接続させており、充填チャンバの容積は、流体試料の容積全体又は実質的に全体（例えば少なくとも約９５体積％）を収容するように十分に大きいと有利である。出口チャネルは、充填チャンバの他方の端部（入口チャネルとは反対側の端部）を分析区分に接続させていると有利である。
【００１０】
分析区分はチャネルから成ることができ、チャネルの入口は充填区分に接続されている。分析区分のチャネルの容積は、充填チャンバの容積よりも小さいと有利である。分析区分に配置されたチャネルの断面、長さ及び形状は、装置の使用目的に適応される。
【００１１】
廃棄物区分は、少なくとも、分析区分から排出された流体のための出口を有している。廃棄物区分は、さらに、分析区分から流出した流体を収集するための廃棄物チャンバと、分析区分の出口と廃棄物収集チャンバとの間の接続チャネルとを有することができる。
【００１２】
充填区分と、分析区分と、廃棄物区分とは、これらの区分を通る流体の正確に制御された搬送のための様々な構造を有することができる。
【００１３】
別の詳細において、本発明の装置のプリシュータ停止構造は、導入された流体が装置内で流れチャネル縁部に沿って流れチャネルの中間領域よりも速く流過する望ましくない縁部流体流れを抑制することができる。プリシュータ停止構造は、流れチャネルの不規則な形状の縁部、特に三角形又は鋸歯状の縁部を有しており、この縁部により、流れチャネルを通る均一な進行流れ線が生じる。
【００１４】
本発明の装置のバラフライ構造及びカスケード構造は、より狭い流れ領域から比較的広い流れ領域へ進入する流体流れのより均一な広がりを提供することができる。ここで言うバタフライ構造は、１つの流れチャネルから出現する、流れチャネルの対称的なＶ字形又はデルタ形の対である。これらの２つのチャネルは、流体を２つのチャネルへ流入させる又は供給する１つのチャネルと同じ断面積を有している。２つのチャネルは、これらのチャネルに流体を供給する１つのチャネルに共通のＶ字形のフロントを提供する。
【００１５】
ここで言うカスケード構造は、段部（テラス）を備えた三角形の構造を含んでおり、これらの段部の深さは三角形の頂点に向かって増大しており、これにより毛管力は減少している。この構造により、流体は次のレベルへ流入する前に各レベル又は段部を充満することができ、やはり流体の均一な広がりを促進する。
【００１６】
本発明の装置は、廃棄物構造に接続された流体入口を有することもでき、前記廃棄物構造は、使用済みの試験試料、洗浄流体等を受け取る。廃棄物チャンバ入口は、切欠きでグレード付けされた入口ネックを有しており、前記切欠きは、廃棄物チャンバに収容されたフリース等の流体吸着材料に接触しこれに付着することができる。
【００１７】
本発明の装置は、装置を通る流体の毛管流れを促進する流体収容チャンバを有していてもよい。収容チャンバは、例えば、幅が装置内に向かって減少した鉛直の楔形スロットであるか、装置内に向かって直径が減少した漏斗状の入口であることができる。流体は、収容チャンバ内にピペットで提供される又はその他の方法で導入され、これにより、毛管力を介して装置内を流過することができる。
【００１８】
本発明の装置はさらに毛管停止構造を有していてよく、この毛管停止構造により、毛管流体流れは、所定の箇所で実質的に中断される。毛管停止構造は、高い毛管力の流れチャネル又は空間の端部における低い毛管力の流れチャネル又は空間、又は、高い毛管力の２つのチャネルの間の低い毛管力の流れチャネルを含んでいる。流体は、高い毛管力のチャネルの端部において停止し、低い毛管力の流れ空間へ進入しない。
【００１９】
本発明の装置は、さらに排気口を有していてよく、この排気口は、疎水性で空気透過性の材料によって塞がれている。この材料は、疎水性のポリマフリット又はポリマ膜であると適切である。このようなキャップにより、空気が装置から脱出することができ、また流体が装置を充填する時に空気が流体から脱出することができる。キャップは、装置流路の充填時に流体のためのストッパとして、また装置を流体で充填するためのマーカとして働くこともできる。
