JP4181497B2 - 保持するためのマイクロ流体マイクロキャビティおよび他のマイクロ流体構造体 - Google Patents
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本発明は、マイクロチャンネル構造体が設けられたマイクロ流体デバイスに関し、マイクロチャンネル構造体は、(a)1つまたはそれ以上の入口ポートと、(b)1つまたはそれ以上の出口ポートと、(c)流体機能を有し、1つの入口ポートと1つの出口ポートの間に配置される構造ユニットと、を有する。構造体ユニット(c)が入口ポートおよび出口ポートを有していてもよい。
b)液体アリクォートを攪拌し(ユニットB)、
c)より多量の液体アリクォートをより少量のアリクォートに分割し、少量のアリクォートを同じマイクロ流体デバイスの異なるマイクロチャンネル構造体に個別に並行して分配し(ユニットC)、
d)マイクロチャンネル構造体の入口ポートに調剤された液体アリクォートをマイクロチャンネル構造体へ浸透させ(ユニットD)、
e)マイクロチャンネル構造体内で計量する(ユニットE)ことができる。
加えて、他の構造ユニットおよび/またはマイクロ流体の機能部品を設けてもよい。
構造ユニットを上から見た図である。マイクロコンジットおよびマイクロキャビティの断面積は、通常、矩形である。マイクロチャンネル構造体の深さは、通常一定で、100〜150μmの範囲にある。液体搬送用のマイクロコンジットの幅は、通常、100〜300μmの範囲にあり、空気用のマイクロコンジットの幅は、通常、40〜100μmの範囲にある。PCT/SE02/531,PCT/SE02/537,PCT/SE02/538およびPCT/SE02/539(すべてGyros AB)における、比較可能な寸法を有する他の構造体を示す図面を参照されたい。とりわけ、図2dおよび2eにおいて、イタリック体でミクロン単位の所定寸法が記載されている。円は、周辺大気に対する開口部(入口ポート、出口ポート、ベントなど)を示す。
マイクロ流体構造体は、高度な同時並行性をもって実施される検定および化学合成などにおいて有望視されてきた。一般的に所望される要請は、マイクロ流体デバイス内でのサンプル処理を含む、テストプロトコルのステップからなる完結したシーケンスを実行することであった。これにより、平坦な基板(チップ)上の高密度のマイクロチャンネル構造体に対する要請が高まり、マイクロ流体デバイス内にバルブ機能部品、分離機能部品、および液体の移動手段を統合することに対する期待が高まってきた。巨視的な世界では、こうした種類の機能部品を容易にさまざまな形態の液体搬送システムに組み込むことができるが、微視的な世界において、巨視的な設計を微細化することは、費用が嵩み、信頼性が低くなってしまう。μl(マイクロリットル)からnl(ナノリットル)のアリクォートを移動させるとき、あるいは100μm(ミクロン)以上のマイクロチャンネル寸法から100μm未満のマイクロチャンネル寸法に移動させるとき、こうした状況はなおいっそう悪くなる。その主な理由の1つは、容量がμlの容量からnl以下の容量まで小さくなったとき、例えば、5nl以下の容量となったとき、液体の表面張力が液体の挙動に対してより影響を受けやすくなることにある。典型的な具体例において、ウィッキング(浸潤:wicking)/インバイビング(吸水:imbibing)により、nlの容器からの液体の搬送が促進され、こうした容器に特定容量の液体を保持することを困難にする。下記を参照されたい。
マイクロ流体システムにおいて液体を移動させるために遠心力を用いることは、例えば、Abaxis Inc (WO 9533986, WO 956870, US 5,472,603)、Molecular devices (US 5,160,702)、Gamera Bioscience/Tecan (WO 9721090, WO 9807019, WO 9853311, WO0187486, WO 0187487)、Gyros AB/Amersham Pharmacia Biotech (WO 9955827, WO 9958245, WO 0025921, WO 0040750, WO 0056808, WO 0062042, WO 0102737, WO 0146465, WO 0147637, WO 0147638, WO 0154810, WO 0241997, WO 0241998, PCT/SE02/00531, PCT/SE02/00537, PCT/SE02/00538, PCT/SE02/00539)に開示されている。
