JP4695881B2 - 流体移動のための方法およびマイクロ蠕動ポンプ - Google Patents
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Description
本発明は一般に、流体移動(fluid transfer)のための方法、およびこの方法に基づくマイクロ蠕動ポンプに関する。
微小流体デバイスは、医用、生化学および微量分析などにおいて広範に使用されている。生物分析用デバイスに対する信頼性の大きな需要について、使い捨てのカートリッジまたはチップが、反応および検出のためのキャリアとしてよりいっそう歓迎されている。時折、流体は、カートリッジまたはチップに手動で注入されるが、このことは、低い信頼性を生じる。一方で、マイクロポンプはしばしば、使い捨てのパーツに組み込まれるのに、容易でなく、かつ、高価すぎる。
本発明は、流体移動のための方法およびこの方法に基づくマイクロ蠕動ポンプを提示することによって、当該分野における、上記および他の関連する問題に取り組む。
a)モーターおよびこのモーターにより駆動される第1の力エフェクタを備える作動パーツ;
b)カートリッジ本体に取り付けられた弾性膜を備えるカートリッジパーツであって、ここで、このカートリッジ本体に取り付けられたこの弾性膜が、このカートリッジ本体内に閉鎖空間を形成し、このカートリッジ本体は、少なくとも3つのチャンバを備え、かつ、このカートリッジはまた、この第1の力エフェクタと相互作用する第2の力エフェクタを備える、カートリッジパーツ;
c)この少なくとも3つのチャンバが、入口および出口を有し、このチャンバは、タンデムに封着接続されている、チャンバ;
d)このカートリッジパーツに、およびこのカートリッジパーツから、このカートリッジパーツを含む平面に対して実質的に平行な平面において、この第1の力エフェクタの移動を制御するための手段であって、それにより、この第1の力エフェクタにより覆われるこのチャンバが、この第1の力エフェクタおよびこの第2の力エフェクタの相互作用により開閉する、手段
を備える。
a)モーターおよびこのモーターにより駆動される第1の力エフェクタを備える作動パーツ;
b)カートリッジ本体に取り付けられた弾性膜を備えるカートリッジパーツであって、ここで、このカートリッジ本体に取り付けられたこの弾性膜が、このカートリッジ本体内に閉鎖空間を形成し、このカートリッジ本体は、少なくとも3つのチャンバを備え、かつ、このカートリッジはまた、この第1の力エフェクタと相互作用する第2の力エフェクタを備える、カートリッジパーツ;
c)この少なくとも3つのチャンバが、入口および出口を有し、このチャンバは、タンデムに封着接続されている、チャンバ;
を備える。
例示的なマイクロ蠕動ポンプは、2つの別個のパーツ:カートリッジ(またはチップ)およびアクチュエータを備える。これらは、物理的な接触を伴ってか、または伴わずに、連携し得る。
(a)図7−1および7−2に示される最初の状態。扇形磁石1によって覆われている膜磁石はない。従って、全てのバルブ構造のチャンバが閉じている。
(b)図7−3および7−4を参照のこと。バルブV1は、扇形磁石1によって覆われており、従って、開いており、一方で、バルブV2およびV3はなお閉じている。従って、流体は、V1のチャンバ内に吸引される。
(c)図7−5および7−6を参照のこと。バルブV1およびV2が、共に、回転する扇形磁石1によって覆われており、従って、共に開いている。こうして、前の段階でチャンバV1内に吸引された流体が、V2のチャンバに移動される。そして、別の体積の流体が、入口ポート9からV1のチャンバを充填するように吸引される。
(d)図7−7および7−8を参照のこと。扇形磁石1が、バルブV1上の膜磁石から遠ざかって移動し、V1のチャンバ内の流体が、扇形磁石1がバルブV3に到達する前に、入口ポートを通って外に出される。そして、次いで、V3が扇形磁石1によって覆われる場合、V3が開き、一方で、状態の遷移の間に、チャンバV2は開いたままであり、そのチャンバ内に流体を保持する。次いで、V3のチャンバは、出口ポート14から吸引された流体で充填される。言い換えると、V2およびV3のチャンバは、共に、この時点で流体で満たされている。