【００２０】
本発明の流体装置は、閉鎖されたシステムであり、すなわち、流体は、覆われたコンパートメントに流入する。前記のように、装置は、液体をコンテナに導入しかつ空気をコンテナから放出するためのポートを提供する。これらのポートは、流体流れシステムに接続しており、この流体流れシステムは、毛管力によって動作することができると有利である。装置は、出口ポートをも有していてよく、この出口ポートは、コンテナ内の廃棄物チャンバと適切に接続されており、廃棄物チャンバは、廃棄物材料を排出及び収容するために設けられている。
【００２１】
充填区分の機能及び効果は以下のように適切に提供される。所定の容積の流体試料が、例えばピペットを使用することによって入口ポートへ導入される。ピペットの先端部は、漏斗状の入口ポートへ隙間なく押し込まれることができる。流体は、必要であればピペット内の流体に圧力を加えることによって、接続チャネルに、充填チャンバへの入口ポートから進入する。充填チャンバに流体が充填されると、ピペットを抜出することができる。
【００２２】
充填チャンバの充填及びこれに続く分析区分の充填及び廃棄物区分の選択的な部分的な充填の間、空気はチャネル及び中空空間から排気口を介して適切に排出される。
【００２３】
充填区分により、毛管力のみによって又は外部力を加えることによって分析区分の明確な充填が可能になる。充填区分の配列により、オペレータのスキルに拘わらず、気泡を発生することなしに分析区分を完全に充填することができる。
【００２４】
充填チャンバの容積は、装置の設計に応じて、約１〜約１０００マイクロリットル、通常約１〜約１００マイクロリットルで広範囲に変化することができる。
【００２５】
分析区分の機能及び効果は以下のように適切に提供される。分析区分は、本質的に、所定の長さと、断面と、断面形状とを有する閉鎖されたチャネルから成る。様々な設計、例えば直線的な中空のチャンバ又は湾曲したチャンバが適切である。分析区分の出口を別の流体構造に接続することができる。分析区分の中空空間は、チャンバ幅とチャンバ長さとの比及び流体の特性に応じて、毛管力によって及び／又は付加的に能動的な流れ推進によって、充填することができる。
【００２６】
分析区分の中空空間内では、例えば化学反応、生物反応、ハイブリダイゼーション又はその他の効果が生じることができ、これにより、分析区分に包含された流体の有利には光学的特性を変化させる。このような特性は公知の光学的方法によって検出することができる。
【００２７】
廃棄物区分は、分析区分から流出する流体を除去するために、有利にはこのような流体を廃棄物チャンバに収集するために決定されている。
【００２８】
本発明の装置は、１つ又は２つ以上、有利には２つ以上又は全ての前記特徴を有していてよい。これらの特徴は、すなわち、プリシュータ停止構造、バタフライ構造、充填区分、分析区分、カスケード構造、廃棄物チャンバ入口、毛管被駆動試料入口チャンバ、毛管停止構造、分岐流過構造、疎水性の排気口、本明細書に言及されたその他の特徴である。
【００２９】
本発明の装置は、装置に導入される生体分子（核酸、ペプチド及び同様のものを含む）を含む用途又はアッセイに適切に使用される。
【００３０】
【発明の実施の形態】
前記のように、本発明の装置は、装置構造を通る流体伝達の性能を高めることができる１つ又は２つ以上の特徴を有しており、このような特徴は、概してここでは、プリシュータ停止構造（図２ａ及び図２ｂに２１０で示した）、バタフライ構造（図１に１２０で示した）、カスケード構造（図３ａに３１０で示した）、廃棄物チャンバ入口（図４Ａに４１０で示した）、毛管被駆動試料入口チャンバ（図４Ａ〜図４Ｃに１３０で示した）、毛管停止構造（図５Ｃに５１０で示した）、分岐流過構造（図２Ａに２２０で示した）、及び疎水性の排気口（図５Ａ〜図５Ｃに５２０で示した）である。前記排気口が、装置内の流体から気泡を分離することができるように位置決めされている。
【００３１】