(1)マイクロ加工デバイスにおける大処理量検定SNPスコアリング。Nigel Tooke (1999年9月)
(2)回転CDにおけるマイクロ流体学(Ekstrandら)、MicroTAS 2000, オランダ、エンスヘデー、2000年5月14〜18日
(3)(a)処分可能な微小加工CDデバイスにおけるSNPスコアリング(Eckerstenら)
(b)固体相パイロシーケンス(登録商標)を組み合わせた処分可能な微小加工CDデバイスにおけるSNPスコアリング(Tookeら)、人ゲノム会合、HGM2000、カナダ、バンクーバー、2000年4月9〜12日
(4)集積化された試料生成、および改善された感度を有するマイクロ流体コンパクトディスク(CD)上のMALSI MS(Magnus Gustavssonら)ASMS 2001(2001年春)
Gyrosのプレゼンテーションに関する文書は、www.gyros.comで見ることができる。
本発明の権利者は、昨年中に、nl容量の液体のためのマイクロキャビティを含む構造ユニットを有するマイクロ流体システムを開発した。例えば、WO9955827, WO9958245, WO0040750, WO0146465, WO0147638, WO0241997, WO0241997、およびGyros ABによりなされた科学的プレゼンテーション(上述)を参照されたい。角部周囲において、またはバルブとして好ましくない液体のクリーピングを防止するための疎水性表面ブレイクが、とりわけWO9958245で強調されている。また、PCT/SE02/00531, PCT/SE02/0537, PCT/SE02/00538およびPCT/SE02/0539を参照されたい。
マイクロ流体デバイス内でアリクォートを攪拌するためのユニットがこれまでに開示されている。こうしたユニットは、
(a)固定された滅菌ヒンダにより乱流を形成しながら、マイクロキャビティまたはマイクロコンジットを攪拌する際の機械的なミキサ(例えば、WO9721090およびUS4279862(Bretaudiereら))と、
(b)2つの流入液体フローによるマイクロキャビティ内の乱流の形成(例えば、WO9853311)と、
(c)マイクロコンジットを攪拌し、マイクロコンジットを通って搬送される間に、拡散により攪拌する、入口端部における層流の形成(例えば、US5,637,469 (Wilding & Kricka))と、
(d)マイクロキャビティまたはマイクロコンジットにおいて層状アリクォートを往復するようにポンピングすることによる攪拌と、依拠している。これは、パルス化された遠心力を加えることにより実現され、この遠心力は、液体を一定の方向により高いスピンパルスで付勢し、逆方向により低いスピンパルスで付勢するスピンパルスにより得られ、高パルス時にシステム内に蓄積されたエネルギを用いて、低パルス時に液体を逆方向に付勢する。これは、包囲された空気バラストチャンバおよび/またはWO0187487で概説された疎水性/親水性を用いることにより実現することができる。往復するように搬送する原理は、PCT/SE02/00531(ユニット5)およびWO9958245に開示されている。
本発明者の知るところによれば、この主題に関する刊行物は少ない。US 6,117,396(Orchid)は、遠心力によらない重力に基づくマイクロ流体デバイスを与え、共通試薬チャンネルは、オーバーフローチャンネルおよび試薬充填チャンネルの両方として用いられる。並列した複数の容量測定用キャピラリは、異なる位置において、下方から試薬充填チャンネルに接続される。遠心力を用いたマイクロ流体システムのための分配マニフォールドが、WO995825およびWO0187486に開示されている。この後者の変形例は、環状の分配マイクロコンジットに基づいており、分注すべきアリクォート毎に少なくとも1つの廃液/オーバーフローマイクロコンジットを有する。
