JP4927818B2 - Meander - Google Patents
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Description
本発明は、本明細書で見られる1つ以上の革新的なマイクロ流体機能またはユニットを備えた1つ以上の疎水性マイクロチャンネル構造を内蔵しているマイクロ流体装置と、これらの機能性またはユニットを利用した流体方法または操作とに関する。 The present invention relates to a microfluidic device incorporating one or more hydrophobic microchannel structures with one or more innovative microfluidic functions or units found herein, and these functionalities or units. And fluid methods or operations using
本発明のマイクロ流体装置は、それぞれが本発明の1つ以上の機能ユニットを備えた1つ以上のマイクロチャンネル構造を有する:
A. 液体の正面が弁(キック弁)を通過すると、液体の分別部分を下流へ搬送するために回転を低減させることができる毛管弁ユニット。
The microfluidic device of the present invention has one or more microchannel structures, each with one or more functional units of the present invention:
A. A capillary valve unit that can reduce rotation when the front of the liquid passes through a valve (kick valve) to convey the liquid separation portion downstream.
B. 液体の正面が毛管弁(上向き屈曲弁)を通過できるようにするために、回転の加速を維持する必要がある毛管弁ユニット。 B. Capillary valve unit that needs to maintain the acceleration of rotation to allow the front of the liquid to pass through the capillary valve (upward bending valve).
C. 毛管停止ユニット(フィンガ弁および/またはフィンガ通気部)。 C. Capillary stop unit (finger valve and / or finger vent).
D. 保護された毛管弁ユニット。 D. Protected capillary valve unit.
E. 典型的には液体位相である上方位相を、典型的に微粒子材料を備えたこれよりも高密度の位相から分離するユニット。 E. A unit that separates the upper phase, typically the liquid phase, from the denser phase, typically with particulate material.
F. 検出ユニット
全てのユニットA〜Fは主に遠心力ベースのマイクロ流体装置と考慮される。ユニットC、D、E、Fも、液体の流れを毛管力を含む他の力によって駆動するシステムに使用することができる。
F. Detection unit All units A to F are mainly considered as centrifugal force-based microfluidic devices. Units C, D, E, and F can also be used in systems that drive liquid flow by other forces, including capillary forces.
本文において明白でない場合には、用語「上方」および「より高い」対「より低い」、「上向き」対「下向き」、「内部」対「外部」、「よりも上」対「下」その他は、マイクロチャンネル構造の主要部分内、例えば主要な流路内での液体の下流への搬送または流れを駆動するために使用された主力の方向に関連した場所を意味する。これは、遠心力ベースのシステムの場合には、「より高い」または「上方」の高さ/位置(内部位置)が、「より低い」高さ/位置(外部位置)と比べより短い半径距離にあることを意味する。高さ/位置の半径距離とは、装置が内部で使用する遠心力を作り出すために周囲を回転する回転軸に関連した高さ/位置から最短の経路のことである。同様に、用語「上」、「上向き」、「内部」、「下」、「下向き」、「外部」などは、それぞれ回転軸に向かう、およびこれから離れることを意味する。「高さ」とは、底部高さが外部の/より低い高さである状態で、2つの高さの間の半径位置または距離の差として考慮される。 The terms “upper” and “higher” vs. “lower”, “upward” vs. “downward”, “inner” vs. “outer”, “above” vs. “lower”, etc. Means the location in relation to the direction of the main force used to drive the downstream transport or flow of liquid in the main part of the microchannel structure, for example in the main channel. This is because, in the case of centrifugal force based systems, the “higher” or “above” height / position (internal position) is shorter than the “lower” height / position (external position). Means that The radial distance of height / position is the shortest path from the height / position associated with the axis of rotation that rotates around to create the centrifugal force that the device uses internally. Similarly, the terms “up”, “up”, “inside”, “down”, “down”, “outside” and the like mean toward and away from the axis of rotation, respectively. “Height” is considered as the difference in radial position or distance between two heights, with the bottom height being the external / lower height.
先の段落で説明した用語は、単純に、様々な機能ユニットが流路内に現れる順序、および/または、様々なステップのプロトコルを実行する順序を意味する用語「上流」または「下流」と混同されるべきではない。換言すれば、下流は「以後」を、上流は「以前」を意味する。 The terms described in the previous paragraph are simply confused with the terms “upstream” or “downstream” which means the order in which the various functional units appear in the flow path and / or the order in which the various steps of the protocol are performed. Should not be done. In other words, downstream means “after” and upstream means “before”.
親和性マイクロチャンネル構造は1つ以上のマイクロ管/マイクロチャンネル、および/またはマイクロキャビティのシステムを備えており、これらは、液体表面、主に分別部分が構造内に設けた弁機能または入口開口を通過し始めると、弁機能および/または通気部によってそうされない限り、あるいは、例えば通気されていない内部範囲内の空気によって作り出された反対圧力、またはこれ以外の手段によってそうされない限り、液体が自己吸引または毛管力(受動的)によってさらにシステムに浸透するという意味において親和性/濡れ性である。弁機能の下流における親和性は、所望であれば、液体表面が弁を通過した後に受動的な液体搬送を再開できるというものである。自己吸引の原理は、本明細書で説明している革新的なユニットと、乾燥状態にある構造/ユニットとに特に当てはまる。マイクロチャンネルはまた、液体搬送を目的としていないマイクロ管/マイクロチャンネルも含んでいる。これら後者のマイクロ管/マイクロチャンネルは、少なくとも、液体の搬送を目的としている構造の親和性部分と接続する部分において疎水性である。 Affinity microchannel structures comprise one or more microtube / microchannel and / or microcavity systems, which have a liquid surface, primarily a valve function or inlet opening provided in the structure with a fractional portion. Once it begins to pass, the liquid will self-suction unless it is so done by the valve function and / or the vent, or unless it is so, eg by counter pressure created by air in the unvented internal range, or by other means Or affinity / wetting in the sense of further penetrating the system by capillary forces (passive). The affinity downstream of the valve function is that if desired, passive liquid transport can be resumed after the liquid surface has passed through the valve. The principle of self-suction is particularly true for the innovative units described herein and the structures / units in the dry state. Microchannels also include microtubes / microchannels that are not intended for liquid transport. These latter microtubes / microchannels are hydrophobic at least at the part that connects with the affinity part of the structure intended for liquid transport.
マイクロチャンネル構造の2つの部分が相互に流体または液体連通しているということは、液体がこの2つの部分の間で搬送されることを意味する。 That the two parts of the microchannel structure are in fluid or liquid communication with each other means that liquid is transported between the two parts.
本明細書中で引用している全ての特許および特許出願の全体は本明細書に組込まれる。 All patents and patent applications cited herein are hereby incorporated by reference in their entirety.
毛管弁は、毛管力ベースのマイクロ流体装置内での液体の搬送を制御するために有効である。主な利点の1つに、この種の弁または遠心力のいずれも、マイクロ流体装置内に機械的手段を必要としないことが挙げられる。毛管弁は、液体の流れ/搬送の停止部であり、流れは許容するが流量を低減する(流れを妨害する)流れ規制部と混同されるべきではない。液体表面が毛管弁を突破した後は、原則的には進行中の流れ、または停止後の再開を妨害するものはない(液体との接触が維持されている場合に限る)。 Capillary valves are effective for controlling the transport of liquids in capillary force-based microfluidic devices. One of the main advantages is that neither this type of valve or centrifugal force requires mechanical means in the microfluidic device. A capillary valve is a liquid flow / carry stop and should not be confused with a flow restriction that allows flow but reduces flow (impedes flow). After a liquid surface breaks through a capillary valve, in principle there is nothing to prevent the ongoing flow or resumption after a stop (only if contact with the liquid is maintained).
遠心力ベースのマイクロ流体システムへの、毛管力や、弁、通気部、抗ウィッキング手段などの形態の表面引張停止機能の使用が、とりわけ以下のガメラ・バイオサイエンス・アンド・ジャイロスAB(Gamera Biosciences and Gyros AB)による出願に記述されている:国際公開公報第9853311号、国際公開公報第0078455号、国際公開公報第0187486号、国際公開公報第0079285号、国際公開公報第0187487号、国際公開公報第2004058406号、国際公開公報第9807019号(全てティーカントレーディング/ガメラバイオサイエンス(Tecan Trading/Gamera Biosciences))、また、国際公開公報第9958245号、国際公開公報第0040750号、国際公開公報第0147638号、国際公開公報第0185602号、国際公開公報第0274438号、国際公開公報第0275312号、国際公開公報第03018198号、国際公開公報第03024598号、国際公開公報第04103890号、国際公開公報第04103891号など(全てジャイロスAB(Gyros AB))。 The use of capillary forces and surface tension stop features in the form of valves, vents, anti-wicking means, etc. for centrifugal force-based microfluidic systems, among others, is the following Gamera Biosciences and Gyros AB (Gamera Biosciences and Gyros AB): International Publication No. WO9853311, International Publication No. 0078455, International Publication No. 0187486, International Publication No. 0079285, International Publication No. 0187487, International Publication No. No. 2004058406, International Publication No. 9807019 (all Tecan Trading / Gamera Biosciences), International Publication No. 9958245, International Publication No. 0040750, International Publication No. 0147638 International Publication No. 018 No. 602, International Publication No. 0274438, International Publication No. 0275312, International Publication No. 03018198, International Publication No. 0302598, International Publication No. 04103890, International Publication No. 04103891, etc. (all gyros AB ( Gyros AB)).
ガメラ/ティーカン(Gamera/Tecan)の刊行物によれば、親水性のマイクロチャンネル内に毛管弁を得るために断面寸法を増加する場合、これは連続的な増加から突然の増加までのいずれであってもよい。本発明者らは、マイクロ流体装置を用いる作業を、主に、プラスチック材料で複製した装置によって実施した。本発明者らの経験では、断面寸法の増加に基づく毛管弁で流れを調節するためには、国際公開公報第9807019号では見られないタイプの急激かつ明確な変化が必要となる。そのため、断面寸法の変化に基づくマイクロ流体弁を製造する場合、従来のエンボス加工、射出成形など、またこれ以外の複製技術では不十分であるように思われる。この増加/変化を「急激」と表現し、弁によって流れの調整効果を発生させる変化と他の変化とを区別することで、急激な変化を、弁による流れ調節効果のない、あるいは小さい他の変化と比較している。 According to the Gamera / Tecan publication, when increasing the cross-sectional dimension to obtain a capillary valve in a hydrophilic microchannel, this is either a continuous increase or a sudden increase. May be. The inventors have performed the work using the microfluidic device mainly with a device replicated with plastic material. In our experience, in order to regulate the flow with a capillary valve based on an increase in cross-sectional dimensions, a rapid and clear change of the type not found in WO 987019 is required. Therefore, when manufacturing microfluidic valves based on changes in cross-sectional dimensions, conventional embossing, injection molding, and other replication techniques appear to be insufficient. This increase / change is expressed as “abrupt”, and by distinguishing between the change that causes the flow adjustment effect by the valve and the other change, the rapid change Compare with changes.
別の遠心力ベースのアプローチがアバクシス(Abaxis)から提案されている。例えば米国特許第5,186,844号、米国特許第5,242,606号、米国特許第5,693,233号、米国特許第5,160,702号その他、さらに、J.オートム・ケム(J.Autom.Chem)17(3)(1995)99−104(Schembriら)を参照できる。アバクシス社のシステムでは、容器間に設けたチャンネル内の流れ抵抗部が、内部容器と外部容器の間の流れを制御する。さらに、米国特許第6,632,656号(ジャイロスAB)を比較する。いくつかの例では、内部容器と外部容器の間の流れは、いわゆるサイフォンによって制御される。即ち、該当のチャンネルは、外部容器内で終了する前に内方屈曲(肘)を行うことで内部容器から開始するタイプの毛管寸法である。十分に高い回転速度で回転することで、遠心力が、液体が肘の先端へ運ばれることを防止する。回転速度が低下および/または停止すると、ウィッキングによって液体が先端へ搬送され始める。回転を再開すると、この液体搬送はさらに補助される。内部容器は、例えば細胞のような懸濁した微粒子材料を血液のような液体から分離するための分離ユニットとして設計されている。微粒子材料を容器内に安全に保持するためには、容器の外部と内部の間に輪郭を描く堰を容器の底部に設けて、回転が低下または停止した際には微粒子材料が外部に留まるようにする。混合室内に2種類の分別部分を収容し、前方回転と後方回転のサイクル、または加速と減速回転のサイクルを実施することで混合を達成できる。
結論:
・ジャイロスのシステムは、主に、試薬を含有した液体のnl分別部分を、親水性のマイクロ管内で遠心力および/または毛管力を使用して処理することを考慮している。例えば分析対象物質のような特徴付けされていない実体を含有した開始分別部分はμl範囲内、例えば≦30μlまたは≦20μlであってもよい。原則として地球の重力は重要ではない。
Conclusion:
• The Gyros system primarily contemplates treating nl fractions of liquids containing reagents using centrifugal and / or capillary forces in hydrophilic microtubes. For example, the starting fraction containing uncharacterized entities such as the analyte may be in the μl range, for example ≦ 30 μl or ≦ 20 μl. In principle, the gravity of the earth is not important.
・アバクシスのシステムは、非常に大きな容量と寸法を、遠心力および重力と共に利用する。チャンネルの濡れ性と毛管力の重要性は低い(上述のサイフォンの場合は除く)。特徴付けされていない実体と試薬分別部分を含有した開始分別部分は、一般にnl範囲よりもずっと上、例えば≧10μl、≧30μl≧30μlである。多くの場合、チャンネルは、気泡が混入する危険なく、液体が通気部のない容器に入れるよう十分に大きく設けられる(1本のチャンネル全体にわたり、充填と換気は平行する)。 • The Abacis system utilizes very large volumes and dimensions along with centrifugal force and gravity. Channel wettability and capillary force are less important (except in the case of siphons described above). The starting fraction containing the uncharacterized entity and the reagent fraction is generally well above the nl range, for example ≧ 10 μl, ≧ 30 μl ≧ 30 μl. In many cases, the channels are large enough to allow liquids to enter containers without vents without the risk of air bubbles (filling and ventilation are parallel across one channel).
・ティーカンのシステムは、ジャイロスとアバクシスのシステムの中間である。 • The Tecan system is intermediate between the Gyros and Abacus systems.
本発明の様々な態様の目的
ユニットA: 技術上の問題および/または利点:
多くの場合、遠心力ベースのシステムが2つの毛管弁(I、II)を連続的に結合して、上方毛管弁Iを通過する液体が下方毛管弁IIで収集されるようにする必要がある。この弁IIでの液体の収集は液体プラグ高さが蓄積することを意味し、したがって、弁IIで液体が収集される一方で、この同じ弁から液体が漏出する危険が増すことを意味する。未制御の流通の危険は、制御された流れを要する別の流通機能ユニットにとっても身近であり、上方弁Iの下流に存在している。典型的な例は、液体中に溶解した反応物が弁Iからマイクロキャビティに入る流れ条件下で、固体位相(例えば多孔床)を、活動停止した反応物と共に収容している反応マイクロキャビティである。
Objective unit A of the various aspects of the invention: Technical problems and / or advantages:
In many cases, a centrifugal force-based system needs to continuously couple two capillary valves (I, II) so that liquid passing through the upper capillary valve I is collected at the lower capillary valve II. . Liquid collection at this valve II means that the liquid plug height accumulates, thus means that while liquid is collected at valve II, there is an increased risk of liquid leaking from this same valve. The risk of uncontrolled flow is also familiar to other flow functional units that require a controlled flow and is present downstream of the upper valve I. A typical example is a reaction microcavity containing a solid phase (eg, a porous bed) with a deactivated reactant under flow conditions where the reactant dissolved in the liquid enters the microcavity from valve I. .
本発明者らは、出口端部よりも高い位置に入口端部を有するマイクロ管I内に弁Iを配置し、さらに、弁Iから、マイクロ管I内の、入口端部よりも低い位置にある液体表面にまで連続的に下流方向に延びる液体プラグの形成を支持するようにマイクロ管を設計するとで、これらの危険を低減することに成功した。液体表面と入口端部の間に正しいプラグ高さを作成することで、液体の下流搬送が支持および促進される。この結果、弁(=弁II)または下流の多孔床を通る望ましくない流れが生じる危険を低減しながら、マイクロ管Iの入口に接続した液体出口Iを有する上流マイクロキャビティIから液体を搬送するために回転速度を低減することが可能となった。 The inventors have arranged the valve I in the microtube I having an inlet end at a position higher than the outlet end, and further, from the valve I to a position in the microtube I lower than the inlet end. Designing the microtube to support the formation of a liquid plug that extends continuously downstream to a liquid surface has succeeded in reducing these risks. Creating the correct plug height between the liquid surface and the inlet end supports and facilitates downstream transport of the liquid. As a result, to transport liquid from the upstream microcavity I having the liquid outlet I connected to the inlet of the microtube I while reducing the risk of undesired flow through the valve (= valve II) or downstream perforated bed. It has become possible to reduce the rotational speed.
さらに、ユニットAをユニットB〜Fの少なくとも1つに結合する、またはユニットAが機能ユニットB〜Fの少なくとも1つの特徴特性を備える場合には、適切な追加の効果を達成できることを知得した。 Furthermore, it has been found that a suitable additional effect can be achieved if unit A is coupled to at least one of units B to F or if unit A comprises at least one characteristic of functional units B to F. .
ユニットB: 技術上の問題および/または利点:
毛管弁製造にとっては、製造中に、液体の流れを前進させる回転速度/遠心力を所定の方法で変更する単純な方法を有することが有益である。この問題を解決するには、マイクロ管の上向き区間内に毛管弁を配置する。マイクロ管は、これの上流方向において、液体を収容しているマイクロキャビティと液体連通しており、マイクロキャビティの上方高さはマイクロ管の最上高さと同じ高さ、またはほぼ同じ高さにある。液体が弁を突破するために必要な遠心力/回転速度は、回転軸に対する弁の高さに依存する。弁を上向き区間内のより高い位置に配置した場合には、弁をこれよりも低い位置に配置した場合よりも高い回転速度を必要とする。
Unit B: Technical issues and / or benefits:
For capillary valve manufacturing it is beneficial to have a simple way to change the rotational speed / centrifugal force that advances the liquid flow in a predetermined way during manufacturing. To solve this problem, a capillary valve is placed in the upward section of the microtube. The microtube is in fluid communication with the microcavity containing the liquid in the upstream direction of the microtube, and the upper height of the microcavity is the same as or substantially the same as the top height of the microtube. The centrifugal force / rotation speed required for liquid to break through the valve depends on the height of the valve relative to the axis of rotation. When the valve is arranged at a higher position in the upward section, a higher rotational speed is required than when the valve is arranged at a lower position.
本発明者らはさらに、ユニットBが、機能ユニットA、C〜Fの少なくとも1つの、1つ以上の特徴特性に結合している、あるいはこの特徴特性を備えている場合には、さらなる利点を達成できることを知得した。 The inventors further have further advantages when unit B is coupled to or has at least one characteristic characteristic of at least one of the functional units A, C to F. I knew that I could achieve it.
ユニットC: 技術上の問題および利点:
本発明者らは、液体がマイクロ管内の毛管弁を通過した後に、下向きの親和性マイクロ管内に液体プラグを作成することが問題に関連することを確認した。問題は、気泡が容易に作成され、表面搬送(ウィッキング)がプラグ搬送よりも速いなどである。本発明者らは、マイクロ管を弁位置において2本またはこれ以上のマイクロチャンネル(=フィンガ)に分割して、時間単位毎にプラグ形成に利用可能となる液体量を増加することで、これらの問題を最小化することに成功した。マイクロチャンネルは、停止機能/弁機能の両側から開始しているか、または、この両側において、全マイクロチャンネルに共通の空間内へと開口している。少なくとも2本のマイクロチャンネルは、本明細書中の他の部分で定義しているように、液体表面がマイクロチャンネルを通って平行に破壊される意味において機能上等しい。マイクロチャンネルの断面範囲の合計が、マイクロチャンネルの下流におけるマイクロ管の断面範囲よりも狭い場合には、さらなる改善を達成できる。本発明者らはまた、これと類似する設計が、使用中にマイクロ流体装置内で作成された過剰圧力/副圧力を均一化するための通気機能にも好適であることを確認した。
Unit C: Technical issues and benefits:
The inventors have identified that creating a liquid plug in a downward-facing affinity microtube is relevant to the problem after the liquid has passed through the capillary valve in the microtube. The problem is that bubbles are easily created and surface transport (wicking) is faster than plug transport. By dividing the microtube into two or more microchannels (= finger) at the valve position and increasing the amount of liquid available for plug formation every time unit, these Succeeded in minimizing the problem. The microchannel starts from both sides of the stop / valve function or opens into a space common to all microchannels on both sides. The at least two microchannels are functionally equivalent in the sense that the liquid surface is destroyed in parallel through the microchannels, as defined elsewhere herein. Further improvements can be achieved if the sum of the cross-sectional areas of the microchannels is narrower than the cross-sectional area of the microtubes downstream of the microchannels. The inventors have also confirmed that a similar design is suitable for the venting function to equalize the overpressure / sub-pressure created in the microfluidic device during use.
また、このユニットが機能ユニットA〜B、D〜Fの少なくとも1つの、1つ以上の特徴特性に結合している場合、または、この特徴特性を備える場合には、さらなる改善を達成できることも確認した。 It is also confirmed that further improvements can be achieved if this unit is coupled to one or more characteristic characteristics of at least one of the functional units A to B, D to F, or provided with this characteristic characteristic. did.