本発明の流体装置は、ガラス、石英、シリコーン、ポリマ、ゲル、プラスチック、樹脂、カーボン、金属、メンブレン等の様々な材料から、又はポリマーブレンド、ポリマコーティングされたガラス、酸化珪素でコーティングされた金属等の複数のタイプの材料の組合せから形成されていてよい。
【００３２】
流体装置は、基板の容易な操作を可能にするために、また、様々な標準的な研究室装備（マイクロタイタープレート、マルチチャネルピペッタ、顕微鏡、インキジェットタイプアレイスポット、ホトリソグラフィアレイ合成機器、アレイスキャナ又はリーダ、蛍光検出器、赤外線（ＩＲ）検出器、質量スペクトロメータ、サーモサイクラ、高スループット機械、ロボット等）との両立性を可能にするように、様々な形状及びサイズに製造されてよい。例えば、流体装置は、あらゆる便利な形状（正方形、方形、円形、球形、ディスク状、スライド、チップ、フィルム、プレート、パッド、チューブ、ストランド、ボックス等）を有するように製造されていてよい。有利には、流体装置は、実質的に平坦であり、操作を容易にするために選択的な突出した、凹んだ又は窪んだ領域を備えている。
【００３３】
本発明の流体装置は、この分野で知られるあらゆる方法によって製造されてよい。例えば、製造の方法は、レーザミリング、高温エンボシング、機械的切削又はエッチングを含んでいてよい。有利な実施例においては、プラスチック製の流体装置は射出成形を使用して製造される。
【００３４】
前記のように、本発明の流体装置は、閉鎖された構成として製造されている。閉鎖された構成により、基板は、実質的にシールされたコンテナ内に包囲され、試料の注入及び洗浄のための一体化された微小流体構造（microfluidic structures）を有していることを意味する。
【００３５】
前記のように、装置を通る流体の搬送は、毛管力を介して生じることができる。流体は、流体を装置システムに通過させる例えば外部から加えられる押圧力で又は遠心力、重力、電気的力、浸透力、電気浸透力及びその他の力、を介して装置システム内を搬送されることができる。このような流れの推進力は、個々に又は互いに様々な組合せとして提供することができる。
【００３６】
図１は、本発明の典型的な装置１００を示しており、この装置１００は、試料を注入するための入口ポート１１０ａと、バッファ洗浄のための及び洗浄又は装填時に排気するためのポート１１０ｂとを有している。入口ポートは、分析領域を汚染することなく試料を注入しかつ洗浄することができるように、様々な構成で配置されていてよい。前記のように、試料ポートは漏斗状であり、この場合、漏斗の広い端部がケーシングの外側に面しており、狭い端部がケーシングの内側に面しており、これにより、閉鎖されたスライド内への液体の導入を容易にする。
【００３７】
装置は、一体的な廃棄物チャンバ４２０と、装置内に配置された廃棄物チャンバへの入口ポート４１０とを有していてよく、この場合、入口の内壁は、布、フリース、吸取り材料等の吸着材料を廃棄物チャンバ内に掴持するために切欠きが設けられている。吸着材料は、排気流体を吸収し、廃棄物材料が分析領域１４０へ逆流するのを妨げることができる。
【００３８】
具体的には、流体システムを排気チャンバ内のフリース又はその他の吸着材料と適切に連結するために、廃棄物チャンバ入口のネックは、切欠きを有する構造のゾーン４３０、有利には星形のゾーンを有している。このような切欠きは、接続エレメントとして機能することができ、この接続エレメントは、入口と吸着材料との接触面積を増大させる。楔形の切欠きは、毛管力により初期的な吸着力を生ぜしめる。
【００３９】
前記のように、出口ポート５２０は、疎水性でかつ空気透過性の材料によって適切に被覆されており、これにより、流体を逃がさないようにしながら空気を装置から逃がすことができる。
【００４０】
流体装置、特に、バイオアレイを用いるような微小の分析において使用する流体装置においては、流体の流れを狭幅なチャネルから幅広の領域へ均一に分散させる必要がある。しばしば、流体を、極めて種々異なる断面を有する構造の間に、例えば進入チャネルと、ハイブリダイゼーション領域又は反応チャンバとの間に、分散させる必要がある。