入口ポートに端部/角部構造体を備えることにより、マイクロチャンネル構造体内への液体の浸透を促進させるために、インバイビング法が用いられてきた。US 4,233,029(イーストマン・コダック)およびUS4,254,083(イーストマン・コダック)を参照されたい。
マイクロ流体システムにおける一体式の容量計量ユニットは、すでに知られている。例えば、US 6,117,396(Orchid)は、遠心力によらない重力に基づくマイクロ流体デバイスを開示し、共通試薬チャンネルは、オーバーフロー/充填チャンネルとして機能し、このチャンネルに沿って、μl容量の複数の容量測定用キャピラリが離間して配置される。オーバーフローチャンネルを用いた、遠心力によるシステムにおける容量測定用の一体式ユニットは、WO9853311, WO0146465およびWO0040750に開示されている。
(主要目的)本発明は、上記「技術分野」で定義された種類のマイクロチャンネルシステムにおいて、μl容量の液体を搬送し、処理する際に用いることができる新規な流体工学的機能部品を提供する。とりわけ、機械的な可動部品を要することなく、例えば、バルブ機能、ポンプ機能、攪拌機能を実現し、マイクロチャンネルおよび/または基板と一体化できるような機能部品を実現しようとするものである。これらのさまざまな機能部品は、マイクロチャンネルの内壁の局所的な表面特性、および/または表面張力や濡れ性などの液体の特性に依拠するものである。
第1の目的は、計量されたnlアリクォートを、所定延長時間、マイクロ流体デバイスのマイクロチャンネル構造体の所定のマイクロキャビティ(保持用マイクロキャビティ)内に保持できる機能部品を有する構造ユニットを提供することにある。件のnlアリクォートは、マイクロチャンネル構造体内でnlアリクォートを攪拌することにより得られる。「延長」なる用語は、液体が静止した流れのない状態で保持用マイクロキャビティ内に保持されることを意図している。その時間は、通常15秒以上で、例えば30秒、または1分以上、例えば5分以上、または10分以上、例えば1時間以上、または10時間以上である。この目的は、主に、攪拌されたnlアリクォート内で反応させ、測定される間、保管される間の放置時間、ウィッキングおよび/または蒸発によるnl容量の保持用マイクロキャビティからの液体の損失を極力抑えることにある。許容可能な損失は、20%以下で、例えば10%以下、または5%以下である。
<本発明>
これらの目的が少なくとも部分的に「従来技術」と題したところで説明したタイプのマイクロ流体デバイスにおいて達成されることを我々は確認した。
第1の主要な態様において、本発明は、「従来技術」と題したところで一般的に定義されたマイクロ流体デバイスに関する。本発明のこの態様の主要な特徴は、少なくとも1つの構造ユニットが、以下詳述される革新的ユニットAないしユニットEの中から選択されることである。機能部品を組み合わせたユニットおよび/またはユニットAないしユニットEのうちの2つまたはそれ以上からなる構造体も含まれる。革新的ユニットAないしユニットEのうちの少なくとも1つを有する限り、既に知られた、あるいは将来に知られることになる他のユニットも同様に含まれる。追加的なユニットについては、PCT/SE02/00531を参照されたい。
第2の主要な態様において、「従来技術」と題したところで一般的に定義された、マイクロ流体デバイスのマイクロチャンネル構造体を通過する1つ、2つ、またはそれ以上のアリクォートを搬送させるための方法に関する。この方法は、
(i)マイクロ流体デバイスを用意するステップと、
(ii)1つ、2つ、またはそれ以上のアリクォートを用意するステップと、
(iii)デバイスの1つ、2つ、またはそれ以上のマイクロチャンネル構造体の入口ポートに各アリクォートを導入するステップと、
(iv)可動式の機会部品を含むバルブおよびポンプを用いることなく、入口ポートと出口ポートの間にある少なくとも1つの構造ユニットにアリクォートを搬送するステップと、
(v)マイクロチャンネル構造体の1つまたはそれ以上の出口ポートから処理された形態のアリクォートを収集するステップと、を有する。