ユニットD: 技術上の問題および/または利点:
毛管弁の効率は、このタイプの弁に悪影響を及ぼす可能性のある材料、例えば界面活性材料や、マイクロチャンネル内に沈殿する、および/またはマイクロチャンネルに目詰まりを起こす可能性のある材料を含有した液体と接触すると低下する傾向にある。ユニットCで定義したフィンガ弁は特に目詰まりを起こし易い。そのため、毛管弁をこのタイプの液体との不要な接触から保護することが有利である。
Unit D: Technical issues and / or benefits:
Capillary valve efficiency includes materials that can adversely affect this type of valve, such as surface active materials and materials that can settle in and / or clog the microchannel It tends to decrease when it comes into contact with the liquid. The finger valve defined in unit C is particularly susceptible to clogging. It is therefore advantageous to protect the capillary valve from unwanted contact with this type of liquid.
本発明者らは、被保護毛管弁が配置されているのと同一のマイクロ管内に追加の毛管弁機能を導入することにより、このタイプの保護を達成した。この追加の弁は、被保護弁の上流にある。 The inventors have achieved this type of protection by introducing an additional capillary valve function within the same microtube where the protected capillary valve is located. This additional valve is upstream of the protected valve.
また、ユニットDが、機能ユニットA〜C、E〜Fの少なくとも1つの、1つ以上の特徴特性に結合している、あるいは、この特徴特性を備えている場合には、さらなる改善を達成できることも確認した。 Further improvement can be achieved if unit D is coupled to or has at least one characteristic characteristic of at least one of functional units A to C, E to F. Also confirmed.
ユニットE: 技術上の問題および/または利点:
このユニットは分離マイクロキャビティIを備えている。分離マイクロキャビティIの内部において、高密度の材料を含有した液体を軽量の材料から遠心力によって分離することで、下方位相と上方位相を備えた位相システムが得られる。高密度の材料は、下方位相との間の仕切りになる。これは細胞のような粒子、粒子形態の固体位相、これ以外の、液体位相において不安定となり、液体位相よりも高密度である微粒子材料であってもよい。より軽量の材料は上方位相との間の仕切りとなり、一般にこの材料は、材料が溶解した液体位相、即ち、粒子が激減した液体であり、これには例えばプラズマ、細胞培養からの浮遊物、細胞ホモジャネート、細胞ホモジャネート、およびこれ以外の、生物学的に導出した、微粒子材料を含有する流体が含まれる。これについては、例えば国際公開公報第2002074438号(ジャイロスAB)、国際公開公報第9853311号(ティーカントレーディング/ガメラバイオサイエンス社、米国特許第20040121449号(ベイヤーヘルスケア社(Bayer Healthcare)、米国特許第5,186,844号、米国特許第5,242,606号、米国特許第5,693,233号その他(アバクシス)、さらに、J.オートム・ケム17(3)(1995)99〜104(Schembriら)を参照できる。遠心分離後、上方位相が液体出口Iを介して分離マイクロキャビティ上へ搬送され、また、出口マイクロ管Iを介して分離マイクロキャビティIIへ搬送され、さらなる処理が実施される。国際公開公報第2002074438号(ジャイロスAB)は、マイクロ管Iの、毛管弁によって分離マイクロキャビティと接続している部分を若干外方へ向けることを提案している。この毛管弁は、上記接続に関連した疎水性破壊形態のものである。国際公開公報第9853311号(ガメラバイオサイエンス)は、上方プラズマ位相を分離マイクロキャビティIIへ選択的に搬送する以下の2つの変形例を提案している:a)閉鎖弁(ワックス弁、図9)。または、位相システムの形成後に(図10)上方プラズマ高さが上方へ調整される変形例。米国特許第20040121449号(ベイヤーヘルスケア)は、親水性または疎水性の停止部を設けた、下向きの出口マイクロ導管を提案している。大容量型システムを有するアバクシス社は、上方位相用の排出マイクロ管Iをとりわけ接線方向、または内方/外方へ向けられると提案している(米国特許第5,186,844号、米国特許第5,242,606号、米国特許第5,693,233号、その他。さらに、J.オートム・ケム(3)(1995)99〜104(Schembriら))。
Unit E: Technical issues and / or benefits:
This unit has a separation microcavity I. A phase system having a lower phase and an upper phase is obtained by separating a liquid containing a high-density material from a light-weight material by centrifugal force inside the separation microcavity I. The dense material provides a partition between the lower phase. This may be a particulate material that is unstable in the liquid phase and has a higher density than the liquid phase, such as particles such as cells, a solid phase in the form of particles. The lighter material provides a partition between the upper phase and generally this is the liquid phase in which the material is dissolved, i.e. the liquid in which the particles are drastically reduced, for example plasma, suspension from cell culture, cell Homogenates, cell homogenates, and other biologically derived fluids containing particulate material are included. For example, International Publication No. WO2002074438 (Gyros AB), International Publication No. WO9853311 (Tecan Trading / Gamera Biosciences, US Patent No. 200401214449 (Bayer Healthcare), US Patent No. No. 5,186,844, U.S. Pat. No. 5,242,606, U.S. Pat. No. 5,693,233 and others (Abaxis), J. Oatme Chem 17 (3) (1995) 99-104 (Schembri After centrifugation, the upper phase is conveyed via the liquid outlet I onto the separation microcavity and also via the outlet microtube I to the separation microcavity II for further processing. International Publication No. 2002074438 (Gyros AB) It is proposed that the part of the black tube I that is connected to the separation microcavity by means of a capillary valve is directed slightly outward, which is in the form of a hydrophobic fracture associated with the connection. Publication No. 9853311 (Gamera Bioscience) proposes the following two variants for selectively conveying the upper plasma phase to the separation microcavity II: a) A closing valve (wax valve, FIG. 9). Alternatively, a variation in which the upper plasma height is adjusted upwards after the formation of the phase system (FIG. 10) US 20040121449 (Bayer Healthcare) is a downward facing with a hydrophilic or hydrophobic stop. An exit microconduit has proposed Avacis, a large capacity system, which has a discharge microtube I for the upper phase, in particular tangentially, or (U.S. Pat. No. 5,186,844, U.S. Pat. No. 5,242,606, U.S. Pat. No. 5,693,233, etc.) Chem (3) (1995) 99-104 (Schembri et al.)).
本発明者らは、以下を行うために、マイクロ流体分離ユニットに改善が必要であることを確認した:
a) 十分に高品質な粒子激減部分を準備する。
The inventors have identified that the microfluidic separation unit needs to be improved to do the following:
a) Prepare a sufficiently high quality particle sharpening part.
b) 粒子が激減した液体の準備を、精密な測定および/またはマイクロ流体装置内でのさらなる処理と統合する。 b) Integrating the preparation of liquid with depleted particles with precision measurement and / or further processing in a microfluidic device.
最初に懸濁粒子を含有している液体中の粒子の量を減少させるには高い重力/回転速度が必要であり、また、マイクロ流体装置内の分離ユニットの下流にある弁と他の流動機能ユニットが不調を生じる危険性が高い。この不調には、とりわけ沈殿、および/または、フィンガ弁、多孔床、狭いマイクロ管などの目詰まりがある。これについては上のユニットAの説明を参照できる。 High gravity / rotation speed is required to reduce the amount of particles in the liquid initially containing suspended particles, and valves and other flow functions downstream of the separation unit in the microfluidic device There is a high risk that the unit will malfunction. This malfunction may include clogging such as sedimentation and / or finger valves, perforated beds, narrow microtubes, among others. For this, reference can be made to the description of unit A above.
本発明者らは、マイクロ管Iが液体出口Iに接続しており、この液体出口Iが、好ましくは毛管弁が関連した上向き区間を隣りに備えている場合には、改善を達成できることを確認した。これは、好ましくは、液体出口Iが、マイクロキャビティIの内壁の上向き部分内に配置されるべきであることを意味する。換言すれば、液体出口Iを通る搬送方向は上向きでなければならない。本発明者らの革新的な概念によれば、液体出口Iを通る別の搬送方向についても利点を達成できる。毛管弁は液体出口Iに直接関連していてよく、またフィンガ弁であることが好ましい。 The inventors have confirmed that an improvement can be achieved if the microtube I is connected to a liquid outlet I and this liquid outlet I is preferably equipped with an associated upward section next to the capillary valve. did. This preferably means that the liquid outlet I should be arranged in the upward part of the inner wall of the microcavity I. In other words, the transport direction through the liquid outlet I must be upward. According to our innovative concept, advantages can also be achieved for other transport directions through the liquid outlet I. The capillary valve may be directly associated with the liquid outlet I and is preferably a finger valve.
本発明者らは、ユニットDが機能ユニットA〜F、E〜Fのすくなくとも1つの、1つ以上の特徴特性に結合している、またはこれを備えている場合には、さらなる改善が達成できることも確認した。 We can achieve further improvements if unit D is coupled to or has at least one feature characteristic of at least one of functional units A-F, E-F. Also confirmed.
ユニットF: 技術上の問題および/または利点:
マイクロ流体検出マイクロキャビティは、上流反応マイクロキャビティ内で生じた結果を溶液中に読むためのものであり、一般にその形態はマイクロ管または室であった。多くの場合、検出マイクロキャビティは、反応マイクロキャビティから入ってきた溶液によって押し出される液体を収容しており、また、この結果を反応した分子実体を収容している。従来タイプのマイクロ流体検出マイクロキャビティにおいて、このタイプの設計は、入って来た溶液が先に検出マイクロキャビティ内に収容されていた液体と混合してしまう危険を意味する。この悪影響は、遠心力ベースのシステムでは特に邪魔であることがわかった。この段階での混合は、被検出/被検出実体の濃度を低下させるため望ましくない。
Unit F: Technical issues and / or benefits:
The microfluidic detection microcavity was for reading the results that occurred in the upstream reaction microcavity into solution, and generally the form was a microtube or chamber. In many cases, the detection microcavity contains the liquid that is pushed out by the solution entering from the reaction microcavity and also contains the molecular entity that has reacted the result. In conventional types of microfluidic detection microcavities, this type of design represents the risk that the incoming solution will mix with the liquid previously contained in the detection microcavity. This adverse effect has been found to be particularly disturbing in centrifugal force based systems. Mixing at this stage is undesirable because it reduces the concentration of the detected / detected entity.
本発明者らは、このタイプの望ましくない混合を減少させる、遠心力ベースのマイクロ流体装置に適した方法を確認した。本発明者らの提案は、検出マイクロキャビティを、入口部分、出口部分、1つ以上の蛇行部を有するマイクロ管として設計するというものである。上記蛇行部は2つの出口の間に画定されており、各蛇行部は少なくとも2つのリターンを備えている。2つのリターン間の区間は中間区間と呼ばれ、最初と最後のリターンの間のリターンは中間リターンと呼ばれる。蛇行部は上向きであってよく、この場合には主要な流れの方向も上向きとなる。即ち、入口部分は出口部分よりも下に位置する(上方蛇行部)。あるいは蛇行部は下向きであってもよく、この場合には主要な流れの方向も下向きとなる。即ち、入口部分が出口部分よりも上に位置する(下方蛇行部)。 The inventors have identified a method suitable for centrifugal force-based microfluidic devices that reduces this type of undesirable mixing. Our proposal is to design the detection microcavity as a microtube having an inlet portion, an outlet portion, and one or more serpentine portions. The serpentine is defined between two outlets, each serpentine having at least two returns. The interval between the two returns is called the intermediate interval, and the return between the first and last return is called the intermediate return. The serpentine may be upward, in which case the main flow direction is also upward. That is, the entrance portion is located below the exit portion (upper meandering portion). Alternatively, the meandering portion may be downward, in which case the main flow direction is also downward. That is, the entrance portion is located above the exit portion (lower meandering portion).
横に並んだ蛇行部を備え、分配マニホルドとして使用されるマイクロ管が、国際公開公報第02074438号、国際公開公報第02075312号、国際公開公報第03093802号、国際公開公報第03018198号、国際公開公報第03024598号、国際公開公報第0450247号、国際公開公報第04083108号、国際公開公報第04083109号、国際公開公報第04106926号(全てジャイロスAB)において説明されている。直立した蛇行部分を備え、混合マイクロ管として使用されるマイクロ管が、国際公開公報第00078455号、国際公開公報第00079285号、国際公開公報第01087487号(全てガメラバイオサイエンス/ティーカントレーディング(Gamera Biosciences/Tecan Trading))において説明されている。国際公開公報第01087487号によれば、測定および/または反応の実行も蛇行型混合マイクロ管内で実施することができる。 A microtube having a meandering portion arranged side by side and used as a distribution manifold is disclosed in International Publication No. 02074438, International Publication No. 02075312, International Publication No. 03093802, International Publication No. 03018198, International Publication No. No. 03024598, International Publication No. 045247, International Publication No. 04083108, International Publication No. 04083109, International Publication No. 04106926 (all Gyros AB). Microtubes that have an upright meandering part and are used as mixing microtubes are International Publication Nos. 00007455, 00007285, and 0108487 (all Gamera Biosciences / Gamera Biosciences). / Tecan Trading)). According to WO01087487 measurement and / or reaction can also be carried out in a meandering mixed microtube.
本件発明
本発明は、マイクロ流体装置に関する技術分野と概略のタイトルの下で説明されているタイプのマイクロ流体装置である。本装置の特徴的な特性は、装置の少なくとも1つ、2つまたはこれ以上のマイクロチャンネル構造は、本明細書中で説明している少なくとも1つの機能ユニットA〜Fを備えている。
The present invention is a microfluidic device of the type described under the technical field and general title on microfluidic devices. A characteristic feature of the device is that at least one, two or more microchannel structures of the device comprise at least one functional unit A-F as described herein.
各ユニットについて、本発明の1つ以上の液体の分別部分を搬送および/または処理するための装置および/またはマイクロチャンネル構造および/または機能ユニットを使用する革新的な方法も存在する。分別部分の少なくとも1つは、準備、合成、検定的処理プロトコルの反応物を含んでいる。この反応物は、特徴付けされていない実体(分析対象物質)や、処理サンプル(分別部分)に含有された試薬であってもよい。このプロトコルは、化学、生物学、機械、その他の分野で一般的なものである。 For each unit there are also innovative ways of using the apparatus and / or microchannel structures and / or functional units for transporting and / or processing one or more liquid fractions of the present invention. At least one of the fractionation moieties includes the preparation, synthesis, and assay processing protocol reactants. This reactant may be an uncharacterized entity (analyte) or a reagent contained in a processed sample (fractionated part). This protocol is common in chemistry, biology, machinery, and other fields.
様々な発明的ユニットにおけるマイクロ管IまたはIIのようなマイクロ管はマイクロチャンネル構造の一部であり、1つの入口端部と1つの出口端部を備えている。このような明記がない場合には、マイクロ管は、上述した反応物の1つ以上を含有した液体の1つ以上の分別部分の搬送に用いられる。液体搬送マイクロ管の入口端部と出口端部の間には、毛管弁または毛管通気孔の形態の毛管停止機能を設けることができるが、マイクロキャビティ(毛管弁または通気孔を画定するためのみに使用された場合は除く)や、他の液体搬送マイクロ管が関与した分岐はない。1つ以上の通気孔マイクロ管を液体搬送マイクロ管に接続できる。このような明記がない場合には、通気孔マイクロ管は、液体の搬送および/または処理中にマイクロチャンネル構造内で作られる過剰圧力または副圧力の均一化を目的とした空気/気体の搬送のみに使用される。通気孔マイクロ管の端部間には微キャビティ共振器を設けてもよい。 Microtubes such as microtube I or II in various inventive units are part of the microchannel structure and have one inlet end and one outlet end. If not specified, the microtube is used to transport one or more fractionated portions of a liquid containing one or more of the reactants described above. A capillary stop function in the form of a capillary valve or capillary vent can be provided between the inlet end and the outlet end of the liquid carrying microtube, but only for defining a microcavity (capillary valve or vent. No branching involving other liquid-carrying microtubes, except when used). One or more vent microtubes can be connected to the liquid transport microtube. Unless otherwise noted, vent microtubes are only used to carry air / gas for the purpose of equalizing overpressure or sub-pressure created within the microchannel structure during liquid delivery and / or processing. Used for. A microcavity resonator may be provided between the end portions of the vent microtube.
マイクロキャビティの液体排液部に直接接続しているマイクロ管の入口端部では、端部と出口が一致する。そのため、マイクロキャビティの液体出口に直接接続しているマイクロ管入口端部内またはこれに配置されている弁または通気孔は、液体出口内またはこれにも配置されている。同様に、これは、マイクロキャビティの液体入口に直接取り付けられたマイクロ管の出口端部にも当てはまる。 At the inlet end of the microtube directly connected to the liquid drainage portion of the microcavity, the end and outlet coincide. Therefore, a valve or vent located in or at the inlet end of the microtube directly connected to the liquid outlet of the microcavity is also located in or at the liquid outlet. Similarly, this applies to the outlet end of a microtube attached directly to the liquid inlet of the microcavity.
停止毛管弁の場合のこの位置は、表面メニスカス(meniscus)が停止する位置であると考えられる。 This position in the case of a stop capillary valve is considered to be the position where the surface meniscus stops.
毛管弁のような非閉鎖弁も通気機能を備えている。 Non-closed valves such as capillary valves also have a ventilation function.
A. 駆動液体プラグを作成することで毛管弁からの下方搬送を支持するユニット
この機能用ニットは以下を備える。
A. A unit that supports the downward transport from the capillary valve by creating a drive liquid plug. This functional knit comprises:
a) 液体入口I(5)と液体出口I(6)を具備した上流マイクロキャビティI(4)、
b) 入口端部(16)と出口端部(18)を有するマイクロ管I(17)、および、
c) マイクロ管I(17)に関連した毛管弁I(24)。
a) Upstream microcavity I (4) with liquid inlet I (5) and liquid outlet I (6),
b) Microtube I (17) having an inlet end (16) and an outlet end (18), and
c) Capillary valve I (24) associated with microtube I (17).
上流マイクロキャビティ(4)は、これの内部に上方液位Iを画定する液体分別部分を保持するためのものである。この上方液位は、マイクロキャビティ(4)(一般に、液体入口I(5)の高さに配置されている)の最上部分の高さと等しいかこれよりも下、あるいは、液体出口I(6)の高さよりも上である。 The upstream microcavity (4) is for holding a liquid fractionating portion defining an upper liquid level I therein. This upper liquid level is equal to or lower than the height of the uppermost part of the microcavity (4) (generally located at the height of the liquid inlet I (5)), or the liquid outlet I (6). It is above the height of.
このユニットを内蔵している装置(1)およびマイクロチャンネル構造(2)、さらにこのユニット自体は、回転軸(3)周囲で回転することで、上流マイクロキャビティ(4)内の液体を移動させて液体出口I(6)を介して排出させ、さらにマイクロ管I(17)を介して下流へ流すように設計されている。この搬送を行うのは、主に、回転、および/または回転中に個々のマイクロチャンネル構造内に生じた静水圧、および/または毛管力によって生じた遠心力である。搬送に十分な回転および/または静水圧がある場合、これは例えば非回転または低回転状態にある場合や、特に液体分別部分または少なくともこれの表面メニスカスが、回転軸(3)により接近した位置へ移動される、および/または、マイクロチャンネル構造(1)(ポート(9、51、52、53)=装置の構造の開口部)の液体流入ポート(9、51、52、53)から第1弁または通気孔(9のための15a、15b、24、25;5151のための54、57;52のための55;53のための56、58)にまで移動される場合には、自己吸引を生じさせるのに十分な毛管力を補助として使用することができる。 The device (1) and the microchannel structure (2) incorporating this unit, and the unit itself rotate around the rotation axis (3) to move the liquid in the upstream microcavity (4). It is designed to be discharged through the liquid outlet I (6) and further flow downstream through the microtube I (17). This transport is primarily due to rotation and / or hydrostatic pressure generated within the individual microchannel structures during rotation and / or centrifugal force generated by capillary forces. If there is sufficient rotation and / or hydrostatic pressure for the transfer, this is, for example, in a non-rotating or low-rotating state, in particular to a position where the liquid separation part or at least its surface meniscus is closer to the rotation axis (3). The first valve from the liquid inlet port (9, 51, 52, 53) of the moved and / or microchannel structure (1) (port (9, 51, 52, 53) = opening of the device structure) Or self-suction when moved to vents (15a, 15b, 24, 25 for 9; 54, 57 for 5151; 55 for 52; 56, 58 for 53) Sufficient capillary force to generate can be used as an aid.
主な特徴的特性を以下に示す。 The main characteristic characteristics are shown below.
i) マイクロ管I(17)の液体出口I(6)と、したがってさらに入口端部(16)は、マイクロ管Iの出口端部(18)よりも回転軸(3)に接近する。 i) The liquid outlet I (6) of the microtube I (17), and thus the inlet end (16), is closer to the axis of rotation (3) than the outlet end (18) of the microtube I.
ii) 毛管弁I(24)は、a)液体出口I(6)、またはb)マイクロ管I(17)の入口端部と出口端部(それぞれ16、18)の間に配置される。 ii) Capillary valve I (24) is placed between a) liquid outlet I (6) or b) microtube I (17) inlet and outlet ends (16, 18 respectively).
iii) 上流マイクロキャビティ(4)の液体出口(6)または弁I(24)と、マイクロ管I(17)の出口端部(18)の間の半径距離の差は、一般に、上方液位Iと液体出口I(6)または弁I(24)との間の半径距離の差と同様に、上流マイクロキャビティ(4)と液体出口I(6)または弁I(24)の最上部分(7)との間の半径距離の差の≧5%、例えば≧10%、≧50%、≧100%、≧200%、≧500%である。 iii) The difference in radial distance between the liquid outlet (6) or valve I (24) of the upstream microcavity (4) and the outlet end (18) of the microtube I (17) is generally the upper liquid level I And the upper microcavity (4) and the top portion (7) of the liquid outlet I (6) or valve I (24) as well as the difference in radial distance between the liquid outlet I (6) or valve I (24) ≧ 5% of the difference in radial distance between and ≧ 10%, ≧ 50%, ≧ 100%, ≧ 200%, ≧ 500%.