【００４１】
図２及び図３は、前記困難を解決するために本発明の流体搬送システムが、チャネルのバタフライ構造１２０及びカスケード構造３１０を有していることを示している。バタフライチャネルシステム及びカスケードチャネルシステム又は両者の組合せにより以下のことが可能となる：
・流体を均一なフィルムを形成するように均一に分散させる
・反応チャンバ（例えばハイブリダイゼーションチャンバ）において表面を均一に湿らせる
・流体が、分析及び／又は反応及び／又は検出及び／又は指示領域内に、２つのプレート（蓋と基板プラットフォームのベース）の間を均一な流れプロフィルで進入する
・後に（分析領域の後）液体を均一に狭める（再合流させる）。
【００４２】
バタフライ構造は、分岐の対称的なデルタ（三角形）構造のチャネルシステム１２０であり、この場合、断面積は一定である（分岐路の数が増加するに従いチャネル深さが減少しかつチャネル幅が増大する）。これは、第１の単一の流れチャネルの断面積と、別個の流れチャネルの合計の断面積とが、実質的に同じであることを意味する。バタフライチャネルシステムは、木構造の広い端部においてＶ字形の境界線２３０によって開始及び／又は終了している
【００４３】
一定の断面積は、一定の流量と、増大する毛管力とを提供することができる。Ｖ字形のフロントラインは、スマイリング効果を排除することを助け、不均一なチャネル深さにより、流体は均一な膜に分散することができ、これにより、分析領域内への流体の均一の流れを達成し、スマイリング効果を減少させる。スマイリング効果は、Ｖ字形によって逆の流れプロフィルを生ぜしめる（anti-smilingtree）。Ｖ字形のフロントラインの中央における突端は、尖鋭であっても丸味を帯びていてもよい。分析領域等の領域を充填する場合に使用することに加え、バタフライ構造は択一的に流体の流れを狭めるために使用することもできる。
【００４４】
本発明の有利な流体搬送システムは、同様の構造の付加的なチャネルシステムをも有していてよく、この場合、三角形の頂点に向かって深さが増大した（毛管力が減少した）段部（テラス）３１０を備えた三角形の構造は、流体流れの均一の分散又は集束を可能にする。カスケードは、種々異なる深さひいては種々異なる毛管現象（毛管力）を備えた少なくとも２つの領域から成っている。その結果、流れる流体は、次のテラスへ上昇又は下降する前に完全に各ステップを充満する。カスケード状のテラスの縁部は、廃棄物チャンバへの入口に関して本願において説明しているように、次のテラスをより容易に濡らすために切欠き３２０を有していてよい。切欠きは、約１〜約１５０゜の角度を有していることができる。
【００４５】
前記のように、本発明の有利な流体搬送装置は、流体マイクロ装置において流体を分散させることに関する困難を解消するためにプリシュータ停止構造２１０を有していてよい。流体が２つのプレート、例えば流体装置の蓋とベースとの間の広いが極めて狭い領域に進入するならば、液体は、縁部の角隅における毛管力がより大きな領域のために、領域の中央よりも縁部においてより速く流れる傾向がある。「プリシュータ」は、液体が縁部に沿って極めて速く流れると生じる。さらに、「スマイリング効果」は、例えば分析領域における流れる流体のフロントラインが、均一でなくかつ定常なフロントラインを欠落し、笑顔のように湾曲していることを意味する。
【００４６】