本発明のマイクロ流体デバイスは、通常、1組、2組、3組、4組またはそれ以上の組のマイクロチャンネル構造体を有し、このチャンネル構造体内において、アリクォートが、例えば、分析目的または合成目的などのさまざまな目的で搬送され、処理される。「微小」なる接頭句によれば、個々のマイクロチャンネル構造体が、103μm以下、例えば102μm以下の深さおよび/または幅を有する1つ以上のキャビティおよび/またはチャンネルを有することを想定している。幅/広さに関する下限値は、通常、マイクロチャンネルを通過すべきアリクォートの最大の試薬および成分の大きさよりも実質的に大きい。マイクロキャビティひいては搬送および処理されるアリクォートの容量は、通常1000nl以下、例えば500nl以下、100nl以下、または50nl以下である。nlの範囲は、特に指定しなければ、5000nl未満の容量であって、例えば、先の文章で特定した範囲にある。また、例えば、1〜10μl、1〜100μlおよび1〜1000μlの範囲(μl範囲)の容量を有する、例えば入口ポートに直接的に接続されたより大きなキャビティであってもよい。通常、マイクロチャンネル構造体内で濃縮されるべきサンプルまたは洗浄液などを導入するために、これらのキャビティが用いられる。
マイクロ流体デバイスに関して先に提案されたバルブに関する3つのカテゴリは、以下の通りである。
1.機械的バルブ
2.交差するチャンネルとその形状を特定する手段とを備えたバルブであって、このチャンネル内で液体フローが形成されるバルブ
3.内側バルブ、液体の流れの有無が液体の物理的および/または化学的特性、および内側バルブの位置におけるマイクロコンジットの内壁表面にある材料に依存する内側バルブ
(a)マイクロコンジットの壁材料に対する入力エネルギを変化させることにより、マイクロコンジット内のバルブ位置における断面積を変化させること(閉口式バルブ)、
(b)貫通フローのアリクォートとマイクロコンジットの間のバルブ位置における交差エネルギを局在的に変化させること(非閉口式バルブ)、および/または
(c)マイクロコンジットのバルブ位置における適当な曲率(幾何学的バルブ、非閉口式バルブ)
アンチウィッキング手段は、一般に、ウィッキング/インバイビングを相殺する局在的な表面変形である。
マイクロチャンネル構造体を含む基板上に配置されるか、基板の外側に設けられる個別の手段を用いて、本発明のマイクロ流体デバイスにおける液体フローが付勢される。前者の変形例は、通常、基板上に配置された微小ポンプまたはガス膨張による電気浸透により形成された液体フローを意味する。後者の変形例は、通常、マイクロチャンネル構造体と流体連通する液体フローを形成する外部圧力形成手段を意味する。別の択一例は、毛細管現象による力および重力や遠心力などの慣性力などの力を用いる。この場合、マイクロチャンネル構造体またはマイクロチャンネル構造体を有する基板において、流体を移動させるための手段を必要としない。
本発明は、主に、幾何学的構成に関して意図されたものであり、マイクロチャンネル構造体は基板内に設けられ、通常基板を貫通する対称軸(スピン回転軸)の周囲に配置される。「半径距離」になる用語は、対称物と対称軸および/または回転軸の間の最短距離を意味する。入口ポートおよび構造ユニットに関する半径距離は同じであってもよいが、入口ポートは、構造ユニットと比較してより短い、またはより長い半径距離にあってもよい。通常の場合、液体のための出口ポートは、構造ユニットの下流側にあって、ほとんどの場合、入口ポートより長い半径距離に配置される。マイクロチャンネル構造体は、対称軸と垂直な平面に配向させておいてもよい。レベル/位置に関して、「より高い」および「上方の」なる用語は、対象物が、「より低い」レベル/位置(外側位置)にある場合と比べて、より短い半径距離(内側位置)にあることを意味する。同様に、「上」、「上方」、「内側の」および「下」、「下方」、「外側」などの用語は、それぞれ、スピン回転軸に向かって、およびスピン回転軸からの方向を意味する。特に指摘がなければ、このように文言が適用される。他の構成/基板および従来式の付勢力、すなわち重力、外部から加えられる圧力、電気浸透的に(動電学的に、電気浸透により)付勢されるフローなどに関して、これらの用語は従来式の意味を有する。