(e)図7−9および7−10を参照のこと。バルブV2は、扇形磁石1がバルブ2から遠ざかって移動する場合に閉じている。従って、V2中の流体がV3に移され、出口ポート14を通してV3中の流体を外に出す。
(a)扇形磁石が回転し続ける場合、このシステムは、初期状態に戻る。
1.他に規定されない限り、本明細書中で使用される全ての科学技術用語は、本発明が属する分野の当業者に通常理解されるものと同じ意味を有する。本明細書中で参照される全ての特許、出願、公開された出願および他の刊行物は、その全体が、参考として援用される。この節に示される定義が本明細書中に参考として援用される特許、出願、公開された出願および他の刊行物において示される定義と逆であるか、または、他に矛盾する場合、この節に示される定義が、本明細書中に参考として援用される定義よりも優先される。
2.本明細書中で使用される場合、「a」または「an」は、「少なくとも1つ」または「1つ以上」を意味する。
3.本明細書中で使用される場合、「上記カートリッジパーツを含む平面に対して実質的に平行な平面」とは、作動パーツがカートリッジパーツから、およびカートリッジパーツへと移動する平面と、カートリッジパーツを含む平面との間の角度が、45°未満または135°より大きいことを意味する。好ましくは、作動パーツがカートリッジパーツから、およびカートリッジパーツへと移動する平面と、カートリッジパーツを含む平面との角度は、30°未満、15°未満、5°未満、2°未満、1°未満、または、1°未満であるか、あるいは、150°より大きいか、165°より大きいか、170°より大きいか、175°より大きいか、178°より大きいか、179°より大きいか、または179°より大きい。より好ましくは、作動パーツがカートリッジパーツから、およびカートリッジパーツへと移動する平面と、カートリッジパーツを含む平面との角度は、0°または180°であり、すなわち、2つの平面は完全に平行である。
4.本明細書中で使用される場合、「作動パーツがカートリッジパーツの近位にある」とは、作動パーツとカートリッジパーツが、チャンバの所望の開閉を達成するのに十分に近くにあることを意味する。通常、作動パーツとカートリッジパーツとの間の距離は、約数μm〜数mm(例えば、約10μm〜約5mm)である。
5.本明細書中で使用される場合、「磁力物質」とは、磁石または磁性体に付随するか、磁石または磁性体が生成するか、磁性体によって生じるか、または、磁性体によって作動する、磁石の特性を有する任意の物質を指す。
6.本明細書中で使用される場合、「磁化物質」とは、磁場と相互作用する特性を有し、従って、磁場において自由に懸濁または配置される場合、磁化を誘導し、かつ、磁気モーメントを生じる任意の物質を指す。磁化物質の例としては、常磁性物質、強磁性物質およびフェリ磁性物質が挙げられるがこれらに限定されない。
7.本明細書中で使用される場合、「常磁性物質」とは、個々の原子、イオン、または分子が永続する磁気双極子モーメントを持つ物質を指す。外部磁場のない状態では、原子双極子は無秩序な方向を向き、結果として、全体としてどの方向においても磁化されない。この無秩序な方向性は物質内の熱振動の結果である。外部から磁場を加えると、平行状態の方が非平行位置よりもエネルギーが低い状態であるため、原子双極子は磁場に平行に向く傾向がある。これによって磁場に平行な正味の磁化が与えられ、磁化率に正に貢献する。「常磁性物質」または「常磁性体」についての詳細は様々な文献に見出され得る(例えば1975年の、B.I BleaneyおよびB.Bleaney,Oxfordによる「Electricity and Magnetism」の第6章、169頁〜171頁)。
8.本明細書中で使用される場合、「強磁性物質」とは、非常に大きな値(正の)の磁化率によって区別される物質を指し、これらは加える磁場の強さに依存する。さらに、強磁性物質は、加える磁場のない状態でも磁気モーメントを持つことができ、磁場ゼロにおける磁化の保持は「残留磁気」として知られる。「強磁性物質」または「強磁性体」についての詳細は様々な文献に見出され得る(例えば1975年B.I BleaneyおよびB.Bleaney,Oxfordによる「Electricity and Magnetism」の第6章、171頁〜174頁)。