上方液位Iは、マイクロキャビティ(4)の最上部分(7)の高さと常に等しい、またはこれよりも低い。 The upper liquid level I is always equal to or lower than the height of the uppermost part (7) of the microcavity (4).
マイクロ管I(17)の、弁I(24)の下流にあたる部分は、マイクロ管I(17)の入口端部(16)(さらに弁I(24))から、マイクロ管(17)内の液体の表面(表面メニスカス)にまで、およびマイクロ管(17)の入口端部(16)の高さ以下にまで延びた連続的な液体プラグとしての液体搬送を支持できるように設計される。したがって、搬送開始時の上方液位Iは、最初は上流マイクロキャビティ(4)内を下方へ移動し、次に、マイクロ管I(17)の形状に応じてこれの上方/下方へ移動する裏面メニスカスと関連する。このプラグの最大高さは、マイクロ管I(17)の入口端部(16)および出口端部(18)の直径位置の差と等しいが、実際には、マイクロ管の相互寸法、液体の種類、流量などのような要素の数に依存する。メニスカスが弁I(24)と上流先端(22)(在る場合のみ)とを超えると、プラグが下方へ延び、回転速度が低下する。このタイプのプラグ搬送を得るための必須条項は次に示す要因の数に依存する:上流マイクロキャビティ・マイクロ管I・マイクロキャビティの液体出口の寸法・位置・形状;液体の表面張力;付加された遠心力、寸法を含む毛管弁の種類;上流マイクロキャビティおよびマイクロ管Iの内面の濡れ性など。様々な特徴の数値の最適な組み合わせについては、図面と、本明細書の他の部分とに示している。マイクロ管および/またはこれの出口端部(18)の拡張は、液体プラグの延長に反作用する。それぞれの特定のケースについて実験試験を行う必要がある。これについては実験部分を参照できる。 The portion of the micro tube I (17) downstream of the valve I (24) is the liquid in the micro tube (17) from the inlet end (16) of the micro tube I (17) (and the valve I (24)). It is designed to support liquid transport as a continuous liquid plug extending to the surface (surface meniscus) and below the height of the inlet end (16) of the microtube (17). Accordingly, the upper liquid level I at the start of conveyance first moves downward in the upstream microcavity (4), and then moves back / up according to the shape of the microtube I (17). Related to Meniscus. The maximum height of this plug is equal to the difference in diameter position of the inlet end (16) and outlet end (18) of the microtube I (17), but in practice the mutual dimensions of the microtubes, the type of liquid Depends on the number of elements, such as flow rate. When the meniscus exceeds the valve I (24) and the upstream tip (22) (if present), the plug extends downward and the rotational speed decreases. The required provisions for obtaining this type of plug transport depend on a number of factors: upstream microcavity, microtube I, microcavity liquid outlet dimensions, position and shape; liquid surface tension; added Capillary valve types including centrifugal force and dimensions; wettability of upstream microcavity and inner surface of microtube I, etc. Optimal combinations of numerical values for various features are shown in the drawings and elsewhere in this specification. Expansion of the microtube and / or its outlet end (18) counteracts the extension of the liquid plug. It is necessary to conduct experimental tests for each specific case. You can refer to the experimental part about this.
液体入口I(5)は、典型的には上流マイクロキャビティ(4)の頂部(7)に設けられ、さらに、上流方向において液体流入ポート(5)、即ち液体導入用装置の表面の開口部と連通する流入マイクロ管(8a)に直接接続されている。流入マイクロ管(8a)は、液体入口I(5)と同じ高さに溢出開口部(10)を設けていることが好ましい。溢出開口部(10)を設ける場合には、これが上流マイクロキャビティ(4)の頂部または最上部(7)を画定する。これについて以下に詳細に説明する。 The liquid inlet I (5) is typically provided at the top (7) of the upstream microcavity (4) and further in the upstream direction a liquid inlet port (5), ie an opening on the surface of the liquid introduction device. It is directly connected to the inflow microtube (8a) in communication. The inflow microtube (8a) is preferably provided with an overflow opening (10) at the same height as the liquid inlet I (5). If an overflow opening (10) is provided, this defines the top or top (7) of the upstream microcavity (4). This will be described in detail below.
一般に、液体入口I(5)は液体出口I(6)の高さよりも上の位置にある。そうでない場合には、ユニットは、上流マイクロキャビティが所望高さ(=上方液位I)まで充填された後、液体が液体入口Iから逆流することを防止するための適切な弁機能を含んでいる。 In general, the liquid inlet I (5) is located above the height of the liquid outlet I (6). Otherwise, the unit includes an appropriate valve function to prevent liquid from flowing back from the liquid inlet I after the upstream microcavity is filled to the desired height (= upper liquid level I). Yes.
弁I(24)が受動弁のような非閉鎖弁である場合には、上流マイクロキャビティの液体出口I(6)内に固有の通気機能が設けられる。また、上流マイクロキャビティ内に1つ以上の通気機能を追加して、マイクロキャビティ内部における望ましくない気泡の形成を防止することもできる(図示はない)。こうした他の通気機能は、純粋ガス通気孔または追加の液体入口に関連していてもよい。これについては以下を参照できる。 If valve I (24) is a non-closed valve such as a passive valve, a unique venting function is provided in the liquid outlet I (6) of the upstream microcavity. One or more venting functions can also be added within the upstream microcavity to prevent the formation of undesirable bubbles within the microcavity (not shown). Such other venting functions may be associated with pure gas vents or additional liquid inlets. The following can be referred to for this.
液体出口I(6)からの排出を開始する液体の流れは、液体出口I(6)における遠心力に関連して様々な方向に向く。この流体方向は、(a)下流/外方成分(外方半径成分)、(b)上方/内方成分(内方半径成分)、(c)本質的に接線(水平)方向を備えていてもよい。そのため、液体出口I(6)における遠心力の方向に関連した流れの方向は、変形例(a)では遠心力と少なくとも部分的に同じ方向に向き(沿い)、変形例(b)では少なくとも部分的に遠心力と対向し、変形例(c)では遠心力に本質的に直交する。液体出口Iにおける遠心力の方向に対する角度は(α)で表され、これは変形例(a)では0°≦α≦90°、例えば0°≦α≦85°(遠心力に沿う)、変形例(b)では90°≦α≦180°、例えば95°≦α≦180°(遠心力に対抗する)、変形例(c)では80≦α≦100°、例えば85°≦α≦95°、特に90°(遠心力に直交する)であってもよい。 The liquid flow that begins to drain from the liquid outlet I (6) is directed in various directions in relation to the centrifugal force at the liquid outlet I (6). This fluid direction comprises (a) downstream / outer component (outer radius component), (b) upper / inner component (inner radius component), (c) essentially tangential (horizontal) direction. Also good. Therefore, the direction of flow relative to the direction of the centrifugal force at the liquid outlet I (6) is at least partially oriented (along) in the same direction as the centrifugal force in the variant (a) and at least partly in the variant (b). In contrast, in the modification (c), it is essentially orthogonal to the centrifugal force. The angle with respect to the direction of the centrifugal force at the liquid outlet I is expressed by (α), which is 0 ° ≦ α ≦ 90 °, for example, 0 ° ≦ α ≦ 85 ° (along the centrifugal force) in the modified example (a). In example (b), 90 ° ≦ α ≦ 180 °, for example, 95 ° ≦ α ≦ 180 ° (against centrifugal force), and in modified example (c), 80 ≦ α ≦ 100 °, for example, 85 ° ≦ α ≦ 95 ° In particular, it may be 90 ° (perpendicular to the centrifugal force).
液体出口Iと液体出口Iおよび/または開口部の内壁との間の遠心力角度(α’)は、変形例(a)では0≦α’90°、例えば10°≦α’ ≦90°、変形例(b)では0≦α’≦90°、例えば10≦α’≦90°、変形例(c)では0°≦α’≦10°、例えば0°≦α’≦5°、特にα’=0°であってもよい。これらの間隔は、マイクロキャビティの内部から見られる角度に関連し、下方/上方と考慮される。 The centrifugal force angle (α ′) between the liquid outlet I and the liquid outlet I and / or the inner wall of the opening is 0 ≦ α′90 ° in the modified example (a), for example, 10 ° ≦ α ′ ≦ 90 °, In the modified example (b), 0 ≦ α ′ ≦ 90 °, for example, 10 ≦ α ′ ≦ 90 °, and in the modified example (c), 0 ° ≦ α ′ ≦ 10 °, for example, 0 ° ≦ α ′ ≦ 5 °, particularly α It may be '= 0 °. These spacings are related to the angle seen from the inside of the microcavity and are considered lower / upper.
マイクロ管I(17)の、上流マイクロキャビティの液体出口I(6)と隣り合った部分は、この液体出口(6)を通る複数の主要方向から選択した方向を設けていてもよいが、2つの方向が同方向である必要はない。 The portion of the microtube I (17) adjacent to the liquid outlet I (6) of the upstream microcavity may be provided with a direction selected from a plurality of main directions passing through the liquid outlet (6). Two directions need not be the same direction.
マイクロ管I(17)は連続的に下方に向いていてよく、例えば、a)直線的に延びて、回転軸からマイクロ管I(17)の液体出口I/入口端部(6/16)までの直線(半径)と一致するか、この直線(半径)に対して角度をなす、b)曲線、例えば、伸開線内にあるような蛇行変形例または単曲線変形例を含む。あるいは、マイクロ管I(17)は、1つ以上の上向き区間(23a)と1つ以上の下向き区間(23b)を含んでいてよく、両区間の間には上方または下方屈曲("elbows")区間、および/または水平区間を設けていてもよい。 The microtube I (17) may be continuously directed downward, for example: a) linearly extending from the axis of rotation to the liquid outlet I / inlet end (6/16) of the microtube I (17) B) a curved line, for example, a meandering variant or a single-curve variant, such as within a stretched line. Alternatively, the microtube I (17) may include one or more upward sections (23a) and one or more downward sections (23b) with an upward or downward bend ("elbows") between the sections. A section and / or a horizontal section may be provided.
特定の変形例では、マイクロ管I(17)は1つの上方屈曲部を備えている。この上方屈曲部は、液体出口I(6)の高さと上流マイクロキャビティ(4)の上方部分(7)との間、典型的には液体出口I(6)と上方液位Iの間における中間高さに上方先端("elbows")(22)を有する。別の好ましい変形例では、上方先端(22)の高さは、上方液位Iよりも上またはこれと等しくてよく、例えば、上流マイクロキャビティ(4)の最上部(7)の高さよりも上、またはこれと等しくてもよい。この段落内の変形例における、入口端部(16)と上方先端(22)の間に在るマイクロ管I(17)の全部品は、一般には連続的に上方へ向かうマイクロ管区間(23a)として、液体出口I(6)の高さよりも上に位置していることが好ましい。同様に、上方先端(22)と出口端部(18)の間に位置するマイクロ管I(17)の部品(23b)は、連続的に下方へ向いていることが好ましい。 In a particular variant, the microtube I (17) comprises one upward bend. This upward bend is between the height of the liquid outlet I (6) and the upper portion (7) of the upstream microcavity (4), typically between the liquid outlet I (6) and the upper liquid level I. Has an upper “elbows” (22) at height. In another preferred variant, the height of the upper tip (22) may be above or equal to the upper liquid level I, for example above the height of the top (7) of the upstream microcavity (4). Or may be equal to this. In the variant in this paragraph, all the parts of the microtube I (17) between the inlet end (16) and the upper tip (22) are generally continuously upwardly facing the microtube section (23a). As above, it is preferable to be located above the height of the liquid outlet I (6). Similarly, the part (23b) of the microtube I (17) located between the upper tip (22) and the outlet end (18) preferably faces continuously downward.
下向き区間、上向き区間、水平区間、上方屈曲部、下方屈曲部、その他は、ユニットB、Cで説明しているとおりのもの、および/または関連する使用態様についての説明したとおりのものであってもよい。 The downward section, the upward section, the horizontal section, the upper bent portion, the lower bent portion, and the like are as described in the units B and C and / or as described for the related usage modes. Also good.
毛管弁I(22)は、a)マイクロ管I(17)の入口端部(16)(液体出口I(6)と一致する)、b)マイクロ管I(17)の入口端部(16)と出口端部(18)の間、c)マイクロ管I(17)の出口端部(18)に位置している。 Capillary valve I (22) consists of a) inlet end (16) of microtube I (17) (coincident with liquid outlet I (6)), b) inlet end (16) of microtube I (17). C) located at the outlet end (18) of the microtube I (17).
弁I(24)は、上方先端(22)の前後のいずれに配置されていてもよい。マイクロ管I(17)が単一の下方区間である場合は、弁I(24)は、マイクロ管I(17)の入口端部(16)の高さ(液体出口I(6)の高さ)か、この高さの下に位置する。マイクロ管I(17)が上方先端(22)を設けた上方屈曲部である場合には、弁I(24)は、ユニットEでの説明にあるように、屈曲部の上方区間(23a)の最上部分に位置していることが好ましい。弁I(24)はまた、下方区間(23b)に配置してもよい。上方先端(22)が上方弁I(24)の高さよりも上、または、上流マイクロキャビティ(4)の最上部分(7)の高さよりも上に在る場合には、弁I(24)は、これら高さのうち関連するものの下に配置されるか、あるいは、ユニットの使用時に上流マイクロキャビティ(4)内の裏面メニスカス上に液体を追加することで十分な静水圧が作られることが好ましい。一般に、弁I(24)は、液体出口I(6)に関連した高さ、即ち、例えばマイクロ管I(17)の上方屈曲部(肘)の上方区間(23a)の一部としての、入口端部(16)(=液体出口I(6))と上方先端(22)との間の約25%以上の最上部分の高さに配置される。この間隔内における弁の好ましい関連位置はさらに高い、例えば入口端部(16)と上方先端(22)の間の50%以上または75%以上の最上部分にあることが好ましい。これについては、他の関連位置についても挙げているユニットB、C、EとユニットA〜C、Eの使用態様とをさらに参照できる。 The valve I (24) may be disposed either before or after the upper tip (22). When the microtube I (17) is a single lower section, the valve I (24) is at the height of the inlet end (16) of the microtube I (17) (the height of the liquid outlet I (6)). ) Or located below this height. If the microtube I (17) is an upper bend provided with an upper tip (22), the valve I (24) is located in the upper section (23a) of the bend as described in unit E. It is preferably located at the top. Valve I (24) may also be located in the lower section (23b). When the upper tip (22) is above the height of the upper valve I (24) or above the height of the uppermost portion (7) of the upstream microcavity (4), the valve I (24) Preferably, sufficient hydrostatic pressure is created by placing liquid on the back meniscus in the upstream microcavity (4) during use of the unit, or below the relevant one of these heights. . In general, the valve I (24) is at the height associated with the liquid outlet I (6), i.e., as part of the upper section (23a) of the upper bend (elbow) of the microtube I (17). It is arranged at the height of the uppermost part of about 25% or more between the end (16) (= liquid outlet I (6)) and the upper tip (22). The preferred associated position of the valve within this interval is preferably higher, for example at the top of 50% or more or 75% or more between the inlet end (16) and the upper tip (22). In this regard, further reference can be made to the units B, C, E and the usage modes of the units A to C, E, which are also mentioned for other related positions.
ユニット内の毛管弁、例えば弁I(24)は、一般に、この分野で周知の原理に従った化学および/または幾何学的内面特徴の変化に基づく。この変化は、マイクロ管の断面寸法の急激な増加または減少(横方向の変化)、および/または、親水性マイクロ管の内面の非濡れ性の急激な上昇であってもよい。いずれの場合も、変化は流れの方向に向かう。この変化は一般には局所的(破壊)であり、例えば、親水性の流路に生じた非濡れ性/疎水性の表面破壊である。これについては「マイクロ流体装置の概略(General about Microfluidic Devices)」、さらにこれに参照されている背景技術および文献を参照できる。弁I(24)は、本明細書中の、ユニットC、Eの部分で定義しているフィンガ弁であることが好ましい。 Capillary valves within the unit, such as valve I (24), are generally based on changes in chemical and / or geometric inner surface features according to principles well known in the art. This change may be a sudden increase or decrease in the cross-sectional dimension of the microtube (lateral change) and / or a rapid increase in non-wetting of the inner surface of the hydrophilic microtube. In either case, the change is in the direction of flow. This change is generally local (breaking), for example, non-wetting / hydrophobic surface breakage occurring in a hydrophilic flow path. In this regard, reference can be made to “General about Microfluidic Devices”, as well as the background art and literature referenced therein. The valve I (24) is preferably a finger valve as defined in the units C and E in this specification.
マイクロ管内に弁Iが設けられており、特に弁Iがフィンガ弁である場合には、マイクロ管I(17)は、弁I(24)の上流に追加の毛管弁(25)を含むことができる。これについてはさらにユニットDを参照できる。ユニットEで説明するように上流マイクロキャビティが別個のマイクロキャビティである変形例では、このタイプの追加の弁(25)は、マイクロ管Iを通過して液体位相から分離される材料によって弁I(24)が汚染されるおよび/または目詰まりを起こす危険を低減する。これについてはユニットD、Eを参照できる。 A valve I is provided in the microtube, and in particular if the valve I is a finger valve, the microtube I (17) may include an additional capillary valve (25) upstream of the valve I (24). it can. For this, reference can also be made to unit D. In a variant in which the upstream microcavity is a separate microcavity as described in unit E, this type of additional valve (25) is a valve I () by a material that passes through the microtube I and is separated from the liquid phase. 24) reduces the risk of contamination and / or clogging. In this regard, units D and E can be referred to.
上流マイクロキャビティ(4)の断面範囲は、マイクロ管I(17)内においてよりも液体出口I(6)の上流における方が、因数≧1、例えば≧2、または≧5、または≧10を持って大きいことが好ましい。弁Iの上流におけるマイクロ管Iの断面範囲は弁の下流の断面範囲よりも、因数≧1、例えば≧2、または≧5、または≧10をもって大きいことが好ましい。このような間隔は、弁Iが、ユニットCで説明するフィンガ弁の形状をした毛管停止機能である場合には特に当てはまる。 The cross-sectional area of the upstream microcavity (4) has a factor ≧ 1, for example ≧ 2, or ≧ 5, or ≧ 10 upstream of the liquid outlet I (6) than in the microtube I (17). Is preferably large. The cross-sectional area of the microtube I upstream of the valve I is preferably larger than the cross-sectional area downstream of the valve with a factor ≧ 1, for example ≧ 2, or ≧ 5, or ≧ 10. Such an interval is particularly true when the valve I is a capillary stop function in the shape of a finger valve as described in unit C.
特に、液体内のより高密度の材料を低密度の材料から分離するためにマイクロキャビティ(4)を使用する場合には、以降のユニットEで説明しているように、上流マイクロキャビティ(4)を液体出口I(6)によって下方部分(4b)と上方部分(4a)に分割することができる。典型的なケースでは、下方部分(4b)は、上流マイクロキャビティ(4)の総容量の≧10%、例えば≧25%、または≧50%、または≧70%、または≧80%を構成することができる。各部分の正確な相対容量は、液体出口から排出する位相の相対容量によって決定される。これについてはユニットEを参照できる。 In particular, when the microcavity (4) is used to separate the higher density material in the liquid from the lower density material, the upstream microcavity (4) as described in unit E below. Can be divided into a lower part (4b) and an upper part (4a) by means of a liquid outlet I (6). In typical cases, the lower part (4b) constitutes ≧ 10% of the total volume of the upstream microcavity (4), for example ≧ 25%, or ≧ 50%, or ≧ 70%, or ≧ 80%. Can do. The exact relative volume of each part is determined by the relative volume of the phase discharged from the liquid outlet. Refer to unit E for this.
一般に、上流マイクロキャビティは液体出口I(6)の高さに向かって(または出力部(6)自体に向かって)先細りしているため、この高さにおける断面範囲は液体出口I(6)の上流における最大断面範囲よりも小さい。上流マイクロキャビティ(4)が上方部分と下方部分(4a、4b)に分離される場合、一般に、マイクロキャビティ(4)に狭窄部が設けられて上方部分(4a)と下方部分(4b)が画定される。この狭窄部は本質的には液体出口I(6)と同じ高さにあり、一般には、この高さに向かう上方および/または下方部分の先細りによって画定される。この変形例における先細り/狭窄は、液体出口I(6)における断面範囲が、上方および下方部分の一方または両方、好ましくは上方部分(4a)の最大断面範囲よりも小さいことを意味する。先細りは液体入口I(5)に向かっていてもよい。これに関するさらなる説明については以降およびユニットEの説明を参照できる。 Generally, the upstream microcavity tapers towards the height of the liquid outlet I (6) (or towards the output (6) itself), so that the cross-sectional area at this height is that of the liquid outlet I (6). It is smaller than the maximum cross-sectional area upstream. When the upstream microcavity (4) is separated into an upper part and a lower part (4a, 4b), generally, the microcavity (4) is provided with a constricted part to define the upper part (4a) and the lower part (4b). Is done. This constriction is essentially at the same height as the liquid outlet I (6) and is generally defined by a taper in the upper and / or lower part towards this height. Tapering / stenosis in this variant means that the cross-sectional area at the liquid outlet I (6) is smaller than one or both of the upper and lower parts, preferably the maximum cross-sectional area of the upper part (4a). The taper may be towards the liquid inlet I (5). For further explanation on this, reference can be made to the following and the explanation of unit E.