入口ポートは、通常、適用される液体をポート内に導入する疎水化領域を有する。水性液体に対する疎水性を有する局在的な表面ブレイクは、直線または湾曲した矩形により表される。これらは、例えば、バルブ(内側バルブ)、アンチウィッキング手段、ベント内において、液体フローを制御するためのものであって、入口ポート内の液体を構造体内部に案内するためのものである。
本発明の第1の態様は、マイクロチャンネル構造体を有するマイクロ流体デバイスであって、第1の目的で説明したように、nlの液体アリクォートをマイクロキャビティ(保持用キャビティ)内に保持する構造ユニットがマイクロチャンネル構造体内に設けられている。nlのアリクォートは、2種類の液体アリクォートをマイクロチャンネル構造体内で攪拌することにより得られ、以下、これを「混合nl−アリクォート」または「混合アリクォート」という。
(a)マイクロキャビティ(保持用マイクロキャビティ)(219)であって、流れのない静止した状態で、nlの液体アリクォート(混合アリクォート)を保持するためのもので、上記1つまたはそれ以上の入口ポート(205,215,237)のうちの少なくとも1つと、上記1つまたはそれ以上の出口ポート(207,238,239,240,241)のうちの少なくとも1つと、の間に配置されるマイクロキャビティ。
(b)攪拌ユニット(302+303+301)であって、保持用マイクロキャビティ(219)の上流側で、少なくとも1つの入口ポート(205,215,237)の下流側に配置され、2つまたはそれ以上のアリクォート(アリクォート1,アリクォート2)が攪拌されて、混合アリクォートが形成される攪拌ユニット。
(c)保持用マイクロキャビティ(219)と直接的に接続され、入口ポートおよび出口ポート(205,207,215,237,238,239,240,241)の1つと連通する2つまたはそれ以上のマイクロコンジット(218,220,242)。
本発明の第2の態様は、「技術分野」と題したところで定義されたマイクロ流体デバイスであって、アリクォートの攪拌を実現する構造ユニットが設けられたマイクロチャンネル構造体を有する(ユニットB)。
(a)ユニットCに関して下記するような上述の共通分配チャンネル(204)。
共通分配チャンネルは、ユニットDに関して上述したようなリッジ/突起部(206,216)を有する入口ポート(205)と、出口ポート(207)と、共通換気(ベント)チャンネルおよび空気入口(237)を介して周辺大気に至る入口ベント(208)と、を有する。分配チャンネルに液体が充填され、下流方向の付勢力が加えられると、液体は、分配チャンネル(204)に接続したマイクロコンジットを介してマイクロキャビティ(203)に押し出される。これと同時に、ベント(208)から空気が入る。
(b)出口ポート(238)を有する共通廃液チャンネル(210)。
(c)ユニットEに関して説明するような容量計量ユニット(213)。
容量計量ユニットは、上述のようなアンチウィッキング手段(214,221g)と、ユニットDに関して上述したようなリッジ/突起部(206,216)を有する入口ポート(205)と、共通廃液チャンネル(210)内にある出口に至るオーバーフローチャンネル(217)と、を有する。
(d)本明細書の他の部分でも記載したように、多様なプロセスを実施できるマイクロキャビティ(219)と、出口(211)を介して共通廃液チャンネル(210)に合流する拡大廃液出口コンジット(220)。
(a)通常、下側部分において、出口開口部(223)を有するマイクロキャビティ(203)。
(b)マイクロキャビティ(203)に連結されたインレット装置。
(c)出口開口部(223)に接続された攪拌用マイクロコンジット(202)
マイクロキャビティ(203)は、攪拌すべきアリクォートを同時に含む上で十分な容量を有する必要がある。
(i)上記で定義されたユニットBを含むマイクロチャンネル構造体を用意するステップ。
(ii)好適にはマイクロキャビティ(203)内に相系を形成するために、ユニットBのインレット装置を介して、アリクォートをマイクロキャビティ内に導入するステップ。
(iii)相系を攪拌用マイクロコンジット(202)に搬送するために、付勢力を加えるステップ。