本発明の有利な装置は、１つ又は２つ以上のプリシュータ停止構造２１０（図２参照）を有しており、このプリシュータ停止構造は、望ましくないプリシュータの発生を回避し、均一な流体の前線を提供することができる。プリシュータ停止構造は、流れチャネルの壁部に沿って位置決めされた不規則な形状の構造、有利には三角形又は鋸歯状の構造であり、これにより、広く平坦な領域（例えば分析領域）におけるプリシュータを回避し、この領域内への及びこの領域を通る均一な液体流を形成する。プリシュータ停止構造は、不連続部を介して縁部に沿って毛管力を妨害する。臨界的な位置（例えば、バタフライ構造の端部とハイブリダイゼーションチャンバの開始部との間の境界のそれぞれの側）に１つのプリシュータ停止構造のみを配置することができる。さらに、図２に示したように、領域（例えば分析領域１４０）の境界に沿って２つ以上のプリシュータ停止構造２１０を配置することもできる。プリシュータ停止構造の機能は、歯（突起）の角度及び高さに依存する。なぜならば、停止構造の高さが大きい程、妨害力が生じるからである。前記プリシュータ停止構造が、約１〜約１２０゜の角度と、約１μｍ〜約３ｍｍの高さとを有することができる。
【００４７】
装置の付加的な構造は、装置における流体の効率的な進入及び分散を達成するために使用されてもよい。図４に示したように、流体構造を流体で充填するために、「毛管被駆動試料入口チャンバ」１３０が有利である。このチャンバは、装置にピペットで提供される流体を入口ポートに初期的に保持することができる。このチャンバから、装置に設けられた流体チャネルは、毛管作用を維持するために所要の程度にまで液体で連続的に充填されることを必要とする。このことは、試料入口チャンバを使用することによって解決された。試料入口チャンバは、少なくとも１つの鉛直方向の楔形の毛管切欠き４４０を有しており、この毛管切欠き４４０はチャンバの底部から上部にまで延びており、これにより流体装置のチャネル４５０及び分析領域１４０を流体で連続的に充填することができる。チャンバの内容物がチャネルシステムを充填し、このチャネルシステムは鉛直方向の切欠きの毛管力によって駆動される。毛管力は切欠きの角度に応じて変化することができる。
【００４８】
流体装置においては、処理中に流体を所定の箇所で停止させかつ液体を所定の位置に所定の時間だけ保持することが必要である。このような要求は、例えば、加熱又は冷却等の化学反応又は物理的処理中に生じる。加熱中には、流体の熱膨張を考慮しなければならず、この熱膨張は、通常の毛管力よりも大きな力を生ぜしめる。
【００４９】
このような要求に対処するために、本発明の有利な流体搬送装置は、「毛管停止構造」５１０を有している。毛管停止構造は、種々異なる毛管力を備えたチャネルの移行区分から成っている。このようなエレメントは、高い毛管力を備えた２つのチャネルの間における小さな毛管力のギャップから成っている。流体の流れは、第１のチャネルの終末において終了し、ギャップに進入しない。
【００５０】
毛管停止構造の有利な使用例は、例えば図５に示したように廃棄物入口４１０の前におけるような、２つの毛管停止構造５１０の組合せである。第１の毛管停止構造は、装置の充填中に液体を停止させるのに対し、第２の毛管停止構造は、分析又はアッセイ反応に必要な加熱ステップ等の方法の間流体を停止させる。毛管停止構造のこのような組合せは、流体の熱膨張の前及び後に流体を停止させることができる。
【００５１】
付加的な停止構造が、所望の領域、例えば入口チャンバと洗浄バッファ入口との間に設けられていてもよい。この停止構造は、流体が充填チャンバから後方へバッファ入口内へ流れることを防止する。
【００５２】
毛管停止構造とは逆に、装置は、「反停止」構造を有していても有利であり、この反停止構造は、流体の分割と、分岐部を通る連続的な流れとを可能にする。通常条件下では、Ｔ字形分岐部を使用して液体流れを分割することは、チャネルの必然的な広がりのために、不確実である（Ｔ字形分岐部は前記のように停止構造のように働く）。したがって、流体は毛管力のギャップに停止する。
【００５３】
図２に示したような「反停止」構造２２０の利点は基本的に、分岐部の形状、すなわちチャネルシステムのＹ字形ブランチによって与えられる。不適切なＴ字形分岐部とは対称的に、本発明は、湾曲したＶ字形の分岐部（Ｖ字形構造）を提供し、この場合、Ｖ字の先端が入口（ソース流体流れチャネル）内へ深く食い込んでいる。Ｖ字の先端は、分岐部の内側の三角形の尖鋭な構造であることができる。Ｖ字の先端が流体源内へ食い込んでいる（ひいてはＹ字形構造を形成している）ので、毛管力は従来のＴ字形分岐部のように妨害されず、流体は流れ続ける。