9.本明細書中で使用される場合、「フェリ磁性物質」とは、自発磁化、残留磁気、および通常の強磁性物質と類似する他の性質を示すが、その自発モーメントが、物質内の(磁気)双極子が完全平行配置ある場合に期待される値とは一致しない物質を指す。「フェリ磁性物質」または「フェリ磁性体」のさらなる詳細は様々な文献で見出され得る(例えば1975年,B.I BleaneyおよびB.Bleaney,Oxfordによる「Electricity and Magnetism」の第16章、519頁〜524頁)。
Claims (6)
- 流体移動のための方法であって、以下:
a)モーターおよび該モーターにより駆動される第1の磁石を備える作動パーツ;
b)カートリッジ本体に取り付けられた弾性膜を備えるカートリッジパーツであって、ここで、該カートリッジ本体に取り付けられた該弾性膜が、該カートリッジ本体内に閉鎖空間を形成し、該カートリッジ本体は、少なくとも3つのチャンバを備え、かつ、該カートリッジはまた、該第1の磁石と相互作用する、該チャンバのそれぞれに関連する該弾性膜に取り付けられた複数の磁石を備える、カートリッジパーツ;
c)該少なくとも3つのチャンバが、入口および出口を有し、該少なくとも3つのチャンバの入口の1つが、流体が該少なくとも3つのチャンバに入るための入口を提供し、該少なくとも3つのチャンバの出口の1つが、流体が該少なくとも3つのチャンバから出るための出口を提供し、そして該少なくとも3つのチャンバの残りの出口が、該少なくとも3つのチャンバの残りの入口にタンデムに接続されている、チャンバ;
d)該カートリッジパーツを含む平面に対して実質的に平行な平面において、該第1の磁石の移動を制御するための手段であって、それにより、該第1の磁石により覆われる該チャンバが、該第1の磁石と該チャンバのそれぞれに関連する該弾性膜に取り付けられた複数の磁石との相互作用により開閉する、手段;
e)該カートリッジ内に設置される板ばねであって、該板ばねが、該複数の磁石と相互作用し、該板ばねの一端が該カートリッジに固定され、他端は、該チャンバが、該複数の磁石により閉じたまま、または開いたままにされることを防ぐ、板ばね
を備え、
ここで、該第1の磁石が、磁気的引き付けまたは反発が達成されるほど、該複数の磁石の近位にない場合に、該チャンバが、該複数の磁石と該板ばねとの相互作用により閉じたまま、または開いたままにされ、かつ、該第1の磁石が、磁気的引き付けまたは反発が達成されるほど、該複数の磁石の近位にある場合に、該チャンバが、該複数の磁石上の板ばねによって課せられる復元力よりも強い、該第1の磁石と該複数の磁石との間の強い相互作用により、開いたまま、または閉じたままにされる、方法。 - 前記第1の磁石が、前記モーターに非対称に取り付けられ、かつ、円形軌道に沿って構成される前記チャンバのそれぞれに関連する弾性膜に取り付けられた複数の磁石と相互作用するように、該モーターによって回転させられる、請求項1に記載の方法。
- 前記第1の磁石が、前記モーターに取り付けられ、かつ、直線軌道に沿って構成される前記チャンバのそれぞれに関連する弾性膜に取り付けられた複数の磁石と相互作用するように、該モーターによって直線的に動かされる、請求項1に記載の方法。
- 前記第1の磁石が、磁気的引き付けまたは反発が達成されるほど、前記複数の磁石の近位にない場合、前記チャンバが、閉じたまま、または開いたままにされ、かつ、該第1の磁石が、磁気的引き付けまたは反発が達成されるほど、該チャンバの近位にある場合、該チャンバは、該第1の磁石と該複数の磁石との相互作用により、開いたまま、または閉じたままにされる、請求項1に記載の方法。
- 前記第1の磁石または前記複数の磁石のいずれかが、強磁性であり、かつ、他方が、強磁性であるか、常磁性であるか、または、強磁性体により磁力を生じ得る任意の型の磁性物質である、請求項4に記載の方法。
- スペーシングカバーが、前記第1の磁石と前記複数の磁石との間で、前記カートリッジに固定され、前記チャンバが開いている程度を規定する、請求項1、2、3、4、または5に記載の方法。
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