(iv)さらなる搬送およびマイクロチャンネル構造体内での処理のために、均一に攪拌されたアリクォートを攪拌用マイクロコンジット(202)の終端で収集するステップ。
本発明の第3の態様は、1種類、2種類、3種類、またはそれ以上のアリクォートを計量する構造ユニット(ユニットC)が設けられたマイクロチャンネル構造体を有するマイクロ流体デバイスである(2種類またはそれ以上=複数のアリクォート)。
(a)各端部(端部302,303)における上側部分と、端部間で交互に現れる下側部分(304a〜h/f)および上側部分(305a〜e)と、を含む連続的なマイクロコンジット(301)。
(b)端部を含む上側部分の数がnで、下側部分がn−1であって、nが2より大きい整数、例えば3以上の整数である。
(c)各上側部分(302,303,305a〜e/g)は、周辺大気に対するベント手段(上部ベント、入口ベント)(306a〜g/i)、および/または下側壁に沿った長手方向エッジにおけるアンチウィッキング手段(326a〜i)を有する。
(d)各下側部分(304a〜f/h)は、下流方向において、接続用マイクロコンジット(307a〜f/h)を介して、マイクロチャンネル構造体のサブ構造体および/または別のマイクロチャンネル構造体の対応するサブ構造体に連通するエンプティ開口部を有する。
(e)各接続用マイクロコンジット(307a〜f/h)は、バルブ(308a〜f/h)、すなわち接続用マイクロコンジットと対応する下側部分の間の連結部に隣接したバルブ機能を有する。
(f)入口ポート(309)は、上側部分(302,303,305a〜e/g)の1つにおいて、好適には1つの端部(302または303)を介して、連続的なマイクロコンジット(301)に直接的または間接的に接続される。
(g)出口ポート(310)は、上側部分(302,303,305a〜e/g)の別の1つにおいて、好適には1つの端部(302または303)を介して、連続的なマイクロコンジット(301)に直接的または間接的に接続される。(これは、好適には入口ポートに接続されることなく、入口ポートおよび出口ポートは、同じ上側部分に接続されることはない。)
ステップ1:計量ユニット(312)内でアリクォート1を計量し、ユニットが円形ディスクであってもよいスピン回転可能な構造体上に配置された場合、例えばスピン回転させて、遠心力による流体静力学的圧力により、アリクォート1を下方湾曲部(313)に搬送する。
ステップ2:計量ユニット(312)内でアリクォート2を計量し、下方湾曲部(313)に搬送する。これにより、アリクォート1を連続的なマイクロコンジット(301)の(上部ベント406aおよび406bの間にある)セグメント1に押し出す。
ステップ3:計量ユニット(312)内でアリクォート3を計量し、下方湾曲部(313)に搬送する。これにより、アリクォート1を第2の(隣の)セグメントに押し出し、アリクォート2を第1のセグメントに配置する。
好ましい数のセグメントが充填され、下方に向いた付勢力が加えられて、アリクォートを各接続用マイクロコンジット/バルブ(307a〜c/308a〜c)に通過させる。
本発明は、本発明と同様のマイクロ流体デバイスに調剤されたアリクォートの好ましくない蒸発作用に対する時間を低減するという改善に関するものである。その利点は、主に、nlのアリクォートをマイクロ流体デバイスに調剤し、そして/またはnlのアリクォートを計量することに関連する。本発明の第4の態様は、マイクロチャンネル構造体を有するマイクロ流体デバイスであって、その内部に、マイクロチャンネル構造体への液体の侵入を促進するインレットユニットが設けられる。
(a)マイクロキャビティ(401)および入口開口部(402)を含む入口ポートと、
(b)マイクロキャビティ(401)の下流側に配置され、マイクロチャンネル構造体の内側と連通する入口コンジット(403)と、を有する。
マイクロキャビティ(401)の内壁は、入口コンジット(403)およびマイクロキャビティ(401)の間の連結部の方に向いた、1つまたはそれ以上の溝および/または突起(隆起部/谷部)(404)を有する。マイクロキャビティ(401)は、入口マイクロコンジット(403)に近づくにつれて傾斜する(狭くなる)。