【００５４】
図６Ａは、微細構造装置を示しており、この微細構造装置は、充填チャンバ７１４への入口に設けられた入口ポートと、充填チャンバ７１４の出口と分析区分のチャネルへの入口とに接続した毛管７１７と、２つの微細チャネルの間に設けられたチャネル９１３と、切欠きを備えた廃棄物チャンバ入口９１６とを有している。
【００５５】
図６Ｂは、図６Ａの配置とは異なる択一的な適切なフォーマットでエレメントの配列を備えた微細構造装置を示している。
【００５６】
図６Ｃは、Ａ−Ａ線に沿って見た図６Ａの装置の断面図を示している。
【００５７】
図７は、有利な典型的な充填区分を示している。ピペットの先端部を取り上げるように設計された漏斗状の入口ポート７１１は、底部チャネル７１２と鉛直方向チャネル７１３とを介して充填チャネル７１４の一端に接続されている。充填チャンバの底部には、充填チャンバの全長に亘って延びたＶ字形の溝が設けられている。充填チャンバから接続毛管７１７への移行箇所には毛管段部７１６が設けられている。
【００５８】
図７Ａに示されたエレメントは、プラットフォーム７２１上に配置されている。このプラットフォームの上側は、カバープレート７２２によって被覆されており、カバープレート７２２は、入口ポートと排気口とを除いて、上面及びこの上面に配置された全てのエレメントを被覆している。
【００５９】
底部チャネル７１２は、プラットフォーム７２１の底面に設けられたカバープレート７３１によって被覆されている。
【００６０】
図８は、分析区分のチャネル８１１の一部を示しており、分析区分の入口は毛管７１７を介して充填区分に接続されている。毛管７１７からチャネル８１１への移行箇所には毛管段部８１２が設けられている。
【００６１】
湾曲部８１３におけるチャネル８１１の幅は、チャネル８１１の直線的な部分の幅よりも小さい。
【００６２】
図９は、分析区分の下流に位置決めされた有利な典型的な毛管停止構造を示している。比較的幅広の接続毛管９１１は、狭幅なオリフィスを有する短い微細チャネル９１２へ変化しており、この微細チャネル９１２の後には、幅広のチャンバ９１３と、別の短い微細チャネル９１４と、廃棄物出口チャネルとして使用される比較的幅広の接続毛管９１５とが続いている。接続毛管９１５は、入口９１６を介して廃棄物チャンバ（図示せず）に接続することができる。廃棄物チャンバ入口は切欠き９１７を有することができる。廃棄物チャンバ入口は、プラットフォーム７２１の一体的な中空の空間であることができる。
【００６３】
エレメント９１２、９１３及び９１４は、流れ制限部若しくは「流れゲート」及び流体をゲートするための毛管停止構造として働くことができる。これらのエレメントは、微細チャネル９１２及び９１４の横断面が減じられていることにより及びこれらの微細チャネルの間の幅広のチャンバ９１３の比較的大きな容積とにより、接続毛管９１１と接続毛管９１５との間に設けられた拡散バリヤとして作用することもできる。
【００６４】
これに対して、エレメント９１２、９１３及び９１４を充填区分の末端に位置決めすることができる。この場合、図９の接続毛管９１５は、図８の接続毛管９１７に相当し、図９の接続毛管９１１は、図７Ａの充填チャネル７１４の一端に接続される。したがって、充填区分から分析区分への流体の流入が制限され、分析区分に存在する流体との充填区分からの残りの流体の「クロストーク」が減じられる。
【００６５】
幅広のチャンバ９１３は、流体のための蒸発チャンバとして働くことができる。このことは、例えば大きな温度変化が生じる標準的なハイブリダイゼーションプロトコルが行われる場合に特に重要である。標準的な分子生物学からの例は、ポリメラーゼ連鎖反応等の核酸の複製のためのサーモサイクリングプロセスの使用であり、この場合、ハイブリダイゼーション処理中に２５〜９０℃の温度変化が加えられる。
【００６６】