下方部分(4b)(設けられている場合)は、この部分(4b)に入った液体によって押し出された空気を排出させるためだけの目的で周囲大気内に開口した1つ以上の出口(14)と連通している。このタイプの排出口のために装置表面に設けた開口部(ポート)(14)は、上流マイクロキャビティ(4)の液体出口(5)よりも高い位置、また一般には、同じマイクロキャビティの関連する流入ポート(9)よりも高い位置に配置されることが好ましい。関連する装置表面の開口部が上流マイクロキャビティの液体入口の高さよりも低い位置にある場合には、このタイプの出口(1つ以上)(14)に関連した毛管停止機能(下流端部)(15a)を設けることができる。上流マイクロキャビティ(4)の上方部分(4a)は容量測定マイクロキャビティとして使用することができる。これについては以降を参照できる。下方部分(4b)の通気機能に関連した毛管停止機能(15a)が液体出口I(6)よりも低い位置に配置されている場合、上述の容量測定の精密度が増す傾向にある。さらなる詳細についてはユニットDを参照できる。 The lower part (4b) (if provided) has one or more outlets (14) opened into the ambient atmosphere only for the purpose of discharging the air pushed out by the liquid entering this part (4b). Communicated with. The opening (port) (14) provided on the surface of the device for this type of outlet is higher than the liquid outlet (5) of the upstream microcavity (4) and is generally associated with the same microcavity. It is preferable to arrange at a position higher than the inflow port (9). Capillary stop function (downstream end) associated with this type of outlet (s) (14) (14) when the associated device surface opening is lower than the liquid inlet height of the upstream microcavity ( 15a) can be provided. The upper part (4a) of the upstream microcavity (4) can be used as a volumetric microcavity. See below for this. When the capillary stop function (15a) related to the ventilation function of the lower part (4b) is arranged at a position lower than the liquid outlet I (6), the accuracy of the volume measurement tends to increase. Reference may be made to unit D for further details.
下方部分(4b)(設けられている場合)は、液体出口Iから上方部分の内容物を排出して空にした後に下方部分から材料を排出するための別個の液体出口I’(図示せず)を設けていてもよい。この場合、液体出口I’ は液体出口Iよりも下に位置する。 The lower part (4b) (if provided) is a separate liquid outlet I ′ (not shown) for discharging the material from the lower part after draining the contents of the upper part from the liquid outlet I and emptying it. ) May be provided. In this case, the liquid outlet I ′ is located below the liquid outlet I.
下方部分(4b)用の出口に関連した毛管停止機能(15a)は、例えば毛管弁または毛管通気孔(好ましくはユニットCで説明したフィンガ通気孔)の形式の非閉鎖型であることが好ましい。これは、国際公開公報第02074438号(ジャイロスAB)の例えばユニット12と比較することができる。
The capillary stop function (15a) associated with the outlet for the lower part (4b) is preferably non-closed, for example in the form of a capillary valve or a capillary vent (preferably a finger vent as described in unit C). This can be compared with, for example, the
上流マイクロキャビティ(4)の総容量は、最上部分(7)の高さ(一般には液体入口I(5))と、最下部分の高さ、一般には液体出口I(6)との間に保持できる最大液体容量である。 The total volume of the upstream microcavity (4) is between the height of the uppermost part (7) (typically the liquid inlet I (5)) and the height of the lowermost part, typically the liquid outlet I (6). The maximum liquid volume that can be held.
機能ユニットAはさらに、液体入口IIを設けた下流マイクロキャビティII(20)を備えており、液体入口IIはマイクロキャビティI(17)の出口端部と流体連通している。一般にマイクロキャビティ(20)は、例えば以下に示すような出口を1つ以上備えている:
a) 液体排出配列II。この配列は、マイクロキャビティII(20)の液体出口II(32)と、排出マイクロ管II(35)を備え、これの内部において、マイクロキャビティから排出される材料の搬送の制御を行う。および/または、
b) 1つ以上の通気機能。
The functional unit A further comprises a downstream microcavity II (20) provided with a liquid inlet II, which is in fluid communication with the outlet end of the microcavity I (17). In general, the microcavity (20) comprises one or more outlets, for example as shown below:
a) Liquid discharge arrangement II. This arrangement comprises a liquid outlet II (32) of the microcavity II (20) and a discharge microtube II (35), in which the transport of the material discharged from the microcavity is controlled. And / or
b) One or more ventilation functions.
配列IIの搬送制御機能は、微粒子材料、例えば圧縮多孔床の粒子がマイクロキャビティII(20)から逃げないように狭窄部(33)を液体出口II(32)に配置したり、および/または配列II内に液体流規制部を含める、および/または弁II、一般には毛管弁を含めることで達成される。弁IIは、マイクロ管II(35)内の、一般には液体出口II(32)に配置されている。多孔床(34)の形式の流れ規制部を、マイクロキャビティ内、好ましくはこれの出口端部に配置できる(国際公開公報第02075312号 ジャイロスAB)。流れ規制部はまた、マイクロ管II(35)の設計の、例えば長くおよび/または狭い(国際公開公報第03024598号 ジャイロスAB)といった固有のものであってもよいし、および/または、粗い内面、多孔性プラグ、支柱、その他のように、妨害された流れを支持する他の特徴を含めることによって設けられてもよい。下流マイクロキャビティ(20)はまた、1つ以上の通気機能と一致できる、あるいは一致できない1つ以上の追加の液体入口(51、52、53)を設けていてもよい。これら1つ、2つもしくはこれ以上の追加の入口のそれぞれは、流入配列の一部であっても、そうでなくてもよく、この流入配列は、マイクロチャンネル構造1つにつき独立しているか、もしくは複数のマイクロチャンネル構造に共通しており、また、以降のマイクロ流体装置の概略でさらに説明しているように、マイクロチャンネル構造1つにつき、容量測定マイクロキャビティを具備した容量確定ユニットを提供する。 The transport control function of Array II is to place the constriction (33) at the liquid outlet II (32) and / or to prevent particulate material, eg, compressed porous bed particles, from escaping from the microcavity II (20). This is accomplished by including a liquid flow restriction in II and / or including valve II, generally a capillary valve. The valve II is located in the microtube II (35), generally at the liquid outlet II (32). A flow restriction in the form of a porous bed (34) can be placed in the microcavity, preferably at the outlet end thereof (WO 02075312 Gyros AB). The flow restriction may also be inherent in the design of the microtube II (35), e.g. long and / or narrow (WO03024598 Gyros AB) and / or a rough inner surface, It may be provided by including other features that support the disturbed flow, such as porous plugs, struts, and the like. The downstream microcavity (20) may also be provided with one or more additional liquid inlets (51, 52, 53) that may or may not match one or more venting functions. Each of these one, two or more additional inlets may or may not be part of the inflow arrangement, which is independent for each microchannel structure, Alternatively, a volume determination unit is provided having a volume measuring microcavity per microchannel structure, as is common to multiple microchannel structures and as further described in the outline of the microfluidic device below. .
液体出口II(32)は一般に下流マイクロキャビティ(20)の最下部分に配置されるが、最下部分と最上部分の間の中間の高さに配置して、下流マイクロキャビティを上方部分と下方部分に分割することもできる。この変形例では、下方部分は弁II’ を備えた別個の液体出口II’ を備えていてもよい。下流マイクロキャビティの液体入口、液体出口、弁、上方および下方部分、その他の設計は、上流マイクロキャビティについて上述したとおりであってもよい。 The liquid outlet II (32) is generally located in the lowermost part of the downstream microcavity (20), but is located at an intermediate height between the lowermost part and the uppermost part so that the downstream microcavity is lower and upper part. It can also be divided into parts. In this variant, the lower part may comprise a separate liquid outlet II 'with a valve II'. The downstream microcavity liquid inlet, liquid outlet, valve, upper and lower portions, and other designs may be as described above for the upstream microcavity.
液体入口II(21)は、液体出口II(32)、II’(設けられている場合のみ)のいずれよりも回転軸(3)に接近している。 The liquid inlet II (21) is closer to the rotating shaft (3) than both the liquid outlet II (32) and II '(if provided).
液体出口II(32)は、例えば以降のユニットFで定義しているように、検出ユニットと下流液体連通していてもよい。この液体出口の間には、上述で定義しているようなマイクロ管II(35)が設けられている。 The liquid outlet II (32) may be in downstream fluid communication with the detection unit, for example as defined in unit F below. Between these liquid outlets, a micro tube II (35) as defined above is provided.
上記の説明、マイクロ流体装置の概要、背景技術、これらの部分において参照した刊行物で述べているように、弁IIと、さらに、もしあれば弁II’とは受動弁であることが好ましい。これ以外のタイプの非閉鎖弁を使用することもできる。下流マイクロキャビティ(20)上の液体出口に関連したこれら弁のうち1つ以上は、ユニットCで説明したフィンガ弁であってもよい。 As noted in the above description, microfluidic device overview, background art, and publications referenced in these sections, valve II and, if present, valve II ', are preferably passive valves. Other types of non-closed valves can also be used. One or more of these valves associated with the liquid outlet on the downstream microcavity (20) may be the finger valve described in unit C.
多孔床(34)の形式の流れ規制部は、一般に下流マイクロキャビティ(20)の液体出口(32)の最下部に関連している。このタイプのベッドは、一般に、ベッドを通過する液体分別部分内に存在している反応物または汚染物質と相互作用する固体相として使用される。一般に、ベッドは多孔性のモノリシックプラグ形式であるか、または多孔性または非多孔性粒子の圧迫床である。反応物および汚染物質との相互作用は、ベッドの固体相材料に固着した反応物を介して起こる。これ以外のタイプの流れ規制は、一般に、マイクロキャビティ(20)と、これに内設されている多孔床とを介して制御された流量が得られるように使用される。これにより、マイクロキャビティを通過する液体分別部分の流れ条件下で滞留時間を制御することが可能になり、したがって、マイクロキャビティ内(壁、多孔床、その他)に固着した反応物と、通過する反応物(国際公開公報第02075312号(ジャイロスAB)および国際公開公報第03024598号(ジャイロスAB))との間の接触時間を制御することも可能になる。「制御された滞留時間」という用語は、国際公開公報第02075312号および国際公開公報第03024598号で説明されているものと同じ意味で同時使用される、1つまたは2つのマイクロ構造(同一の装置)内の関連するマイクロキャビティについて、滞留時間が本質的に等しいことを含む。 A flow restriction in the form of a perforated bed (34) is generally associated with the bottom of the liquid outlet (32) of the downstream microcavity (20). This type of bed is generally used as a solid phase that interacts with reactants or contaminants present in the liquid fraction that passes through the bed. In general, the bed is in the form of a porous monolithic plug or a compression bed of porous or non-porous particles. The interaction with the reactants and contaminants occurs via reactants anchored to the solid phase material of the bed. Other types of flow regulation are generally used to obtain a controlled flow rate through the microcavity (20) and the perforated bed embedded therein. This makes it possible to control the residence time under the flow conditions of the liquid fraction passing through the microcavity, and thus the reactants that are stuck inside the microcavity (wall, porous bed, etc.) and the reaction that passes through. It is also possible to control the contact time between objects (International Publication No. 02075312 (Gyros AB) and International Publication No. 030259898 (Gyros AB)). The term “controlled dwell time” is used to mean one or two microstructures (identical devices) used in the same meaning as described in WO02075312 and WO03024598. ) For the associated microcavities in).
マイクロ管I(17)の入口端部(16)と出口端部(18)の間の半径距離は以下の半径距離の差の≧100%、例えば≧200%、または≧500%、または1000%であることが好ましい:
a) 液体入口II(21)と、下流マイクロキャビティ(20)に関連した最下液体出口(32)または毛管弁または流れ規制部との間の半径距離の差。または、
b) 下流マイクロキャビティ内の上方液位と、下流マイクロキャビティ(20)に関連した最下液体排出弁(32)または毛管弁または流れ規制部との半径距離の差。
The radial distance between the inlet end (16) and the outlet end (18) of the microtube I (17) is ≧ 100%, eg ≧ 200%, or ≧ 500%, or 1000% of the difference of the following radial distances: Is preferably:
a) The difference in radial distance between the liquid inlet II (21) and the bottom liquid outlet (32) or capillary valve or flow restriction associated with the downstream microcavity (20). Or
b) The difference in radial distance between the upper liquid level in the downstream microcavity and the lowest liquid discharge valve (32) or capillary valve or flow restriction associated with the downstream microcavity (20).
これは、マイクロ管I(17)の入口端部(16)と出口端部(18)の間の半径距離の差が、(a)または(b)で定義した、例えば≧25%または≧50%または≧75%といった≧10%の差よりも短くなることを除外しない。(b)の「上方液位」(=上方液位II)という用語は、所望の液体容量が上流マイクロキャビティ(4)から下流マイクロキャビティ(20)まで搬送された後の、下流マイクロキャビティ(20)内の液位を意味する。 This is because the difference in radial distance between the inlet end (16) and the outlet end (18) of the microtube I (17) is defined by (a) or (b), for example ≧ 25% or ≧ 50 It is not excluded to be shorter than a difference of ≧ 10%, such as% or ≧ 75%. The term “upper liquid level” (= upper liquid level II) in (b) refers to the downstream microcavity (20 after the desired liquid volume has been transferred from the upstream microcavity (4) to the downstream microcavity (20). ) Means the liquid level.
下流マイクロキャビティ(20)の高さの半分以下の容量は、マイクロキャビティの総容量の≧50%、例えば≧60%、または≧75%であってもよい。 The volume less than half the height of the downstream microcavity (20) may be ≧ 50% of the total capacity of the microcavity, such as ≧ 60%, or ≧ 75%.
上流マイクロキャビティ(4)と同じ方法で、下流マイクロキャビティ(20)も狭窄および/または先細りしていてもよい。 In the same manner as the upstream microcavity (4), the downstream microcavity (20) may also be constricted and / or tapered.
両方のマイクロキャビティ(4、20)が先細りしている場合には、関連する流出部/入口の内壁のうち少なくとも1つ、2つまたはこれ以上が、先細りによって、搬送方向に対して鋭角(β<90°)を形成していることを意味する。この角度(β)は、例えば20〜40°、25〜35°のように10〜50°の間隔内にあることが好ましく、また、約30°が好ましい。これらの間隔は純粋な通気出口にも適用できる。液体出口と純粋な通気出口に関して言えば、マイクロキャビティを液体で充填する最中の気泡の形成が先細りによって阻止される。 If both microcavities (4, 20) are tapered, at least one, two or more of the associated outflow / inlet inner walls are sharpened with respect to the transport direction (β <90 °) is formed. This angle (β) is preferably within an interval of 10 to 50 °, such as 20 to 40 ° and 25 to 35 °, and preferably about 30 °. These intervals can also be applied to pure ventilation outlets. As regards the liquid outlet and the pure vent outlet, the taper prevents the formation of bubbles during the filling of the microcavity with the liquid.
マイクロキャビティ(4、20)が、入口/出口(5/6、32)に関連した狭窄部および/または先細りを有する場合には、マイクロキャビティまたはこれの上方部分(4a)および/または下方部分(4b)の最大断面範囲は、一般に、例えば≧1.25、または≧1.5、または≧3.0、または≧5.0といった因数>1に関連した出口/入口の高さにおける断面範囲よりも広い。 If the microcavity (4, 20) has a constriction and / or a taper associated with the inlet / outlet (5/6, 32), the microcavity or its upper part (4a) and / or the lower part ( The maximum cross-sectional area of 4b) is generally greater than the cross-sectional area at the outlet / inlet height associated with a factor> 1, for example ≧ 1.25, or ≧ 1.5, or ≧ 3.0, or ≧ 5.0. Is also wide.
上流マイクロキャビティ(4)および/または下流マイクロキャビティ(20)の上方部分(設けられている場合のみ)は、例えば国際公開公報第02074438号または国際公開公報第03018198号(両方ともジャイロスAB)で略述されているタイプのような容量画定ユニットの一部であってもよい。 The upper part (only if provided) of the upstream microcavity (4) and / or the downstream microcavity (20) is abbreviated in, for example, WO02074438 or WO03018198 (both are gyros AB). It may be part of a capacity defining unit such as the type described.
上流マイクロキャビティ(4)の場合には、前段落は、流入マイクロ管(8a)が、液体入口I(5)と同じ高さに溢出開口部(10)を有することを意味する。この溢出開口部(10)は、一般に、上流マイクロキャビティ(4)の液体出口(1つ以上 )に関連していてもよい弁(15a、15b、24、25)の上または下で終端した、下方に向かう溢出(11)マイクロ管と接続している。上流マイクロキャビティ(4)の最上部分は、溢出開口部(10)の高さで狭窄している、および/または、この高さに向かって先細りしている、即ち、同様に液体入口I(5)の高さにて、および/または、この高さに向かって先細りしていることが好ましい。これについてはさらに国際公開公報第02074438号、国際公開公報第02018198号(両方ともジャイロスAB)を参照できる。 In the case of the upstream microcavity (4), the previous paragraph means that the inflow microtube (8a) has an overflow opening (10) at the same height as the liquid inlet I (5). This overflow opening (10) generally terminates above or below a valve (15a, 15b, 24, 25) that may be associated with the liquid outlet (s) of the upstream microcavity (4), Downward overflow (11) Connected to microtube. The uppermost part of the upstream microcavity (4) is constricted at the height of the overflow opening (10) and / or tapers towards this height, ie likewise the liquid inlet I (5 ) And / or taper towards this height. In this regard, reference can be made to International Publication No. 02074438 and International Publication No. 02018198 (both are Gyros AB).
下流マイクロキャビティ(20)はまた、容量画定機能(図示せず)備えていてもよい。これはマイクロキャビティが以下を有することを意味する:
a) 第1液体出口。これは溢出開口部であり、マイクロキャビティを上方部分と下方部分に分割する。第1液体出口はさらに第1出口と第1弁を設けている、第1出口は、溢出開口部に直接接続され、これの出口端部が下方に向かう溢出マイクロ管として設計されている。第1弁は、液体出口および/またはマイクロキャビティの下方部分の弁の高さよりも上または下にあってもよい。
The downstream microcavity (20) may also have a volume defining function (not shown). This means that the microcavity has:
a) First liquid outlet. This is an overflow opening that divides the microcavity into an upper part and a lower part. The first liquid outlet is further provided with a first outlet and a first valve. The first outlet is directly connected to the overflow opening, and is designed as an overflow microtube whose outlet end is directed downward. The first valve may be above or below the height of the valve in the liquid outlet and / or the lower part of the microcavity.
b) 第2液体出口。これはi)マイクロキャビティの下方部分にあり、ii)マイクロチャンネル構造の下流部分と下流液体連通している第2排出マイクロ管の入口端部に接続しており、iii)第2液体出口および/または第2マイクロ管内にある第2弁と関連している。 b) Second liquid outlet. This is i) in the lower part of the microcavity, ii) connected to the inlet end of the second discharge microtube in downstream liquid communication with the downstream part of the microchannel structure, and iii) the second liquid outlet and / or Or associated with a second valve in the second microtube.
この設計では、マイクロキャビティの下方部分は容量測定マイクロキャビティと関連し、第1液体出口は図中の液体出口II(32)と関連している。第2液体出口はこの図面の変形例には示されていない。第1および第2弁のような弁は一般に非閉鎖弁であり、例えば、本明細書の他の部分で考慮しているように設計されていることが好ましい毛管弁であってもよい。 In this design, the lower portion of the microcavity is associated with the volumetric microcavity and the first liquid outlet is associated with the liquid outlet II (32) in the figure. The second liquid outlet is not shown in the variant of this drawing. Valves such as the first and second valves are generally non-closed valves, and may be, for example, capillary valves that are preferably designed as considered elsewhere in this specification.
狭窄部および先細りは、上流マイクロキャビティ内の関連部分について略述したとおりである。これについては上述と、さらにユニットEを参照できる。 The constriction and taper are as outlined for the relevant part in the upstream microcavity. This can be referred to above and also to unit E.
この革新的な装置のマイクロチャンネル構造は、上流ユニットの下流マイクロキャビティが、最も近い下流ユニットの上流マイクロキャビティと液体連通できるように相互に連続結合した少なくとも2つのユニットを備えていてもよい。この連続結合したユニットは、上流ユニットの上流または下流マイクロキャビティにおいて、これに関連する下流ユニットのマイクロキャビティと同じ動作が行われない点で異なっていてもよい。上流ユニットの下流マイクロキャビティは、これに最も近い下流ユニットの上流マイクロキャビティと一致することができる。2つの連続ユニットの上流および下流マイクロキャビティが一致しない場合には、これらの間に他の機能ユニットを挿入することができる。 The microchannel structure of this innovative device may comprise at least two units connected in series so that the downstream microcavity of the upstream unit can be in fluid communication with the upstream microcavity of the nearest downstream unit. This continuously coupled unit may differ in that the upstream or downstream microcavity of the upstream unit does not perform the same operation as the associated downstream unit microcavity. The downstream microcavity of the upstream unit can coincide with the upstream microcavity of the nearest downstream unit. If the upstream and downstream microcavities of two consecutive units do not match, another functional unit can be inserted between them.