μl範囲のアリクォートを計量するための既知のデバイスにもよらず、特に、nl範囲に関して改善する必要が依然としてある。その理由は、より多量のアリクォートと比較して、より少量のアリクォートに対し、(相対的な損失容量に関して)制御されない蒸発がより大きな影響を与えるためである。これは、アリクォートがマイクロ流体デバイス内でさらに処理される前に、数多くのアリクォートが連続して調剤される場合さらに強調される。
(a)容量計量用マイクロキャビティ(501)と、
(b)マイクロキャビティ(501)上の入口開口部を介してマイクロキャビティ(501)に接続された(このマイクロキャビティとインレットマイクロキャビティの間の連結部における)入口マイクロコンジット(502)と、
(c)マイクロキャビティ(501)の出口開口部を介して、マイクロキャビティ(501)と接続された(このマイクロキャビティとアウトレットマイクロキャビティの間の連結部における)出口マイクロコンジット(503)と、
(d)マイクロキャビティ(501)のオーバーフロー開口部に接続された(このマイクロキャビティとオーバーフローマイクロコンジットの間の連結部における)オーバーフローマイクロコンジット(504)と、を有する。
(a)1つまたはそれ以上の毛細管と、
(b)下方湾曲部構造と、を備え、下方湾曲部構造は、入口として機能する一方のシャンクと、上方ベントに至るオーバーフローマイクロコンジットとして用いられる他方のシャンクと、下方ベントの下側部分で連結され、計量されたアリクォートをマイクロチャンネル構造体のさらなる下流へ搬送するための出口マイクロコンジット(503)と、を有する。
(a)マイクロキャビティ(501)の出口開口部と、
(b)オーバーフロー開口部の直ぐ上流側にある入口マイクロコンジット(502)と、
(c)オーバーフローマイクロコンジット(504)と、を備え、好適には、その下側部分が廃液コンジット/チャンバ(511)との連結部に付随する。
(i)ユニットEと、このユニットで計量される容量より多量のアリクォートと、を有するマイクロチャンネル構造体を用意するステップと、
(ii)ユニット内に液体のアリクォートを導入するステップと、
(iii)過剰な液体をオーバーフローマイクロコンジット(504)から排出するように第1の付勢力を加え、計量された容量を、出口マイクロコンジット(503)を介してマイクロチャンネル構造体の他の部分に移動させるために第2の付勢力を加えるステップと、を有する。
Claims (20)
- 1つまたはそれ以上の入口ポート、1つまたはそれ以上の出口ポート、および前記ポートの少なくとも一方に連通する構造ユニットを有するマイクロチャンネル構造体を備えたマイクロ流体デバイスであって、
構造ユニットは、マイクロチャンネル構造体内で液体アリクォートの容量を計量することが可能な一体成形された容量計量用ユニットであり、
容量計量用ユニットは、
a)容量計量用マイクロキャビティと、
b)容量計量用マイクロキャビティ上の入口開口部を介してマイクロキャビティに接続された入口マイクロコンジットと、
c)容量計量用マイクロキャビティの出口開口部を介してマイクロキャビティに接続され、出口マイクロコンジットと容量計量用マイクロキャビティの間に接続部が設けられた出口マイクロコンジットと、
d)入口マイクロコンジットと容量計量用マイクロキャビティの間の接続部と同一レベルにある容量計量用マイクロキャビティのオーバーフロー開口部に接続されたオーバーフローマイクロコンジットとを備え、
容量計量用マイクロキャビティは、オーバーフロー開口部でくびれを有し、
オーバーフロー開口部は、出口開口部より高いレベルにあり、バルブとオーバーフロー開口部の間で所定容量の液体アリクォートが計量されることを特徴とするマイクロ流体デバイス。 - 容量計量用マイクロキャビティの容量が100μl以下であることを特徴とする請求項1に記載のマイクロ流体デバイス。
- 容量計量用マイクロキャビティの容量が5000μl未満であることを特徴とする請求項1または2に記載のマイクロ流体デバイス。
- オーバーフローマイクロコンジットは、その端部に配置された廃液チャンバまたは廃液コンジットの形態を有する拡大部を介して周辺大気と連通することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一に記載のマイクロ流体デバイス。