図１及び図６に示された本発明による装置の典型的な寸法は：幅 約２５ｍｍ、長さ 約７５ｍｍ、厚さ 約２ｍｍである。図６に示したチャネル８１１の典型的な寸法は、幅 約３ｍｍ、高さ 約５０μｍである。図１の分析領域１４０におけるチャネルの典型的な寸法は、幅 約２０ｍｍ及び高さ 約７５μｍである。
【００６７】
本発明を有利な実施例を引用して詳細に説明した。しかしながら、当業者は、この開示を考慮することによって、発明の思想及び範囲内で修正及び改良を行っていよいことが認められる。
【図面の簡単な説明】
【図１】分析のために使用する典型的な微細構造装置を示す上面図である。
【図２】典型的なバタフライ構造１２０と、プリシュータ停止構造２１０と、分岐流過構造２２０とを示す図である。
【図３】種々異なる深さのテラス３１０と切欠き３２０とを備えた典型的なカスケード構造を示す図である。
【図４Ａ】毛管被駆動試料入口チャンバ１３０と廃棄物チャンバ入口４１０とを示す底面図である。
【図４Ｂ】毛管被駆動試料入口チャンバ１３０と廃棄物チャンバ入口４１０とを示す縦断面図である。
【図４Ｃ】毛管被駆動試料入口チャンバ１３０と廃棄物チャンバ入口４１０とを示す上面図である。
【図５Ａ】廃棄物チャンバ入口４１０の前における典型的な毛管停止構造システム５１０と、疎水性の孔５２０とを示す底面図である。
【図５Ｂ】廃棄物チャンバ入口４１０の前における典型的な毛管停止構造システム５１０と、疎水性の孔５２０とを示す縦断面図である。
【図５Ｃ】廃棄物チャンバ入口４１０の前における典型的な毛管停止構造システム５１０と、疎水性の孔５２０とを示す上面図である。
【図６Ａ】充填区分６１０と、分析区分６２０と、廃棄区分６３０とを有する典型的な微細構造の装置を示す上面図である。
【図６Ｂ】典型的な微細構造の装置を示す図である。
【図６Ｃ】図６Ａに示した装置の断面図である。
【図７Ａ】典型的な充填区分の詳細を示す上面図である。
【図７Ｂ】図７ＡのＢ−Ｂ線に沿って見た充填チャンバの断面図である。
【図７Ｃ】図７ＡのＣ−Ｃ線に沿って見た充填チャンバの断面図である。
【図８】分析区分の一部の詳細を示す上面図である。
【図９】典型的な廃棄区分の前に設けられた典型的な毛管停止構造の詳細を示す上面図である。
【符号の説明】
１００ 装置、 １１０ａ 入口ポート、 １１０ｂ 入口ポート、 １２０バタフライ構造、 １３０ 毛管試料入口チャンバ、 １４０ 分析領域、 ２１０ プリシュータ停止構造、 ２２０ 分岐流過構造、 ３１０ カスケード構造、 ３２０ 切欠き、 ４１０ 廃棄物チャンバ入口、 ４２０ 廃棄物チャンバ、 ４３０ 切欠き構造ゾーン、 ４４０ 毛管切欠き、 ４５０ チャネル、 ５１０ 毛管停止構造、 ５２０ 出口ポート、 ６１０ 充填区分、 ６２０ 分析区分、 ６３０ 廃棄物区分、 ７１１ 入口ポート、 ７１２ 底部チャネル、 ７１３ 鉛直チャネル、 ７１４ 充填チャネル、 ７１６ 毛管段部、 ７１７ 毛管、 ７２１ プラットフォーム、 ７２２ カバープレート、 ７３１ カバープレート、 ８１１ チャネル、 ８１２ 毛管段部、 ８１３ 湾曲部、 ９１１ 毛管、 ９１２ 微小チャネル、 ９１３チャンバ、 ９１４ 微小チャネル、 ９１５ 毛管、 ９１６ 入口、 ９１７ 切欠き

Claims (20)

1. 流体の分析及びその他の用途のための装置において、少なくとも１つの微細構造化された充填区分と、少なくとも１つの微細構造化された分析区分と、微細構造化されたチャネルシステムとが設けられており、
   ・前記装置が、前記微細構造化された区分及びチャネルシステムを通る流体の制御された搬送のために、分岐流過構造、バタフライ構造及びカスケード構造から成るグループの少なくとも１つの流体構造を有しており、
   ・少なくとも１つの分析区分が、少なくとも一方の端部において、少なくとも１つのチャネルシステムを介して少なくとも１つの充填区分と接続されており、
   ・少なくとも１つのチャネルシステムが、少なくとも１つの充填区分においてより狭い流れ領域を有しており、少なくとも１つの分析区分において比較的広い流れ領域を有しており、