上流マイクロキャビティ(4)は以下を備えていてもよい:a)混合および/または希釈機能。この場合は、一般に、マイクロキャビティ上に2つまたはこれ以上の液体入口が設けられている。b)以降のユニットEで述べるように、高密度の材料からこれよりも密度の低い材料を分離する機能。c)細胞または細胞の一部、酵素反応、親和性反応、その他が関与する反応の中から選択された1つ以上の生化学反応を実行する機能。上流マイクロキャビティ(4)の機能は、下流マイクロキャビティ(20)と同じ機能(上述を参照)の中から選択でき、下流マイクロキャビティ(20)についてはこの逆が当てはまる。2つのマイクロキャビティの機能は、各内部で何が実行されるかによって異なる。上流マイクロキャビティ(4)は、下流マイクロキャビティ(20)について上述した流入配列の一部である1つ、2つ、3つ、またはこれ以上の入口を装備していてもよい。 The upstream microcavity (4) may comprise: a) a mixing and / or dilution function. In this case, generally two or more liquid inlets are provided on the microcavity. b) A function of separating a material having a lower density from a material having a higher density as described in the following unit E. c) The ability to perform one or more biochemical reactions selected from reactions involving cells or parts of cells, enzymatic reactions, affinity reactions, etc. The function of the upstream microcavity (4) can be selected from the same functions (see above) as the downstream microcavity (20), and vice versa for the downstream microcavity (20). The function of the two microcavities depends on what is performed inside each. The upstream microcavity (4) may be equipped with one, two, three, or more inlets that are part of the inflow arrangement described above for the downstream microcavity (20).
マイクロキャビティが、上で挙げたタイプの反応を実行するように設計されている場合には、これらの反応は、溶解した反応物どうしの間、および/または、1つ以上の溶解した反応物と、これに関係するマイクロキャビティ内の固体相に関連した反応物/複数の反応物との間にある。上流マイクロキャビティが、上記およびユニットEで説明したような分離または分留機能を備えている場合には、下流マイクロキャビティに反応が生じる。この内容で使用している「溶解した反応物」という用語は、懸濁した反応物、例えば細胞あるいは細胞の一部、マイクロキャビティ内に保持された懸濁している微粒子固体相に固着した反応物、その他を含む。用語「保持された」とは、反応の最中、また、反応中に存在する液体を少なくとも部分的に除去した後に、マイクロキャビティ内に固体相が維持された状態を意味する。一般に、こうした固体相は、マイクロキャビティの下流端部、および/または、例えばマイクロ管I、II、II’のような排出マイクロ管内に配置された、内壁、例えば多孔性モノリスのような多孔床、粒子の充填ベッドである。多孔床が出口に関連している場合には、この出口に関連した別個の弁機能はない。マイクロキャビティ内で反応が生じる可能性は、同じマイクロキャビティまたは上流マイクロキャビティ(設けられている場合)内での事前段階における混合および/または希釈の実行と組み合わせられる。 If the microcavity is designed to carry out the types of reactions listed above, these reactions may occur between dissolved reactants and / or with one or more dissolved reactants. Between the reactant / reactants associated with the solid phase within the microcavity involved. If the upstream microcavity has a separation or fractionation function as described above and in unit E, a reaction occurs in the downstream microcavity. As used in this context, the term “dissolved reactant” refers to a suspended reactant, eg, a reactant attached to a suspended particulate solid phase held in a microcavity, eg, a cell or a portion of a cell. , Including others. The term “retained” means that the solid phase is maintained in the microcavity during the reaction and after at least partial removal of the liquid present during the reaction. In general, such a solid phase has an inner wall, for example a porous bed such as a porous monolith, arranged in the downstream end of the microcavity and / or in an exhaust microtube such as microtube I, II, II ′, A packed bed of particles. If a perforated bed is associated with the outlet, there is no separate valve function associated with this outlet. The possibility of a reaction occurring in the microcavity is combined with performing mixing and / or dilution in a previous step within the same microcavity or upstream microcavity (if provided).
ユニットAに関連した本発明の1つの態様はマイクロ流体装置の利用方法であり、この方法ではマイクロ構造は革新的なユニットAを備えている。この方法は以下のステップを備える。 One aspect of the present invention associated with unit A is the use of a microfluidic device, in which the microstructure comprises an innovative unit A. This method comprises the following steps.
i) マイクロ流体装置(1)を提供するステップ。この装置には、上で定義したとおりのユニットAを備えたマイクロチャンネル構造(2)が内蔵されており、上記ユニットの上流マイクロキャビティは上方液位Iまで液体で充填されている。即ち、マイクロ管I(17)の上方液体レベルでは裏面メニスカスによって、弁I(24)では正面メニスカスによって充填されている。 i) providing a microfluidic device (1); This device contains a microchannel structure (2) with unit A as defined above, and the upstream microcavity of the unit is filled with liquid up to the upper liquid level I. That is, the liquid level above the microtube I (17) is filled with the back meniscus and the valve I (24) is filled with the front meniscus.
ii) 回転軸(3)の周囲で装置(1)を或る回転速度で回転させることで、正面メニスカスを、弁I(24)を通過できるように移動させるステップ。 ii) moving the front meniscus so that it can pass through the valve I (24) by rotating the device (1) around the axis of rotation (3) at a certain rotational speed;
iii) 正面メニスカスがマイクロ管I(17)の出口端部(18)に向かって下流へ移動する状態で、液体プラグが弁I(24)からマイクロ管I(17)内に連続して延びることができるように回転速度を調整し、これにより、裏面メニスカスがマイクロ管I(17)内に移り、可能であればこの内部を通ることができるようにして、マイクロ管I(17)の出口端部を介して液体を上流マイクロキャビティ(4)から排出することにより、マイクロキャビティ(4)を液体入口I(5)まで空にするステップ。 iii) The liquid plug extends continuously from the valve I (24) into the microtube I (17) with the front meniscus moving downstream toward the outlet end (18) of the microtube I (17). So that the back meniscus can move into the microtube I (17) and, if possible, through it, the outlet end of the microtube I (17). Emptying the microcavity (4) to the liquid inlet I (5) by discharging the liquid from the upstream microcavity (4) through the section.
マイクロキャビティ(4)が下方第1部分(4b)を有する場合には、マイクロキャビティ内の液体出口(6)の高さに新たなメニスカスが作成される。マイクロ管Iが、上方液体レベルIよりも上にある上方先端(22)を備え、弁I(24)が上方先端(即ち、上方液位Iの下)の上流に位置決めされている場合には、連続「(ii)と(iii)」は以下のステップを備える:
(ii.a) 装置を回転させることで正面メニスカスを弁I(24)へと移動し、正面メニスカスに弁を通過させるステップ。
If the microcavity (4) has a lower first part (4b), a new meniscus is created at the height of the liquid outlet (6) in the microcavity. When the microtube I has an upper tip (22) above the upper liquid level I and the valve I (24) is positioned upstream of the upper tip (ie, below the upper liquid level I) The sequence “(ii) and (iii)” comprises the following steps:
(Ii.a) moving the front meniscus to valve I (24) by rotating the device and passing the valve through the front meniscus.
(ii.b) 正面および裏面メニスカスが同じ高さに並ぶように、回転によって液体を平衡状態に保つステップ。 (Ii.b) Step of keeping the liquid in an equilibrium state by rotation so that the front and back meniscuses are aligned at the same height.
(ii.c) 正面メニスカスにて毛管力が遠心力よりも大きくなるように、可能であれば必要に応じて回転を停止して、正面メニスカスが裏面メニスカスの高さ以下になるまで上方先端(22)への毛管液搬送を可能にすることにより回転速度を調整するステップ。 (Ii.c) Rotation is stopped if necessary so that the capillary force is greater than the centrifugal force at the front meniscus, and the upper tip until the front meniscus is below the height of the back meniscus ( 22) adjusting the rotational speed by allowing the capillary fluid transport to 22).
(iii’) マイクロ管I(17)の出口端部(18)から液体を排出することで、上流マイクロキャビティ(4)を液体出口I(6)の高さにまで空にするステップ。 (Iii ') emptying the upstream microcavity (4) to the height of the liquid outlet I (6) by discharging liquid from the outlet end (18) of the microtube I (17).
ステップ(ii.b)の最中、回転速度が、制限するものが主にマイクロ流体装置の材料の性質だけの状態で大きく増加する。これにより、上流マイクロキャビティ内で、より軽量の材料から上方および下方位相までの低密度の材料の非常に効率的な遠心力ベースの分留が達成される。あるいはステップ(iii)、(iii’)は、必ずしも弁Iから液体プラグが連続して形成される必要のない液体搬送を備えていてもよい。 During step (ii.b), the rotational speed is greatly increased, mainly due to the material properties of the microfluidic device only. This achieves a very efficient centrifugal force-based fractionation of low density materials from lighter materials to upper and lower phases in the upstream microcavity. Alternatively, steps (iii) and (iii ') may comprise a liquid transport that does not necessarily require a liquid plug to be continuously formed from valve I.
1つ以上のステップにおいて、駆動プラグの高さ(正面メニスカスと裏面メニスカスの間)が延びる際に、回転速度/遠心力が連続低下、または低下する。これにより、化流マイクロキャビティ(20)の液体出口II(32)からの望ましくないおよび/または未制御の液体搬送の危険が低下する。この危険は、下流マイクロキャビティ(20)へ搬送された液体により生じた液位/静水圧の増加によって生じる。理想的なケースでは、ユニットAの回転速度と設計は相互に適合され、搬送の後半の少なくとも一部の実行中に、下流マイクロキャビティ内の液体の高さが、上流マイクロキャビティ(4)およびマイクロ管I(18)内の駆動液位の合計よりも、例えば≦0.75、≦0.5、≦0.25、≦0.1というように因子F≦1で低くなる。理想的なケースでは、搬送時全体にかけてこの条件が満たされることが望ましい。この実行ステップ(iii)および/または(iii’)の方法は次の場合に支持される:
a) 上流マイクロキャビティ(4)の高さが下流マイクロキャビティ(20)の高さよりも、例えば≧1.5、≧3、≧5、≧10というように因子F’≧1で高くなる場合。
In one or more steps, as the drive plug height (between the front meniscus and the back meniscus) extends, the rotational speed / centrifugal force decreases continuously or decreases. This reduces the risk of undesirable and / or uncontrolled liquid delivery from the liquid outlet II (32) of the stream stream microcavity (20). This danger is caused by the increased liquid level / hydrostatic pressure caused by the liquid conveyed to the downstream microcavity (20). In an ideal case, the rotational speed and design of unit A are adapted to each other, and during the execution of at least part of the second half of the transfer, the height of the liquid in the downstream microcavity is equal to the upstream microcavity (4) and the micro For example, ≦ 0.75, ≦ 0.5, ≦ 0.25, ≦ 0.1, the factor F ≦ 1 is lower than the total driving liquid level in the pipe I (18). In an ideal case, it is desirable that this condition is satisfied throughout the entire conveyance. This method of execution steps (iii) and / or (iii ′) is supported in the following cases:
a) The height of the upstream microcavity (4) is higher than the height of the downstream microcavity (20) by a factor F ′ ≧ 1, for example, ≧ 1.5, ≧ 3, ≧ 5, ≧ 10.
b) 下流マイクロキャビティ(20)の例えば高さ60%未満の最大断面範囲が、上流マイクロキャビティ(4)の最大断面範囲よりも大きい場合。 b) The maximum cross-sectional area of the downstream microcavity (20), for example less than 60% in height, is larger than the maximum cross-sectional area of the upstream microcavity (4).
c) 下流マイクロキャビティの容量が上流マイクロキャビティ(4)の容量よりも、例えば≧1.5、≧2、≧5といったように因子F”≧1で大きい場合。 c) When the capacity of the downstream microcavity is larger than the capacity of the upstream microcavity (4) by a factor F ″ ≧ 1, for example, ≧ 1.5, ≧ 2, ≧ 5.
これにより、上流マイクロキャビティ(4)の高さは、最上部(7)の高さと、例えば液体出口I(6)のような毛管弁を備えた最下液体出口の高さとの間にあると考えられる。これに従えば、下流マイクロキャビティ(20)の高さは、液体入口II(21)の高さと、例えば液体出口II(32)のような毛管弁を備えた最下液体出口との間にあると考えられる。これは、上流マイクロキャビティの高さが下流マイクロキャビティの高さ未満であってもよい場合、F’<1、例えば≦0.75、≦0.50、≦0.25である場合を除外しない。先の説明のいずれかの部分、およびユニットB、C、Dの部分で説明したように、マイクロ管I内に上方先端がある場合には、ユニットAのこの部分の本発明の態様も支持される。 Thereby, the height of the upstream microcavity (4) is between the height of the uppermost part (7) and the height of the lowermost liquid outlet with a capillary valve such as the liquid outlet I (6). Conceivable. According to this, the height of the downstream microcavity (20) is between the height of the liquid inlet II (21) and the lowest liquid outlet with a capillary valve, for example a liquid outlet II (32). it is conceivable that. This does not exclude the case where the height of the upstream microcavity may be less than the height of the downstream microcavity, F ′ <1, eg ≦ 0.75, ≦ 0.50, ≦ 0.25. . As described in any part of the previous description, and in the units B, C, and D, if there is an upper tip in the microtube I, the present embodiment of this part of the unit A is also supported. The
異なるステップで必要とされる実回転速度(回転プログラム)は複雑な形で多数の因子によって異なり、また、一般に実処理プロトコルが実施される前に決定される。ステップ(iii)および(iii’)の場合は、比較的高い回転速度でステップを開始し、次に或るステップで、回転速度を因子≧0.10、例えば≧0.20またはこれ以上にて低減させ、その後、数ステップかけて、または連続的により滑らかに低減させることで、回転速度を連続的に低減することが常に有利である。回転速度の連続的な低減は、ユニットが、上述した毛管弁が関連した下流マイクロキャビティ(20)を備えている場合に特に有利である。 The actual rotational speed (rotation program) required at different steps depends on a number of factors in a complex manner and is generally determined before the actual processing protocol is implemented. In the case of steps (iii) and (iii ′), the step is started at a relatively high rotational speed, and then at a certain step, the rotational speed is increased by a factor ≧ 0.10, for example ≧ 0.20 or higher. It is always advantageous to reduce the rotational speed continuously by reducing it and then reducing it over several steps or continuously more smoothly. The continuous reduction of the rotational speed is particularly advantageous when the unit is equipped with a downstream microcavity (20) with which the aforementioned capillary valve is associated.
上流マイクロキャビティ(4)またはこれの上流部分(4b)は、上流マイクロキャビティの液体入口I(5)の高さにおいて結合した溢出マイクロ管(11)を有する容量画定ユニットの容量測定マイクロキャビティであってもよい。このケースでは、ステップ(i)は以下を備える:
a) 上流マイクロキャビティ(4)内に過剰な液体を提供する。マイクロキャビティ(4a〜4b)が満たされて、過剰液体が溢出マイクロ管(11)内に配置され、これの内部の溢出弁(15b)へ落ちて流入マイクロ管(8a)へ移動するステップ。
The upstream microcavity (4) or its upstream part (4b) is a volumetric microcavity of a volume defining unit with an overflow microtube (11) coupled at the height of the liquid inlet I (5) of the upstream microcavity. May be. In this case, step (i) comprises:
a) Provide excess liquid in the upstream microcavity (4). Filling the microcavity (4a-4b) and placing excess liquid in the overflow microtube (11), dropping into the overflow valve (15b) inside it and moving to the inflow microtube (8a).
b) 液体が上流マイクロキャビティ内に残っている間に、液体を溢出マイクロ管(11)および排出マイクロ管(8a)へ強制的に移動させ、溢出弁(15b)から排出させる速度にて、装置を回転軸周囲で回転させるステップ。 b) While the liquid remains in the upstream microcavity, the device is forced to move the liquid to the overflow microtube (11) and the discharge microtube (8a) and drain it from the overflow valve (15b). Rotating around the axis of rotation.
この回転速度は、弁I(24)(さらに、設けられている場合には弁I’(25))から液体を排出させるのに必要な速度よりも低い。これは、溢出マイクロ管(11)内の弁(15b)が、上流マイクロキャビティに関連した他の液体排出弁(24、さらに、設けられている場合には25)よりも弱く設計されているためである。これについては、例えば国際公開公報第02075312号、国際公開公報第02075775号、国際公開公報第04083108号(全てジャイロスAB)その他を参照できる。これはまた、ステップ(ii.b)後の背面メニスカスが上流マイクロキャビティ(4)の液体流入/排出開口部(5、10)よりも下にあってもよいことを意味する。 This rotational speed is lower than the speed required to drain liquid from valve I (24) (and valve I '(25) if provided). This is because the valve (15b) in the overflow microtube (11) is designed to be weaker than the other liquid discharge valves associated with the upstream microcavity (24, and 25 if provided). It is. As for this, for example, International Publication No. 02075312, International Publication No. 02057775, International Publication No. 04083108 (all Gyros AB) and others can be referred to. This also means that the back meniscus after step (ii.b) may be below the liquid inlet / outlet openings (5, 10) of the upstream microcavity (4).
上述した、液体出口I(5)が上流マイクロキャビティ(4)を上方部分(4a)と下方部分(4b)に分割するユニットAの変形例を、このユニットを含んでいる装置を回転軸周囲で回転させて、より高密度の材料とより低密度の材料(軽量な材料)を含有した液体を、より軽量の材料を含有した上方位相と、より高密度の材料を含有した下方位相とに分離するために使用することも可能である。実際の2つの位相への分離は、上述のステップ(ii.b)の最中に回転によって最も効率的に実行される。ステップ(ii.b)とは即ち、マイクロ管I(17)が、上流マイクロキャビティ(4)内の上方液位Iよりも上(図示せず)にあり、弁I(24)が先端の上流と上方液位Iの下とに配置された上方先端(22)を備えている状態である。ユニットAの他の変形例では、2つの位相への実際の分離はステップ(i)と(ii)の間において、液体を弁I(24)を通過させるのに必要な回転速度よりも低いが、ステップ(i)で使用される回転速度よりも高い速度で、また多くの場合、ステップ(iii)で使用されるものよりも高い回転速度で装置を回転させることで実行される。この方法変形例では、マイクロ管I(17)は、上方液位Iよりも下の上方先端(22)を有し、この先端(22)の上流、および上方液位Iよりも下の高さに弁I(24)が配置されていることが好ましい。この段落で説明している遠心分離は、(1)溶解した反応物を、微粒子携帯の懸濁した固体相に固着した反応物によって反応させることで反応混合物と、(2)細胞培養浮遊物、細胞ホモジェネート、全血、その他といった細胞または細胞の一部を含有したサンプル。これについては、ユニットEの説明および使用も参照できる。 As described above, the liquid outlet I (5) divides the upstream microcavity (4) into an upper part (4a) and a lower part (4b). Rotate to separate liquid containing higher density material and lower density material (lighter material) into upper phase containing lighter material and lower phase containing higher density material It can also be used to The actual separation into two phases is most efficiently performed by rotation during the above step (ii.b). Step (ii.b) means that the microtube I (17) is above the upper liquid level I in the upstream microcavity (4) (not shown) and the valve I (24) is upstream of the tip. And an upper tip (22) disposed below the upper liquid level I. In another variation of unit A, the actual separation into two phases is lower than the rotational speed required to pass liquid through valve I (24) between steps (i) and (ii). , By rotating the device at a higher speed than that used in step (i) and in many cases higher than that used in step (iii). In this method variant, the microtube I (17) has an upper tip (22) below the upper liquid level I, and a height upstream of the tip (22) and below the upper liquid level I. It is preferred that the valve I (24) is arranged in the. Centrifugation described in this paragraph consists of (1) reacting the dissolved reactant with a reactant fixed to a suspended solid phase of microparticles, and (2) a cell culture suspension, A sample containing a cell or part of a cell, such as a cell homogenate, whole blood, etc. In this regard, reference can also be made to the description and use of unit E.
B. 上向きマイクロ管内の毛管弁を具備した機能ユニット
このユニットは、入口端部(16)および出口端部(18)と、さらに両端部の間の毛管弁Iとを設けた液体搬送マイクロ管I(17)を備えている。
B. Functional unit with capillary valve in upward microtube This unit is a liquid carrying microtube I (17 with an inlet end (16) and outlet end (18) and a capillary valve I between both ends. ).
特徴的な特性は、マイクロ管I(17)が、これの一部または全長にかけて延びた、上向き区間(23a)を備えていることである。好ましい変形例では、毛管弁I(24)はこの上向き区間(23a)内にある。 A characteristic characteristic is that the microtube I (17) has an upward section (23a) extending partly or entirely. In a preferred variant, the capillary valve I (24) is in this upward section (23a).
この革新的なマイクロ管は、マイクロ流体装置(1)内のマイクロチャンネル構造(2)の一部である。この装置、マイクロチャンネル構造、ユニットは、回転軸(3)周囲で回転することで、例えば、弁I(24)の上流側に隣接した液体分別部分を、弁を通過し、さらに、弁I(24)の下流にあたる構造物の部分内へ搬送され、ここで処理されるように移動させる力、例えば遠心力および/または静水圧を作成できるように設計されている。例えば非回転状況または低速度回転状況時に、また特に液体分別部分あるいはこれの表面メニスカスを下方高さから上方高さへ、および/またはマイクロチャンネル構造の液体流入ポート(ポート=装置表面に設けた開口部)から第1弁位置へ搬送するために、自己吸引形態の毛管力を搬送の補助として用いることができる。またこのユニットをマイクロ流体装置内に設けて、上述した以外の力が、弁Iを介した液体の搬送、および/または、マイクロチャンネル構造の異なる部品内あるいは部品間での液体の搬送に利用されるようにしてもよい。このような上述以外の力には地球の重力などがある。 This innovative microtube is part of the microchannel structure (2) in the microfluidic device (1). The device, the microchannel structure, and the unit rotate around the rotation axis (3), for example, to pass the liquid separation portion adjacent to the upstream side of the valve I (24) through the valve, and further to the valve I ( 24) designed to be able to create forces, such as centrifugal force and / or hydrostatic pressure, that are transported into the part of the structure downstream and processed for processing there. For example, in non-rotating or low-speed rotating situations, and in particular the liquid separation part or its surface meniscus from a lower height to an upper height and / or a liquid inlet port (port = opening on the device surface) of the microchannel structure Part) to the first valve position, a self-sucking capillary force can be used as an aid in the transport. In addition, this unit is provided in the microfluidic device, and forces other than those described above are used for transporting liquid via the valve I and / or for transporting liquid within or between different parts of the microchannel structure. You may make it do. Such forces other than those mentioned above include the gravity of the earth.