- 容量計量用マイクロキャビティの入口開口部がオーバーフロー開口部と同一レベルにあることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一に記載のマイクロ流体デバイス。
- 容量計量用マイクロキャビティは下方に湾曲したマイクロコンジットからなり、
下方に湾曲したマイクロコンジットは、
a)入口として機能する一方のシャンクと、
b)オーバーフローマイクロコンジットとして機能する上方ベントに至り、周辺大気と連通する他方のシャンクとを有し、
出口マイクロコンジットは、下方に湾曲したマイクロコンジットに連結されることを特徴とする請求項5に記載のマイクロ流体デバイス。 - 他方のシャンクは、液体の機能に関連して設計されることを特徴とする請求項6に記載のマイクロ流体デバイス。
- 容量計量用マイクロキャビティの出口開口部は、容量計量用マイクロキャビティの最下部分より高くすることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一に記載のマイクロ流体デバイス。
- 容量計量用マイクロキャビティのオーバーフロー開口部における断面積をa 1 、オーバーフロー開口部と出口開口部の間の最大断面積をa 2 としたとき、a 1 /a 2 の比が1/3以下であることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一に記載のマイクロ流体デバイス。
- 入口マイクロコンジットは、入口ポートに向かって拡がっていることを特徴とする請求項1〜9のいずれか一に記載のマイクロ流体デバイス。
- オーバーフローマイクロコンジットにバルブ機能を設けたことを特徴と する請求項1〜10のいずれか一に記載のマイクロ流体デバイス。
- オーバーフローマイクロコンジットは、廃液コンジットまたは廃液チャンバに至り、
オーバーフローマイクロコンジットと廃液コンジットまたは廃液チャンバとの間の接続部に、オーバーフローマイクロコンジットのバルブ機能を設けたことを特徴とする請求項11に記載のマイクロ流体デバイス。 - 出口マイクロコンジットにおけるバルブ、およびオーバーフローマイクロコンジットに設けられたバルブは、キャピラリバルブであることを特徴とする請求項1〜12のいずれか一に記載のマイクロ流体デバイス。
- キャピラリバルブの少なくとも1つは、疎水性表面ブレイクであることを特徴とする請求項13に記載のマイクロ流体デバイス。
- 入口マイクロコンジット、出口マイクロコンジット、およびオーバーフローマイクロコンジットのうちの少なくとも1つは、幾何学的表面および/または化学的表面の変化として形成されたアンチウィッキング手段を有することを特徴とする請求項1〜14のいずれか一に記載のマイクロ流体デバイス。
- 入口マイクロコンジット、出口マイクロコンジット、およびオーバーフローマイクロコンジットのうちの少なくとも1つは、窪み、および/または突起部、および/または疎水性表面ブレイクであることを特徴とする請求項1〜15のいずれか一に記載のマイクロ流体デバイス。
- 液体は水性であることを特徴とする請求項1〜16のいずれか一に記載のマイクロ流体デバイス。
- 構造ユニットの内側表面は、液体が構造ユニットの入口を通過すると、毛管現象により液体が構造ユニットに導入されるような濡れ性を有することを特徴とする請求項1〜17のいずれか一に記載のマイクロ流体デバイス。
- このマイクロ流体デバイスは、ディスク状の形態を有し、2つまたはそれ以上のマイクロチャンネル構造体を含むことを特徴とする請求項1〜18のいずれか一に記載のマイクロ流体デバイス。
- マイクロチャンネル構造体は、スピン回転軸に対して内側位置から外側位置に向かって配向され、マイクロ流体デバイスをスピン回転軸の周りにスピン回転させることにより形成される遠心力を用いて、マイクロチャンネル構造体内にある液体を、マイクロチャンネル構造体の少なくとも一部を介して移動させることを特徴とする請求項1〜19のいずれか一に記載のマイクロ流体デバイス。
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