   ・チャネルが三角形の構造を有しており、該三角形の構造が、三角形の構造が拡開するに従って深さが減少する２つ以上の段部若しくはテラスを有しており、これにより、毛管力を増大させ、流体流れの均一な広がり又は再収集を可能にしている
   ことを特徴とする、流体の分析及びその他の用途のための装置。
2. 前記流体構造がさらに、少なくとも１つのプリシュータ停止構造を含む、請求項１記載の装置。
3. 前記流体構造がさらに、少なくとも１つの毛管流れ停止構造を含む、請求項１記載の装置。
4. 第１の単一の流過チャネルが、２つの別個の流れチャネルに分岐する流路を提供しており、２つの別個の流れチャネルと、第１の単一の流れチャネルとは実質的にＹ字形を形成しており、チャネルがさらに対称的なデルタに分岐しており、第１の単一の流れチャネルの断面積と、別個の流れチャネルの組み合わされた断面積とが実質的に同じである、請求項１記載の装置。
5. 前記チャネルシステムが、デルタの広い方の端部においてＶ字形の境界で終わっている、請求項４記載の装置。
6. 前記段部若しくはテラスの縁部が、切欠きが形成されたゾーンを含む、請求項１記載の装置。
7. 前記チャネルの壁部が、１つ又は２つ以上のプリシュータ停止構造を有しており、該プリシュータ停止構造が、毛管力を減衰させかつ均一な流体流れを促進し、前記プリシュータ停止構造が、不規則な形状の構造、有利には三角形又は鋸歯状の構造から成っている、請求項１記載の装置。
8. 前記プリシュータ停止構造が、約１゜〜約１２０゜の角度を有している、請求項７記載の装置。
9. 前記プリシュータ停止構造が、約１μｍ〜約３ｍｍの高さを有している、請求項７記載の装置。
10. 前記充填区分が、試料入口チャンバを含み、該試料入口チャンバが、チャンバの底部からチャンバの上部にまで延びた、少なくとも１つの垂直方向の楔形の毛管切欠きを有しており、前記上部において、切欠きが流体流れチャネルに接続されており、前記試料入口チャンバが、毛管作用によって駆動される流体流れチャネルを充填するようになっている、請求項１記載の装置。
11. 前記毛管切欠きが、約１゜〜約１５０゜の角度を有している、請求項１０記載の装置。
12. より高い毛管力を有する第１及び第２の流体流れチャネルの間に設けられた、低い毛管力のチャネル又は空間から成る、１つ又は２つ以上の流れ中断チャネルが設けられており、流体流れが、第１の流体流れチャネルの端部において停止するようになっている、請求項１記載の装置。
13. 前記チャネルが、ソース流体流れチャネルから分岐した１つ又は２つ以上の分岐部から成っており、該各分岐部が、湾曲したＶ字形の構造から成る分岐流過構造から成っており、前記Ｖ字形構造の先端がソース流体流れチャネル内へ食い込んでおり、これにより連続的な毛管力を維持するようになっている、請求項１記載の装置。
14. 付加的に、前記分析区分から流出する流体を収集するための収集区分が設けられて、該収集区分が、プラットフォームの一体的部分を形成しておりかつチャネルの上部に配置された排気口を有している、請求項１記載の装置。
15. 前記収集区分が、収集チャンバから成っており、該収集チャンバの入口が、１つ又は２つ以上の切欠き構造ゾーンを備えたネックから成っている、請求項１４記載の装置。
16. 前記切欠き構造ゾーンに吸着材が固定されており、該吸着材が有利にはフリースである、請求項１５記載の装置。
17. 前記排気口が、空気透過性の流体バリヤ材料で塞がれている、請求項１４記載の装置。
18. 排気口上のキャップが、疎水性材料から形成されている、請求項１７記載の装置。
19. 前記排気口が、装置内の流体から気泡を分離することができるように位置決めされている、請求項１４記載の装置。
20. 請求項２から１９までのいずれか１項記載の２つ又は３つ以上の特徴の組合せである、請求項１記載の装置。

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