マイクロ管I(17)の入口端部(16)は出口端部(18)よりも高い位置にあり、いくつかの変形例では、より高い位置にある出口端部とより低い位置にある入口端部とが逆であってもよい場合を除外していない。 The inlet end (16) of the microtube I (17) is at a higher position than the outlet end (18), and in some variations, the outlet end at a higher position and the inlet end at a lower position. The case where the part may be reversed is not excluded.
マイクロ管I(17)は連続的に上方に向いているか、あるいは、連続的に上方または下向き互い違いの2つまたはこれ以上の区間を含んでいてもよい。入口端部(16)および/または出口端部(18)は、上向き区間、下向き区間、水平区間の一部であってもよい。用語「水平」は、区間全体が一定の高さにあることを意味し、遠心分離機ベースのシステムの場合には、これは、セクションの中心を通る半径に対して接線/直交方向に向いた直線を含んだ、本質的に一定の半径距離(弧状)にあることを意味する。水平区間の角度長さが在る場合には、弧度≦π/20、≦π/40、≦π/80となる。「連続的に上向き」、「連続的に下向き」は、区間が「水平な」伸張(=区間の一部)を設けていてもよいことを含む。水平区間は上方区間と下方区間の間に在る。隣り合った上方および下向き区間(23a、23b)の間には、恐らくは上方先端(22)または下方先端と共に上方または下方屈曲部(「肘」)をそれぞれ形成する水平区間が設けられている。好ましい変形例では、マイクロ管I(24)は上方屈曲部の形状をしており、この上方屈曲部は、出口端部(18)の上または下の高さに入口端部(16)を設け、これら端部の一方または両方における水平区間と共に形成されている。 Microtube I (17) may be continuously upward or may include two or more sections that are staggered continuously upward or downward. The inlet end (16) and / or the outlet end (18) may be part of an upward section, a downward section, or a horizontal section. The term “horizontal” means that the entire section is at a constant height, and in the case of a centrifuge based system this is tangential / orthogonal to the radius through the center of the section. It means that there is an essentially constant radial distance (arc) including a straight line. When the angle length of the horizontal section exists, the arc degrees ≦ π / 20, ≦ π / 40, and ≦ π / 80. “Continuously upward” and “continuously downward” include that the section may be provided with a “horizontal” extension (= part of the section). The horizontal section is between the upper section and the lower section. Between adjacent upper and downward sections (23a, 23b), there is a horizontal section that forms an upper or lower bend ("elbow"), possibly with the upper tip (22) or the lower tip, respectively. In a preferred variant, the microtube I (24) has the shape of an upper bend, which is provided with an inlet end (16) at a height above or below the outlet end (18). , With a horizontal section at one or both of these ends.
ユニットBの毛管弁Iと他の毛管弁は、ユニットAのものと同タイプのものであってもよい。これについてはユニットA、マイクロ流体装置の概要、背景技術、さらに本明細書中のこれらの部分で引用した刊行物を参照できる。好ましい実施形態では、毛管弁IはユニットCで定義したフィンガ弁である。 The capillary valve I of unit B and the other capillary valves may be of the same type as that of unit A. Reference may be made to Unit A, an overview of microfluidic devices, background art, and publications cited in these portions of the specification. In a preferred embodiment, the capillary valve I is a finger valve as defined in unit C.
毛管弁I(24)は、上方区間(23a)の上方または(もしあれば)水平伸張部分の中、および/または、入口端部(16)と同じまたはこれよりも高い位置に配置されていることが好ましい。この上方区間(23a)は、上方先端を設けた上方屈曲部と、マイクロ管I(17)の入口端部(16)よりも低い位置にある出口端部(18)との一部であってもよい。マイクロ管I(17)が下向き区間を含んでいる、例えば入口端部(16)よりも低い高さに出口I(18)を含んでいる場合には、毛管弁I(24)を下向き区間内の、入口端部(16)の高さよりも上または下に配置することができる。 The capillary valve I (24) is located above the upper section (23a) or in the horizontal extension (if any) and / or at the same or higher position as the inlet end (16). It is preferable. The upper section (23a) is a part of an upper bent portion provided with an upper tip and an outlet end (18) at a position lower than the inlet end (16) of the microtube I (17). Also good. If the microtube I (17) includes a downward section, eg, includes an outlet I (18) at a lower height than the inlet end (16), the capillary valve I (24) is placed in the downward section. Can be positioned above or below the height of the inlet end (16).
また、毛管弁I(24)がマイクロ管(17)内に位置している場合には、マイクロ管I(17)は、マイクロ管I(17)の入口端部(16)に1つ以上の追加の毛管弁、例えば弁(25)を備えていてもよい。これについてはユニットD、さらにユニットA、ユニットCも参照できる。 In addition, when the capillary valve I (24) is located in the micro tube (17), the micro tube I (17) has one or more at the inlet end (16) of the micro tube I (17). Additional capillary valves may be provided, for example a valve (25). In this regard, unit D, unit A and unit C can also be referred to.
マイクロ管(17)の入口端部(16)は、以下に示す上流マイクロキャビティI(4)に接続することができる:
a) 例えばユニットA、ユニットEで説明したタイプの分離マイクロキャビティ。
The inlet end (16) of the microtube (17) can be connected to the upstream microcavity I (4) shown below:
a) Separation microcavity of the type described for example in unit A, unit E.
b) 測定された分別部分の下流搬送を制御するために使用される、液体出口に関連した弁Iに対応している弁を設けた、例えばユニットA、国際公開公報第02074438号(ジャイロスAB)で説明されているタイプの容量測定マイクロキャビティ(4a)。 b) provided with a valve corresponding to the valve I associated with the liquid outlet, used for controlling the downstream transport of the measured separation part, for example Unit A, WO 02074438 (Gyros AB) A volumetric microcavity (4a) of the type described in.
c) 混合および/または反応マイクロキャビティといった液体保持マイクロキャビティ。こうした液体保持マイクロキャビティは、例えば国際公開公報第2003018198号(ジャイロスAB)、国際公開公報第2005094976号(ジャイロスAB)、PCT/SE2005/001887、さらに、Gyros Patent ABの名義で2005年12月12日に提出された、タイトル「マイクロ流体検定およびマイクロ流体装置(Microfluidic Assays and Microfluidic Devices)」のUS SN 11/?????で提案されているタイプのものであり、1つ、2つまたはこれ以上の入口が、流入機能と、マイクロキャビティと、液体出口に設けた弁(弁Iに関連)との間の弁の有無に関係なく機能するタイプのものである。
c) Liquid holding microcavities such as mixing and / or reaction microcavities. Such liquid-retaining microcavities are, for example, International Publication No. 2003018198 (Gyros AB), International Publication No. 2005049976 (Gyros AB), PCT / SE2005 / 001887, and Gyros Patent AB, December 12, 2005.
d) 国際公開公報第02075312号で説明されているタイプの反応マイクロキャビティ。このタイプは、それぞれが弁と関連していてもいなくてもよい1つ以上の液体入口と、マイクロキャビティおよび/または液体入口内の弁を通る液体の流れを制御する流れ規制部に関連している液体出口とを有する。 d) A reaction microcavity of the type described in WO 02075312. This type relates to one or more liquid inlets, each of which may or may not be associated with a valve, and a flow regulator that controls the flow of liquid through the microcavity and / or the valve within the liquid inlet. And a liquid outlet.
e) その他。 e) Other.
一般的な保持マイクロキャビティについては、例えば国際公開公報第03018198号(ジャイロスAB)に説明されている。流れ規制手段は、狭く比較的長い排出マイクロ管、多孔床、反応マイクロキャビティ内の膜、その他を含んでいる。これについては、国際公開公報第02075312号(ジャイロスAB)と、国際公開公報第03024598号(ジャイロスAB)を参照できる。毛管弁は、例えば本明細書に記載の革新的なタイプのフィンガ弁や、反応マイクロキャビティ、分離マイクロキャビティ、混合マイクロキャビティの排出機能に好ましい。 A general holding microcavity is described, for example, in WO03018198 (Gyros AB). Flow control means include narrow and relatively long discharge microtubes, perforated beds, membranes in reaction microcavities, and others. For this, reference can be made to International Publication No. 02075312 (Gyros AB) and International Publication No. 030259898 (Gyros AB). Capillary valves are preferred, for example, for the innovative types of finger valves described herein, and the discharge function of reaction microcavities, separation microcavities, and mixing microcavities.
あるいはマイクロ管I(17)の入口端部(16)は、a)液体搬送を目的とする他のマイクロ管の2つまたはこれ以上の入口端部および/または出口端部を備えた、分岐型マイクロ管の一部であるか、または、b)マイクロチャンネル構造の液体流入ポート(即ち、ユニットを含む機械構造を含んだ装置の表面の開口部)に直接または間接的に接続していてもよい。 Alternatively, the inlet end (16) of the microtube I (17) is a) bifurcated with two or more inlet and / or outlet ends of other microtubes intended for liquid transport It may be part of the microtube or b) directly or indirectly connected to the liquid inlet port of the microchannel structure (ie the opening on the surface of the device containing the mechanical structure containing the unit) .
ユニットA、Eで述べているように、さらに、マイクロ管I(17)がマイクロキャビティII(20)の液体流入機能の一部であるという条件付きで前出の段落での上流マイクロキャビティ(4)で述べているように、マイクロ管I(17)の出口端部(18)は、反応マイクロキャビティ、分離マイクロキャビティ、容量画定ユニット/容量測定マイクロキャビティ、その他であってもよい下流マイクロキャビティII(20)に直接接続していてもよい。 In addition, as described in units A and E, the upstream microcavity (4 in the previous paragraph, with the proviso that the microtube I (17) is part of the liquid inflow function of the microcavity II (20). ), The outlet end (18) of the microtube I (17) is a downstream microcavity II, which may be a reaction microcavity, a separation microcavity, a volume defining unit / capacitance microcavity, etc. You may connect directly to (20).
あるいはマイクロ管I(17)の出口端部(18)は、a)液体搬送を目的とした他のマイクロ管の2つまたはこれ以上の入口端部および/または出口端部を備えた分岐型マイクロ管の一部であるか、または、b)マイクロチャンネル構造液体排出ポート(即ち、ユニットを含む機械構造を含んだ装置の表面の開口部)に直接または間接的に接続していてもよい。 Alternatively, the outlet end (18) of the microtube I (17) is a) a branching micro with two or more inlet and / or outlet ends of other microtubes intended for liquid transport. It may be part of the tube, or b) directly or indirectly connected to a microchannel structured liquid discharge port (ie, an opening in the surface of the device containing the mechanical structure containing the unit).
ユニットBに関する1つの革新的な態様は、このユニットを備え、マイクロ流体装置内に設けられているマイクロチャンネル構造内で液体を搬送する方法である。この方法は次のステップを備えている:
i) ユニットBを備えたマイクロチャンネル構造(2)が内蔵されているマイクロ流体装置を提供するステップ。ユニットBは、マイクロ管I(17)の入口端部(16)に接続した上流マイクロキャビティ(4)と、マイクロ管I(17)内の毛管弁I(24)の上流に位置した0、1つ、2つまたはこれ以上の毛管弁と、マイクロ管I(17)内の毛管弁における液体の分別部分の正面メニスカスと、一般に弁I(24)よりも上に位置している入口端部(16)の上流に配置された裏面メニスカスとを設けている。
One innovative aspect of unit B is a method for transporting liquid within a microchannel structure comprising this unit and provided in a microfluidic device. This method comprises the following steps:
i) providing a microfluidic device incorporating a microchannel structure (2) with unit B; Unit B consists of an upstream microcavity (4) connected to the inlet end (16) of the microtube I (17) and 0, 1 located upstream of the capillary valve I (24) in the microtube I (17). One, two or more capillary valves, a front meniscus of the liquid fraction in the capillary valve in the microtube I (17), and an inlet end generally located above the valve I (24) ( 16) and a back surface meniscus disposed upstream.
ii) 液体分別部分に駆動力を付加し、毛管弁I(24)にて正面メニスカスを停止させることで、正面メニスカスを、毛管弁I(24)の上流にあるマイクロ管I(17)の毛管弁にかけて連続的に移動させるステップ。このステップは、マイクロ管I(17)内の毛管弁I(24)の上流に1つ以上の毛管弁が設けられている場合のみ実行されるという条件が付く。 ii) A driving force is applied to the liquid separation portion, and the front meniscus is stopped by the capillary valve I (24), so that the front meniscus becomes the capillary tube of the micro tube I (17) upstream of the capillary valve I (24). Moving continuously over the valve. This step is subject to the condition that it is executed only if one or more capillary valves are provided upstream of the capillary valve I (24) in the microtube I (17).
iii)
a) 上流毛管弁I(24)内に毛管弁がない(即ち、毛管弁Iがマイクロ管I内の第1毛管弁である)場合にはステップ(i)の後に、
b) マイクロ管I内に上記1つ以上の毛管弁が設けられている場合にはステップ(ii)の後に、
正面メニスカスを毛管弁にかけて移動させる際に分別部分に十分な駆動力を付加することで、正面メニスカスを毛管弁I(24)にかけて移動させるステップ。
iii)
a) After step (i) if there is no capillary valve in the upstream capillary valve I (24) (ie the capillary valve I is the first capillary valve in the microtube I),
b) If the one or more capillary valves are provided in the microtube I, after step (ii)
A step of moving the front meniscus over the capillary valve I (24) by applying a sufficient driving force to the separation portion when moving the front meniscus over the capillary valve.
iv) 分別部分に十分な駆動力を付加して、これを少なくとも毛管弁Iへ運ぶことにより、分別部分の少なくとも一部を、マイクロ管I(17)の、毛管弁I(24)の下流に当たる部分、また一般にマイクロ管I(17)の出口端部(18)の下流にあたる部分へ移動させるステップ。 iv) Applying sufficient driving force to the fractionation part and transporting it to at least the capillary valve I, so that at least a part of the fractionation part hits the micropipe I (17) downstream of the capillary valve I (24). Moving the portion, and generally the portion downstream of the outlet end (18) of the microtube I (17).
ステップ(i)の背面メニスカスは、概して、正面メニスカスと同じ分別部分のメニスカスである。背面メニスカスは、一般に上流マイクロキャビティ(4)(設けられている場合)内に在る。最も一般的な変形例では、マイクロ管I(17)内の毛管弁I(24)の上流に毛管弁はない。こうした毛管弁(1つ以上)がある場合には、これらの1つがマイクロ管I(17)の入口端部(16)に配置されていることが好ましい。 The back meniscus of step (i) is generally the same fractional meniscus as the front meniscus. The back meniscus is generally in the upstream microcavity (4) (if provided). In the most common variation, there is no capillary valve upstream of capillary valve I (24) in microtube I (17). If there are one or more such capillary valves, it is preferred that one of these is located at the inlet end (16) of the microtube I (17).
好ましい変形例はさらに、ステップ(1)で提供されたマイクロ管装置(1)が回転軸(3)周囲で回転され、これにより、回転中に構造内で作られた静水圧と組み合わさった遠心力が、正面メニスカスを押圧してマイクロ管I(17)内の毛管弁(1つ以上)にかけて移動させ、弁(ステップ(ii))間における、および毛管弁I(24)(ステップiv)後の下流搬送を可能にする駆動力を作り出せることを包括する。静水圧との組み合わせは、例えばマイクロ管I(17)の入口端部(16)を包括する、上向き区間(23a)に配置された弁(1つ以上)にとって重要である。1つの弁を通過した後、次の毛管弁に到達するために、あるいは、ステップ(iv)にあるようにマイクロ管I(17)内の最後の毛管弁を通過した後の下流搬送を行うために、毛管力を遠心力の代替物および/または補助として使用することが可能である。後者の下流搬送は、上向き区間(23a)が、初期の背面メニスカスよりも上、あるいは、例えば上流マイクロキャビティ(4)の最上部分(7)というように上流マイクロキャビティ(4)内の上方液体レベルIよりも上に位置した上方先端(22)を有する上向き屈曲部の一部である場合には特に適合する。これについてはユニットAを参照できる。 A preferred variant is further that the microtube device (1) provided in step (1) is rotated around the axis of rotation (3), so that the centrifugal combined with the hydrostatic pressure created in the structure during rotation. The force presses the front meniscus and moves it over the capillary valve (s) in the microtube I (17), between the valves (step (ii)) and after the capillary valve I (24) (step iv) It is possible to create a driving force that enables downstream conveyance. The combination with hydrostatic pressure is important for the valve (s) arranged in the upward section (23a), for example encompassing the inlet end (16) of the microtube I (17). After passing through one valve, to reach the next capillary valve, or to carry downstream transport after passing through the last capillary valve in microtube I (17) as in step (iv) In addition, capillary forces can be used as an alternative and / or auxiliary to centrifugal forces. The latter downstream transport is such that the upward section (23a) is above the initial back meniscus or the upper liquid level in the upstream microcavity (4), eg the uppermost part (7) of the upstream microcavity (4). This is especially true if it is part of an upward bend with an upper tip (22) located above I. Refer to unit A for this.
方法態様の特定の変形例では、マイクロ管I(17)は上向き屈曲部と、この屈曲部の上向き区間(23a)内の弁I(24)とを有する。そのため、正面メニスカスによって弁I(24)から下向き区間内へ連続した液体プラグを形成することが有利である。この下向き区間は、例えば、上流マイクロキャビティ(4)内の背面メニスカスの高さよりも下、および/または、屈曲部の最上部分(22)の上方液位Iよりも下、および/または、マイクロ管Iの入口端部(16)の高さよりも下(=上流マイクロ管(4)の液体出口(6))である。この液体プラグが搬送を補助することで、正面メニスカスがマイクロ管I(17)の最上高さ/上方先端(22)を通過した後に回転速度を低減することができる。詳細についてはユニットAを参照できる。 In a particular variant of the method embodiment, the microtube I (17) has an upward bend and a valve I (24) in the upward section (23a) of this bend. It is therefore advantageous to form a continuous liquid plug from the valve I (24) into the downward section by means of a front meniscus. This downward section is, for example, below the height of the back meniscus in the upstream microcavity (4) and / or below the upper liquid level I of the uppermost part (22) of the bend and / or the microtube It is below the height of the inlet end (16) of I (= the liquid outlet (6) of the upstream microtube (4)). The liquid plug assists in the conveyance, so that the rotation speed can be reduced after the front meniscus passes the top height / upper tip (22) of the micro tube I (17). Refer to Unit A for details.
ユニットC。毛管停止機能(フィンガ弁、フィンガ通気部など)
このユニットは、入口端部(16)と出口端部(18)と毛管停止機能とを設けたマイクロ管I(17)を備えている。マイクロ管I(17)は、これの設計と、マイクロチャンネル構造内における位置とに応じて、液体搬送用マイクロ管または通気用マイクロ管として使用できる。
Unit C. Capillary stop function (finger valve, finger ventilation, etc.)
This unit comprises a micro tube I (17) provided with an inlet end (16), an outlet end (18) and a capillary stop function. The microtube I (17) can be used as a liquid carrying microtube or a venting microtube depending on its design and location within the microchannel structure.
マイクロ管I(17)の分割部分(46)は、幾何表面特徴の急激な変化を含んでいることにより毛管停止機能(24)を画定する。この変化には、断面寸法の急激な変化(横方向の変化。図示せず)、および/または化学表面特徴における濡れ性の急激な増加がある。この変化および/または増加は、分割部分)46)がマイクロ管I全体またはこれの一部を包括する特定の長さを有しているという意味で、一般にマイクロチャンネル表面の局所(44aまたは44b)で生じる。そのため、この分割部分内には、マイクロ管Iの端部が全く包括されない、または一端または両端が包括される。これは、非濡れ特徴の増加の場合には、背景技術、マイクロ流体装置の概略、本明細書中のこれらの部分で参照した刊行物に記載されているように、マイクロ管の内壁の少なくとも1つ、2つまたはこれ以上がこのタイプの変化を備えていることを意味する。 The segment (46) of the microtube I (17) defines a capillary stop function (24) by including abrupt changes in geometric surface features. This change may include a sudden change in cross-sectional dimensions (transverse change, not shown) and / or a sharp increase in wettability on chemical surface features. This change and / or increase is generally localized on the surface of the microchannel (44a or 44b) in the sense that the split part) 46) has a specific length encompassing the entire microtube I or part thereof. It occurs in. For this reason, the end portion of the microtube I is not included at all, or one end or both ends are included in this divided portion. This is because in the case of an increase in non-wetting characteristics, at least one of the inner walls of the microtube, as described in the background art, an overview of the microfluidic device, the publications referenced in these parts of the specification. It means that two, two or more have this type of change.
マイクロ管I(17)の入口端部(16)は、出口端部(18)よりも高い位置にあり、これは、いくつかの変形例において、より高い位置の出口端部(18)とより低い位置の入口端部(16)が逆であってもよい場合を除外しない。 The inlet end (16) of the microtube I (17) is at a higher position than the outlet end (18), which in some variations is higher than the higher end outlet end (18). The case where the lower entry end (16) may be reversed is not excluded.
このユニットの毛管停止機能の主な用途は次の2つである:a)気体/空気の流入および排出のみを目的とした通気部、b)マイクロ管を通って搬送された液体の停止/流動弁。用途(a)は、出口端部(18)が空気/気体のみと接触する一方で、マイクロ管Iの入口端部(16)が液体と接触することを意図したものである。用途(b)は、両端部が液体と連続的および/または随伴的に接触することを意図している。 There are two main uses for the capillary stop function of this unit: a) a vent for gas / air inflow and exhaust only, b) stop / flow of liquid conveyed through the microtube valve. Application (a) is intended for the outlet end (18) in contact with air / gas only, while the inlet end (16) of the microtube I is in contact with liquid. Application (b) intends that both ends are in continuous and / or concomitant contact with the liquid.
特徴的特性として、分割部分の少なくとも1部が2つまたはこれ以上のマイクロチャンネル(フィンガ)(42)に分割されており、したがって、本発明による毛管停止機能(24)がフィンガ弁またはフィンガ通気部であることが挙げられる。表面特徴の変化によって画定された内面範囲がマイクロチャンネル(42)内に位置しているか、または、マイクロチャンネル(42)の入口(45)および/または出口(43)に隣接している、あるいはこれらを被覆している。幾何表面特徴の急激な変化には、例えば、マイクロチャンネル(42)の入口端部(45)または出口端部(43)によって画定された横断面寸法の急激な変化が含まれる。非濡れ性(44a)が増加した内面範囲は、マイクロチャンネル(42)の入口端部(45)および/または出口端部(43)にて開始および/または終端していてよく、および/または、完全にマイクロチャンネル内に含まれている、および/またはマイクロチャンネル(42)の入口端部(45)と出口端部(43)の一方(44b)または両方を被覆していてもよい。またこの非濡れ性が増加した範囲は、例えば、マイクロチャンネルの入口端部に1つの副範囲、出口端部に別の1つの副範囲というように、同一の停止機能に関連した2つまたはこれ以上の副範囲に細分することができる。マイクロチャンネルのこうした2つの副範囲の間の内面は一般に濡れ可能である。入口(45)のみまたは出口のみに隣接する、またはこれを被覆し、対向する両端は、親水性に維持することで利点が得られることが多い(以下を参照)。 Characteristically, at least one of the divided parts is divided into two or more microchannels (fingers) (42), so that the capillary stop function (24) according to the invention is a finger valve or finger vent. It is mentioned that. The inner surface area defined by the change in surface characteristics is located in the microchannel (42) or adjacent to the inlet (45) and / or outlet (43) of the microchannel (42), or these Is covered. Abrupt changes in geometric surface features include, for example, abrupt changes in the cross-sectional dimensions defined by the inlet end (45) or outlet end (43) of the microchannel (42). The inner surface area with increased non-wetting (44a) may begin and / or terminate at the inlet end (45) and / or the outlet end (43) of the microchannel (42) and / or It may be contained entirely within the microchannel and / or may cover one or both of the inlet end (45) and outlet end (43) (44b) or both of the microchannel (42). This non-wetting range may be two or more related to the same stop function, for example one sub-range at the inlet end of the microchannel and another sub-range at the outlet end. The above sub-ranges can be subdivided. The inner surface between these two sub-ranges of the microchannel is generally wettable. It is often advantageous to maintain hydrophilicity at the opposite ends adjacent to or covering only the inlet (45) or only the outlet (see below).
上記の革新的な毛管停止機能(24)で定義した分割部分(46)は以下において延びている:
a) マイクロチャンネル(42)の上流端部(45)の最上流部分と、非濡れ性表面範囲(44aまたは44b)の上流端部(47)との間。
The split (46) defined in the innovative capillary stop function (24) above extends in:
a) Between the most upstream portion of the upstream end (45) of the microchannel (42) and the upstream end (47) of the non-wetting surface area (44a or 44b).
b) マイクロチャンネル(42)の下流端部(43)の最下流部分と、非濡れ性表面範囲(44aまたは44b)の下流端部(48)との間。 b) Between the most downstream portion of the downstream end (43) of the microchannel (42) and the downstream end (48) of the non-wetting surface area (44a or 44b).
一般に、マイクロチャンネル(42)の数は2本、3本、4本、5本、6本またはこれ以上であり、上方制限部は15個、20個、30個、40個またはこれ以上である。本発明による毛管停止機能内のマイクロチャンネルのうち少なくとも2つは、以下の意味において機能的に等しい:a)機能が純粋に換気のみである場合には、いずれのマイクロチャンネルからも液体が通過しない、b)機能が停止/流動弁である場合には、平行した(実際には、使用時にマイクロチャンネル間を前進するのに許容される時間変化は0秒から最大で15秒であるため本質的に平行している)マイクロチャンネルのうち少なくとも2本、例えば全てを液体が通過できる。これには、それぞれのマイクロチャンネル(42)が、本質的に、長さ、湾曲、さらに奥行・幅・範囲などの断面寸法、縦方向への変化その他から選択した特徴の1つ以上に関連して同形状でなければならないことが含まれる。したがって、フィンガタイプの毛管停止機能のマイクロチャンネル(42)は、従来の多孔性プラグ、床、膜、フィルタのように方向のスペクトルおよび交差を持ったランダムな孔でないという意味において明確であり十分に画定されている。 Generally, the number of microchannels (42) is 2, 3, 4, 5, 6, or more, and the upper limit is 15, 20, 30, 40 or more. . At least two of the microchannels within the capillary stop function according to the present invention are functionally equivalent in the following sense: a) If the function is purely ventilation, no liquid will pass through any of the microchannels B) If the function is a stop / flow valve, it is essentially parallel (actually the time change allowed to advance between microchannels in use is from 0 seconds up to 15 seconds) The liquid can pass through at least two, for example all, of the microchannels (in parallel). To this end, each microchannel (42) is essentially associated with one or more features selected from length, curvature, cross-sectional dimensions such as depth / width / range, longitudinal variation, etc. It must be the same shape. Thus, the finger-type capillary stop microchannel (42) is clear and well-defined in the sense that it is not a random pore with a spectrum and cross in the direction like a conventional porous plug, floor, membrane, filter. Is defined.
変化した表面特徴の範囲は、例えば、マイクロ管Iの入口端部(16)の開始時、これの前後、および/または、出口端部(18)の終了時、これの前後に、マイクロ管I(17)を部分的または完全に被覆することができる。 The range of changed surface features is, for example, at the beginning of the inlet end (16) of the microtube I, before and after it and / or at the end of the outlet end (18), before and after it. (17) can be partially or completely coated.
マイクロチャンネル(42)の長さ、奥行、幅は、とりわけ弁または通気である停止機能、マイクロチャンネルの前および/または後のマイクロ管の断面寸法の大きさおよび形状、それぞれのマイクロチャンネルの断面寸法、マイクロチャンネルの前または後の望ましい流量、遠心分離機ベースの装置の回転速度を含む望ましい駆動力、装置上の位置、製造技術などに依存する。 The length, depth, width of the microchannel (42) is the stop function, in particular a valve or vent, the size and shape of the cross-sectional dimensions of the microtube before and / or after the microchannel, the cross-sectional dimensions of the respective microchannel Depending on the desired flow rate before or after the microchannel, the desired driving force including the rotational speed of the centrifuge-based device, the position on the device, the manufacturing technique, etc.
それぞれのマイクロチャンネル(42)の長さは、2本またはこれ以上、例えば全部について異なっていても等しくてもよい。マイクロチャンネルの典型的な長さは≧0.1であり、例えば≧0.5、≧0.75、≧1、≧3、≧5、≧10であってよく、および/または、マイクロチャンネルの幅および奥行の最も長いものの≦102倍、≦103倍、≦104倍、≦105倍である。マイクロチャンネルの長さに沿って幅と奥行が変化する場合には、最も長い幅および奥行を比較する。絶対値において、典型的な長さは≧5μmの間隔内、例えば≧10μm、≧50μm、≧100μm、≧500μm、≧1000μm、≧3000μm、および/または、≦50000μmの間隔内、例えば≦25000μm、≦10000μm、≦5000μm、≦1000μmであってもよい。 The length of each microchannel (42) may be different or equal for two or more, eg, all. Typical lengths of microchannels are ≧ 0.1, for example ≧ 0.5, ≧ 0.75, ≧ 1, ≧ 3, ≧ 5, ≧ 10 and / or microchannels The width and depth of the longest are ≦ 10 2 times, ≦ 10 3 times, ≦ 10 4 times, and ≦ 10 5 times. If the width and depth change along the length of the microchannel, the longest width and depth are compared. In absolute values, typical lengths are within an interval of ≧ 5 μm, for example ≧ 10 μm, ≧ 50 μm, ≧ 100 μm, ≧ 500 μm, ≧ 1000 μm, ≧ 3000 μm, and / or ≦ 50000 μm, for example ≦ 25000 μm, ≦ It may be 10,000 μm, ≦ 5000 μm, ≦ 1000 μm.
奥行および/または幅は、2本またはこれ以上、例えば全部のマイクロチャンネル(42)について異なっていても等しくてもよい。絶対値において、典型的な奥行および/または幅は≧1μmであり、例えば≧5μm、≧10μm、≧20μm、≧50μmであってよく、および/または、≦500μmであり、例えば≦200μm、≦100μm、≦50μm、≦20μmであってもよい。 The depth and / or width may be different or equal for two or more, eg, all microchannels (42). In absolute values, typical depths and / or widths are ≧ 1 μm, for example ≧ 5 μm, ≧ 10 μm, ≧ 20 μm, ≧ 50 μm and / or ≦ 500 μm, for example ≦ 200 μm, ≦ 100 μm ≦ 50 μm or ≦ 20 μm.
マイクロチャンネル(42)がマイクロ管Iよりも短い場合には、上流端部(45)および/または下流端部(43)におけるマイクロチャンネル(42)のオープンな断面範囲(Asum)の合計は、分割部分の直前および/または直後のマイクロ管(42)のオープンな断面範囲(Abefore、Aafter)と等しい、またはこれよりも大きいあるいは小さい。一般に、Asum/Abefore(および/またはAsum/Aafter)の比率は≧1の間隔内にあり、例えば≧2、≧5、≧10であってよく、および/または≦1の間隔内にあり、例えば≦0.5、≦0.2、≦0.1であってもよい。特定の位置において奥行および/または幅が異なる場合には、この間隔はその位置における最大奥行と最大幅を参照する。台形または三角形の断面と比較する。 If the microchannel (42) is shorter than the microtube I, the sum of the open cross-sectional area (Asum) of the microchannel (42) at the upstream end (45) and / or the downstream end (43) is divided. It is equal to or larger or smaller than the open cross-sectional area (A before , A after ) of the microtube (42) immediately before and / or immediately after the portion. In general, the ratio of A sum / A before (and / or A sum / A after ) is within an interval of ≧ 1, for example ≧ 2, ≧ 5, ≧ 10 and / or within an interval of ≦ 1 For example, it may be ≦ 0.5, ≦ 0.2, or ≦ 0.1. If the depth and / or width are different at a particular position, this spacing refers to the maximum depth and width at that position. Compare with trapezoidal or triangular cross section.
ユニットCの弁の変形例では、ユニットA、B、Eで記載しているように、マイクロ管I(17)の入口端部(16)および/または出口端部(18)は分岐部の一部であるか、またはマイクロキャビティに接続している。あるいは、入口端部(16)を、同一のマイクロ管の、排出ポートと類似した流入ポートおよび出口端部に直接または間接的に接続してもよい。原則的には、本明細書の他の部分で参照したとおりの任意の機能の組み合わせは、本発明によるフィンガ弁を適切な適合後に備えたマイクロ管Iに関連していてもよい。 In a variation of the unit C valve, the inlet end (16) and / or outlet end (18) of the microtube I (17) is one of the branches as described in units A, B, E. Or connected to a microcavity. Alternatively, the inlet end (16) may be connected directly or indirectly to the inlet and outlet ends of the same microtube similar to the outlet port. In principle, any combination of functions as referred to elsewhere in this specification may be associated with a microtube I equipped with a finger valve according to the invention after appropriate adaptation.
ユニットCの通気部の変形例では(図示せず)、マイクロ管Iの入口端部は、液体を収容するマイクロキャビティ、または液体の搬送に使用するマイクロ管に直接結合している。これにより、マイクロ管Iの出口端部が、恐らくは1またはこれ以上の空気/気体マイクロ管を介して、および/または、同じマイクロチャンネル構造の他の部分、あるいは同一のマイクロ流体装置上の他のマイクロチャンネル構造の部分により、周囲の空気と直接または間接的に連通できるようになる。この他の部分も、空気/気体用のマイクロキャビティ/マイクロ管として考慮される。革新的なフィンガ通気機能は、マイクロ管Iの入口端部に配置されることが好ましく、またあるいは、マイクロ管Iは、上記位置に配置された追加の毛管停止機能を備えている。この追加の毛管停止機能はフィンガ換気部であっても、そうでなくてもよい。 In a variant of the vent of unit C (not shown), the inlet end of the microtube I is directly coupled to a microcavity that contains the liquid or a microtube that is used to transport the liquid. This allows the outlet end of the microtube I, possibly via one or more air / gas microtubes, and / or other parts of the same microchannel structure or other on the same microfluidic device Part of the microchannel structure allows direct or indirect communication with the surrounding air. This other part is also considered as a microcavity / microtube for air / gas. The innovative finger venting function is preferably located at the inlet end of the microtube I, or alternatively the microtube I is provided with an additional capillary stop function located in the above position. This additional capillary stop function may or may not be a finger vent.
マイクロ管I(17)はフィンガ機能(24)の下流または上流に位置していてよく、このフィンガ機能(24)は、この機能の反対側においてよりも断面範囲が大きいまたは小さい区間を有しており、また、フィンガ機能の上流よりも下流においてこの断面範囲が小さいことが好ましい。これは、フィンガ機能がフィンガ弁である場合に特に当てはまる。これについてはユニットAと比較できる。 The microtube I (17) may be located downstream or upstream of the finger function (24), which has a section with a larger or smaller cross-sectional area than on the opposite side of the function. In addition, it is preferable that the cross-sectional area is smaller in the downstream than in the upstream of the finger function. This is especially true when the finger function is a finger valve. This can be compared with Unit A.
マイクロ管I(17)は、1つ以上の追加の毛管弁を含んでいてもよい。これら追加の弁のうち1つ(25)は、本明細書の他の革新的なユニット(特にユニットD)について説明したように、フィンガ弁(24)の上流に配置されることが好ましく、さらに入口端部(16)に位置することが好ましい。これら追加の弁のうち1つは、背景技術、マイクロ流体装置の概要、本明細書中の他の部分で参照している刊行物に記載されているタイプのフィンガ弁あるいは毛管弁であってもよい。 Microtube I (17) may include one or more additional capillary valves. One of these additional valves (25) is preferably located upstream of the finger valve (24), as described for other innovative units herein (especially unit D), It is preferably located at the inlet end (16). One of these additional valves may be a finger valve or capillary valve of the type described in the background art, an overview of microfluidic devices, publications referenced elsewhere in this specification. Good.
革新的なフィンガ弁が以下のとおりである場合には、興味深いフィンガ弁を達成できる:
a) マイクロ管I(17)の出口端部(16)に、典型的にはマイクロ管Iの入口端部(16)から出口端部(18)へ延びた形で配置されている(区間(46)=マイクロ管(17))場合。
Interesting finger valves can be achieved if the innovative finger valves are:
a) It is arranged at the outlet end (16) of the microtube I (17), typically extending from the inlet end (16) of the microtube I to the outlet end (18) (section ( 46) = Case of micro tube (17)).
b) 非濡れ性範囲(43a)がマイクロチャンネル(42)の上流端部(47)に隣接している、あるいはこれを被覆しているが、同一のマイクロチャンネルの下流端部(48)には隣接しても、被覆してもおらず、また、マイクロチャンネルの下流端部が、マイクロ管I/マイクロチャンネルのこの端部からマイクロチャンネル内部を選択的に湿らすことができる手段と流体連通している場合。 b) The non-wetting range (43a) is adjacent to or covers the upstream end (47) of the microchannel (42), but at the downstream end (48) of the same microchannel. Adjacent, uncovered, and the downstream end of the microchannel is in fluid communication with means that can selectively wet the microchannel interior from this end of the microtube I / microchannel. If so.
特に好ましい(a)の変形例では、弁I(=区間)とマイクロ管Iが一致し、また、弁I/マイクロ管Iの入口端部が上流マイクロキャビティに直接取り付けられており、弁I/マイクロ管Iの出口端部が下流マイクロキャビティに直接取り付けられている。これらマイクロキャビティの両方を、ユニットAの上流マイクロキャビティ(4)および下流マイクロキャビティ(20)について概略したとおりに選択することができる。これについては上述を参照できる。 In a particularly preferred variant of (a), the valve I (= section) and the microtube I coincide, and the inlet end of the valve I / microtube I is directly attached to the upstream microcavity, The outlet end of the microtube I is directly attached to the downstream microcavity. Both of these microcavities can be selected as outlined for the upstream microcavity (4) and downstream microcavity (20) of unit A. This can be referred to above.
上述の変形例(b)で、用語「選択的に濡らす手段」とは:a)マイクロ管Iの出口端部と流体連通している濡れ入口を有する下流マイクロキャビティを含み、さらに、b)マイクロ管Iの出口端部が、内部においてマイクロチャンネルの下流端部に別個に提供することができるマイクロ管の端部を備えた分岐部分の一部であることを含む。このタイプの湿れ手段を介して液体を提供する場合、液体は親水性のマイクロチャンネル内の非濡れ部分にまで吸引される。このタイプの弁の場合、液体圧力が増加することによって、液体がこの弁を下流方向へ突破でき、さらに、反応マイクロキャビティ、混合室、さらにこれ以外の圧力下で液体を保持する保持マイクロキャビティの出口端部内で使用するように適合できることが予想される。多様なマイクロキャビティについてはマイクロ流体装置の概略を参照できる。 In variant (b) above, the term “means for selectively wetting” includes: a) a downstream microcavity having a wetting inlet in fluid communication with the outlet end of microtube I; and b) micro Including the outlet end of tube I being part of a bifurcated portion with the end of the microtube that can be separately provided to the downstream end of the microchannel. When providing liquid via this type of wetting means, the liquid is aspirated to non-wetting portions within the hydrophilic microchannel. For this type of valve, an increase in liquid pressure allows liquid to break through the valve downstream, and in addition to the reaction microcavity, the mixing chamber, and the holding microcavity that holds the liquid under other pressures. It is expected that it can be adapted for use in the outlet end. See the microfluidic device outline for various microcavities.
ユニットCのマイクロ管I(17)は、ユニットBの部分で説明した1つ以上の上方区間(23a)を設けていてよく、これら上方区間の少なくとも1つにはフィンガ弁(24)が内蔵されていることが好ましい。上方区間(23a)は、本明細書の他の部分で説明したように、上方屈曲部の一部であってもよい。マイクロ管Iは、ユニットA〜Bで説明したように、これ以外の形状であってもよい。 The micro tube I (17) of the unit C may be provided with one or more upper sections (23a) described in the section B, and a finger valve (24) is incorporated in at least one of these upper sections. It is preferable. The upper section (23a) may be a part of the upper bent portion as described in other parts of the present specification. The micro tube I may have other shapes as described in the units A to B.
ユニットCに関連した本発明の1つの態様は、このユニットを備えたマイクロチャンネル構造が内蔵されたマイクロ流体装置を利用する方法である。この方法は、液体をユニットCの毛管停止機能にかけて搬送する方法である。この方法は以下のステップを備える:
i) マイクロチャンネル構造が内蔵されたマイクロ流体装置を提供するステップ。このマイクロチャンネル構造はユニットCを備え、ユニットCは、上で定義したとおり、毛管停止機能(24)の上流位置における液体の分別部分の正面メニスカスと、入口端部(16)の上流、および毛管停止機能(24)の高さよりも上に位置した裏面メニスカスとを設けている。
One aspect of the present invention associated with unit C is a method utilizing a microfluidic device incorporating a microchannel structure with this unit. This method is a method of transporting the liquid through the capillary stop function of the unit C. This method comprises the following steps:
i) providing a microfluidic device incorporating a microchannel structure; This microchannel structure comprises a unit C, which, as defined above, is a front meniscus of liquid separation at the upstream position of the capillary stop function (24), upstream of the inlet end (16), and capillary A back meniscus located above the height of the stop function (24) is provided.
ii) 駆動力を付加して正面メニスカスを以下のとおり移動させるステップ:
a) 機能が弁である場合には、恐らくはまず停止機能において正面メニスカスを停止し、その後移動を再開させることで、毛管停止機能へ、またこれにかけて移動させるステップ。
ii) Applying driving force to move the front meniscus as follows:
a) If the function is a valve, perhaps the first step is to stop the front meniscus in the stop function and then restart the movement to move to and over the capillary stop function.
b) 機能が通気部である場合はこの機能へ移動させるステップ。 b) If the function is a vent, move to this function.
ステップ(i)では、裏面メニスカスは表面メニスカスと同一の分別部分のメニスカスである。また一般に、裏面メニスカスは上流マイクロキャビティ(4)(設けられている場合)内に存在する。 In step (i), the back meniscus is the same fractional meniscus as the front meniscus. Also, generally, the back meniscus resides in the upstream microcavity (4) (if provided).
ステップ(i)、(ii)での駆動力は、分別部分の裏面メニスカスに印加された空気/気体の過剰圧力または静水圧、あるいは遠心力などであってもよい。毛管停止機能(24)への搬送/移動にも毛管力を利用できる。毛管停止機能(24)を通過するには駆動力を活発に増加させる必要があり、これは、この場合適切でない毛管力を除外した、初期移動の時と同じ複数の力から駆動力を選択できることを意味している。装置が遠心力を利用すするように設計されている場合には、回転を増加することが好ましい。ステップ(ii)の後、ステップ(ii)以外の駆動力、または力の組み合わせを使用して、分別部分またはこれの一部をさらに下流のマイクロチャンネル構造内へ移動させることができる。遠心力は例えば、毛管力および/または静水圧で代用および/または補助することが可能である。フィンガ弁がユニットA〜Fのいずれかに結合している、またはこれの一部である場合には、ステップ(i)、(ii)は関連する方法のステップの要求に適合される。 The driving force in steps (i) and (ii) may be air / gas overpressure or hydrostatic pressure applied to the back surface meniscus of the separation portion, centrifugal force, or the like. Capillary force can also be used for transport / movement to the capillary stop function (24). To pass through the capillary stop function (24), it is necessary to actively increase the driving force, and in this case, the driving force can be selected from the same multiple forces as in the initial movement, excluding the unsuitable capillary force. Means. If the device is designed to utilize centrifugal force, it is preferable to increase the rotation. After step (ii), the fractionation part or part of it can be moved further into the downstream microchannel structure using a driving force or combination of forces other than step (ii). Centrifugal force can be substituted and / or assisted, for example, with capillary force and / or hydrostatic pressure. If the finger valve is coupled to or part of any of the units A to F, steps (i), (ii) are adapted to the requirements of the relevant method steps.
ユニットD 保護された毛管弁ユニット
このユニットは、入口端部(16)と出口端部(18)を設けた液体搬送マイクロ管(17)を備え、また毛管弁I(24)を備えている。
Unit D Protected Capillary Valve Unit This unit comprises a liquid carrying microtube (17) provided with an inlet end (16) and an outlet end (18) and a capillary valve I (24).
マイクロ管が1つ以上の追加の毛管弁(25)を備えていることが特徴特性である。毛管弁I(24)は典型的にはユニットCで定義されたフィンガ弁であり、弁Iの上流に1つ以上の追加の弁が配置されていることが好ましい。また、追加の毛管弁はフィンガ弁であるか、あるいは本明細書中の他の部分、背景技術、マイクロ流体装置の概要、これらの部分で参照した刊行物において他のユニットに関連して述べたタイプの弁であってもよい。追加の弁(25)のうち1つは、マイクロ管I(17)の入口端部(16)に配置されることが好ましい。この場合には、次に弁I(24)をマイクロ管内に配置するという条件が付く。 It is a feature that the microtube comprises one or more additional capillary valves (25). The capillary valve I (24) is typically a finger valve as defined in unit C, and preferably one or more additional valves are arranged upstream of the valve I. Also, the additional capillary valve is a finger valve or described in relation to other units in other parts of this specification, background art, overview of microfluidic devices, and publications referenced in these parts. It may be a type of valve. One of the additional valves (25) is preferably arranged at the inlet end (16) of the microtube I (17). In this case, there is a condition that the valve I (24) is then placed in the micro tube.
革新的なマイクロ管I(17)は、ユニットA〜C、E〜Fで説明したものと同じタイプのマイクロ流体装置内に設けられたマイクロチャンネル構造の一部である。 The innovative microtube I (17) is part of the microchannel structure provided in the same type of microfluidic device as described in units A to C, E to F.
マイクロ管I(17)の入口端部(16)は典型的には出口端部(18)よりも上に位置しており、この場合、いくつかの変形例では、より高い位置にある出口端部(18)とより低い位置にある入口端部(16)が逆になっていてもよいことを除外しない。 The inlet end (16) of the microtube I (17) is typically located above the outlet end (18), where in some variations the outlet end is at a higher position. It is not excluded that the inlet end (16) in the lower position with the part (18) may be reversed.
ユニットB、Cで説明したように、マイクロ管I(17)は、1つ以上の上方区間(23a)、および/または1つ以上の下方区間(23b)、および/または1つ以上の水平区間、1つ以上の上方屈曲部、1つ以上の下方屈曲部、上方先端(1つ以上)(22)などを含んでいてもよい。これらの部分の内部、最も一般的には上方屈曲部の上方または下方区間内に、例えばフィンガ弁の形状をした毛管弁Iを、各特定のケース望ましい機能毎に相当の注意をもって設けてもよい。詳細についてはユニットB、Cを参照できる。 As described in units B and C, the microtube I (17) has one or more upper sections (23a) and / or one or more lower sections (23b) and / or one or more horizontal sections. One or more upward bends, one or more downward bends, an upper tip (one or more) (22), etc. may be included. Inside these parts, most commonly in the upper or lower section of the upper bend, a capillary valve I, for example in the form of a finger valve, may be provided with considerable care for each particular case desired function. . Refer to units B and C for details.
ユニットDでは、マイクロ管(17)の入口端部(16)または出口端部(18)は、ユニットA、B、C、Eで説明しているように、分岐部の一部であるか、またはマイクロキャビティに接続している。マイクロ管Iの入口端部(16)は、流入ポートおよび出口端部(18)、排出ポートに直接または間接的に接続していてもよい。原則的に、適切な適合が行われる場合には、参照した機能の任意の組み合わせはユニットDのマイクロ管Iに関連していてもよい。 In unit D, the inlet end (16) or outlet end (18) of the microtube (17) is part of a branch, as described in units A, B, C, E, Or connected to a microcavity. The inlet end (16) of the microtube I may be connected directly or indirectly to the inlet and outlet ends (18), the outlet port. In principle, any appropriate combination of the functions referred to may be associated with the microtube I of unit D if appropriate adaptations are made.
ユニットDの1つの本発明による態様は、ユニットDを備えたマイクロチャンネル構造内で液体を搬送する方法である。この方法は、ユニットB、Cが上述したとおりの2つまたはこれ以上の毛管弁を備えている場合には、これらのユニットにも適用できる。この方法は以下のステップを備える:
i) ユニットDを含むマイクロチャンネル構造を含んだマイクロ流体部を提供するステップ;
ii) 毛管弁の最上流に隣接した液体分別部分(=弁1、弁1における正面メニスカス)を提供するステップ;
iii) 駆動力を増加することにより、また、恐らくはメニスカスが弁1を通過した後に駆動力を低減することで、次の毛管弁(弁2)でメニスカスを停止させることにより、弁1にかけて分別部分またはこれの一部(正面メニスカス)を移動させるステップ;
iv) 駆動力を増加することにより、また、恐らくはメニスカスが弁2を通過した後に駆動力を低減することで、次の毛管弁(弁3)(設けられている場合)でメニスカスを停止させることにより、弁2にかけてメニスカスを移動させるステップ;
v) メニスカスがマイクロ管Iの全ての毛管弁を通過するまでステップ(iii)、(iv)を繰り返すステップ;
vi) メニスカスをマイクロ管Iの出口端部を通って移動させるステップ。
One aspect of the unit D according to the invention is a method for transporting a liquid in a microchannel structure with the unit D. This method can also be applied to units B and C if they have two or more capillary valves as described above. This method comprises the following steps:
i) providing a microfluidic part comprising a microchannel structure comprising unit D;
ii) providing a liquid fraction (= valve 1, front meniscus in valve 1) adjacent to the uppermost stream of the capillary valve;
iii) A fractionation part over valve 1 by stopping the meniscus at the next capillary valve (valve 2) by increasing the driving force and possibly reducing the driving force after the meniscus has passed through valve 1 Or moving part of it (frontal meniscus);
iv) Stop the meniscus at the next capillary valve (valve 3) (if provided) by increasing the driving force and possibly reducing the driving force after the meniscus has passed through the
v) repeating steps (iii) and (iv) until the meniscus passes through all capillary valves of microtube I;
vi) moving the meniscus through the outlet end of the microtube I;
またこの方法では、背面メニスカスが、ユニットB、Cの方法態様について説明したとおりに配置される。 In this method, the back meniscus is arranged as described for the method aspects of the units B and C.
マイクロ管(自己吸引型)の親水性により、メニスカスがそれぞれの毛管弁を通過した後に駆動力が低減される。即ち、弁どうしの間の毛管搬送(通過)に部分的または全体的に依存することができる。 Due to the hydrophilic nature of the microtube (self-suction type), the driving force is reduced after the meniscus has passed through each capillary valve. That is, it can depend in part or in whole on the capillary transport (passage) between the valves.
好ましい変形例では、装置は、これの回転によって得た遠心力を使用するように適合されている。駆動力を増加させることは回転の増加を意味する。本明細書で説明しているユニットDを他の任意のユニットに組み込んだ変形例では、上述の方法を、これらユニットの方法に適合することが可能である。 In a preferred variant, the device is adapted to use the centrifugal force obtained by its rotation. Increasing the driving force means an increase in rotation. In a variation in which unit D described herein is incorporated into any other unit, the method described above can be adapted to the method of these units.
本明細書の他のユニットについての部分で説明しているように、マイクロ管I(17)は最大で2つの毛管弁(25、24)を備えており、このうち最も上流にあるもの(25)が毛管非フィンガ弁で、入口端部(16)に配置されていることが好ましく、次の弁(24)は毛管フィンガ弁であることが好ましい。 As described in the other units section of this specification, the microtube I (17) has a maximum of two capillary valves (25, 24), of which the most upstream (25 ) Is a capillary non-finger valve, preferably located at the inlet end (16), and the next valve (24) is preferably a capillary finger valve.
好ましい変形例では、マイクロ管I(17)の入口端部(16)が、マイクロ管Iと搬送経路の間の交差部分を画定しており、この搬送経路内では、毛管弁の効率を低下させる可能性のある材料を含有し、第1毛管弁の下流に位置している液体が搬送され、マイクロ管の入口端部をバイパスすることで経路の下流部分へ流れられるようになる。これらの下流部分は、マイクロ管I内に分岐している経路の下流部分とは一致しない。これについてはユニットA〜Eの変形例についての説明を参照できる。これらの説明では、恐らく設けられている上流マイクロキャビティ(4)が下方部分(4b)を有し、この下方部分(4b)が、例えば目詰まりや吸収によって毛管弁に害を及ぼす可能性のある材料を搬送する搬送経路の下流部分に関連している。害を及ぼす材料の典型的なものは、本発明による問題解決の部分と、特定のユニットの部分において説明されている。 In a preferred variant, the inlet end (16) of the microtube I (17) defines an intersection between the microtube I and the transport path, which reduces the efficiency of the capillary valve. Liquid containing potential material and located downstream of the first capillary valve is transported and allowed to flow downstream into the path by bypassing the inlet end of the microtube. These downstream portions do not coincide with the downstream portions of the path branching into the microtube I. For this, reference can be made to the description of the modifications of the units A to E. In these descriptions, the provided upstream microcavity (4) probably has a lower part (4b), which may harm the capillary valve, for example by clogging or absorption. Related to the downstream part of the transport path for transporting material. Typical of the harmful materials are described in the problem-solving part according to the invention and in the part of the specific unit.
ユニットE 一般に微粒子材料を含有した位相から一般に液体位相である上方位相を分離するユニット
このユニットは以下を備えている:
d) 液体入口I(5)と液体出口I(6)を設けた分離マイクロキャビティ(4)。液体入口I(5)は液体出口I(6)よりも高い位置にある。
Unit E A unit that separates the upper phase, typically the liquid phase, from the phase that typically contains particulate material. This unit comprises:
d) A separation microcavity (4) provided with a liquid inlet I (5) and a liquid outlet I (6). The liquid inlet I (5) is higher than the liquid outlet I (6).
e) 液体出口I(6)に直接接続した入口端部(16)と、これ(および液体出口I)よりも低い位置にある出口端部(18)とを有する液体搬送マイクロ管I(17)。 e) Liquid transport microtube I (17) having an inlet end (16) directly connected to the liquid outlet I (6) and an outlet end (18) at a lower position than this (and the liquid outlet I). .
分離マイクロキャビティはユニットA内の上流マイクロキャビティに関連している。液体出口I(6)は、分離マイクロキャビティ(4)の最下部分(8)の高さと頂部(7)(最上部分)の高さの間の中間に配置されており、マイクロキャビティ(4)の下方部分(4b)と上方部分(4a)を画定している。 The separation microcavity is associated with the upstream microcavity in unit A. The liquid outlet I (6) is located in the middle between the height of the lowermost part (8) and the height of the top (7) (uppermost part) of the separation microcavity (4), and the microcavity (4) A lower part (4b) and an upper part (4a).
分離マイクロキャビティ(4)は所定の液体容量を保持することができ、これにより、内部に上方液位Iが画定される。この上方液位はマイクロキャビティの最上部分(7)の高さと等しいかこれよりも低く、また、液体出口I(6)の高さよりも高い。 The separation microcavity (4) can hold a predetermined liquid volume, thereby defining an upper liquid level I therein. This upper liquid level is equal to or lower than the height of the uppermost part (7) of the microcavity and higher than the height of the liquid outlet I (6).
このユニットが一部をなすマイクロチャンネル構造を含んだマイクロ流体装置は、回転軸周囲で回転することで、高密度の材料と軽量の材料を含有した液体を上方位相と下方位相に分離し、液体出口I(6)とマイクロ管I(17)を介してこの上方位相をマイクロチャンネル構造の下方部分へ排出するように設計されている。下流部分への排出には、回転によって作られた遠心力、および/または回転中にマイクロチャンネル構造内に蓄積した静水圧、および/または毛管力を利用する。例えば動電力といったこれ以外の力を、上で挙げたばかりの力の1つ以上と組み合わせて使用することも可能である。これについてはさらに「マイクロ流体装置の概要」を参照できる。 A microfluidic device including a microchannel structure, which is a part of this unit, rotates around a rotation axis to separate a liquid containing a high-density material and a lightweight material into an upper phase and a lower phase. It is designed to discharge this upper phase to the lower part of the microchannel structure via outlet I (6) and microtube I (17). Discharge to the downstream portion utilizes centrifugal force created by rotation and / or hydrostatic pressure accumulated in the microchannel structure during rotation and / or capillary force. Other forces, such as dynamic power, can be used in combination with one or more of the forces just listed. In this regard, reference can also be made to “Outline of Microfluidic Device”.
このユニットの特徴特性は以下のとおりである。 The characteristic characteristics of this unit are as follows.
a) マイクロ管I(17)は弁I(24)、好ましくは毛管弁Iに関連している。 a) Microtube I (17) is associated with valve I (24), preferably capillary valve I.
b) 液体出口I(6)を通る流れの方向は上方に向いている。および/または、
c) 液体出口I(6)は、分離マイクロキャビティ(4)の内壁の下方向きの屈曲部内に配置されている。および/または
d) マイクロ管I(17)の入口端部(16)と隣り合っているマイクロ管部分は上方に向いている。
b) The direction of flow through the liquid outlet I (6) is upward. And / or
c) The liquid outlet I (6) is arranged in a downwardly bent portion of the inner wall of the separation microcavity (4). And / or d) the portion of the microtube adjacent to the inlet end (16) of the microtube I (17) faces upwards.
弁I(24)はマイクロ管Iの流入または出口端部(16または18)内部、またはこの位置に配置でき、現在のところ、殆どの変形例で、ユニットCで説明したタイプのフィンガ弁が好ましいと見られている。多くの変形例において、マイクロ管Iの断面寸法は、例えば≧2、≧5、≧10といった因数≧1をもって、弁Iの場合下流よりも上流において大きい。これは、弁Iがフィンガ弁であり、および/または、使用時にマイクロ管内に液体駆動高さ/プラグの産物が形成される場合には特に当てはまる。これについてはユニットA〜Cを参照できる。 The valve I (24) can be placed in or at the inflow or outlet end (16 or 18) of the microtube I, and at present, in most variants, a finger valve of the type described in unit C is preferred. It is seen. In many variants, the cross-sectional dimension of the microtube I is larger upstream than downstream in the case of valve I, with a factor ≧ 1, for example ≧ 2, ≧ 5, ≧ 10. This is especially true when valve I is a finger valve and / or a liquid driven height / plug product is formed in the microtube in use. For this, reference can be made to units A to C.
マイクロ管I(17)は、入口端部(16)(液体出口I(6))、またはマイクロ管の内部のいずれかに配置されていることが好ましい上方先端(22)を典型的に有する(上方先端=上向きの肘)。この上方先端(22)は、分離マイクロキャビティ(4)の液体出口I(6)と同じ高さにあってよく、この場合、好ましい変形例ではマイクロ管Iは第1の短い水平区間を設け、次に、出口端部(18)へ下方に向かう下向き区間を設けている。あるいは、上方先端(22)は液体出口I(6)よりも上に位置していてよく、例えば分離マイクロキャビティ(4)の上方液位Iより上、さらには分離マイクロキャビティ(4)の頂部(7)よりも上にあってもよい。これら後者の変形例では、上方先端(22)は、上向き区間(23a)から開始し、区間どうしの間の継手部分が上方先端(22)を画定している下向き区間(23b)へと続くマイクロ管I(17)の変形例に含まれる。このタイプの上方先端では、上向き区間と下向き区間の間に水平区間を備えていてもよい。この段落で説明した変形例では、弁I(24)は上方先端(22)、また可能であればこれの上流(即ち、上流区間(23a)内)、また上方液位Iの上下、例えば、入口端部(16)と上方先端(22)の間の高さの25%以上の位置に配置されている。上流区間(23a)内における弁の好ましい相対位置はこれよりもさらに高い、例えば入口端部(16)と上方先端(22)の間の高さの約50%以上または75%以上であることが好ましい。 The microtube I (17) typically has an upper tip (22) which is preferably located either at the inlet end (16) (liquid outlet I (6)) or inside the microtube ( Upper tip = upward elbow). This upper tip (22) may be at the same height as the liquid outlet I (6) of the separation microcavity (4), in which case in a preferred variant the microtube I is provided with a first short horizontal section, Next, a downward section heading downward is provided at the outlet end (18). Alternatively, the upper tip (22) may be located above the liquid outlet I (6), for example above the upper liquid level I of the separation microcavity (4) and even the top of the separation microcavity (4) ( It may be above 7). In these latter variants, the upper tip (22) starts from the upward section (23a) and continues to the downward section (23b) where the joint between the sections defines the upper tip (22). It is contained in the modification of pipe | tube I (17). In this type of upper tip, a horizontal section may be provided between the upward section and the downward section. In the variant described in this paragraph, the valve I (24) has an upper tip (22) and possibly upstream of it (ie in the upstream section (23a)) and above and below the upper liquid level I, for example, It is arranged at a position of 25% or more of the height between the inlet end (16) and the upper tip (22). The preferred relative position of the valve in the upstream section (23a) is even higher, for example about 50% or more or 75% or more of the height between the inlet end (16) and the upper tip (22). preferable.
最も好ましい実施形態のうちの1つでは、弁I(24)は上向き区間(23a)内の、上方液位Iと上方先端(22)の高さよりも下の位置に配置されている。マイクロキャビティ(4)を所定の液体容量で充填することで、背面メニスカスが上方液位Iに配置され、正面メニスカスがマイクロ管(17)内の第1弁(これは例えば、本明細書中で説明したこれ以外の弁が存在していない場合には弁I(24))に配置される。これに続く装置の回転によって、背面メニスカスと正面メニスカスが、弁I(24)よりも上の同じ高さに平衡維持される。回転毛管力を遅速化させると、正面メニスカスが上方先端(22)へ移動し、その後、高速度を再開すると、分離マイクロキャビティ(4)の上方部分(4a)の内容物が液体出口I(6)の高さにまで迅速に排出されて空になる。ユニットAでは、正面メニスカスが下方へ移動して連続した液体プラグが維持される場合には、上方部分を空にしている最中に回転速度を低減できる。これには、分離マイクロキャビティ(4)とマイクロ管I(17)の寸法、形状、内部容量などが正確に相互適合していることが好ましいことが含まれる。これについては、ユニットA〜Cの説明と、他の相対位置が挙げられている関連した方法態様も参照できる。 In one of the most preferred embodiments, the valve I (24) is located in the upward section (23a) below the level of the upper liquid level I and the upper tip (22). By filling the microcavity (4) with a predetermined liquid volume, the back meniscus is placed at the upper liquid level I and the front meniscus is the first valve in the microtube (17) (this is for example described herein) If there is no other valve as described, it is placed in valve I (24)). Subsequent rotation of the device balances the back meniscus and the front meniscus at the same height above valve I (24). When the rotational capillary force is slowed, the front meniscus moves to the upper tip (22), and then when the high speed is resumed, the contents of the upper part (4a) of the separation microcavity (4) are transferred to the liquid outlet I (6 ) Is quickly discharged to a height of In the unit A, when the front meniscus moves downward and a continuous liquid plug is maintained, the rotational speed can be reduced while the upper portion is emptied. This includes that it is preferable that the size, shape, internal volume, etc. of the separation microcavity (4) and microtube I (17) are accurately matched to each other. In this regard, reference can also be made to the description of units A to C and the related method aspects in which other relative positions are listed.
弁I(24)はまた、上方先端の下流に配置してもよい。 Valve I (24) may also be located downstream of the upper tip.
また、弁I(24)が毛管フィンガ弁、あるいは目詰まりし易いか、使用の液体によって害を受けやすいタイプの弁である場合には特に、マイクロ管I(17)は 弁I(24)の上流に配置された弁(25)を追加で含んでいてもよい。この追加の弁は、マイクロ管I(17)の入口端部(16)に配置され、使用の液体による害を受け難い弁として選択されることが好ましい。この変形例はまた、マイクロ管I(17)が下向き屈曲部や、弁I(24)の上流の位置において微粒子材料および液体の収集を促進する他の形状を含んでいる場合にも有効である。 In addition, the micro tube I (17) is a valve of the valve I (24), particularly when the valve I (24) is a capillary finger valve, or a valve that is easily clogged or susceptible to damage by the liquid used. An additional valve (25) arranged upstream may be included. This additional valve is preferably located at the inlet end (16) of the microtube I (17) and is selected as a valve that is less susceptible to damage by the liquid used. This variation is also effective when the microtube I (17) includes a downward bend or other shape that facilitates collection of particulate material and liquid at a location upstream of the valve I (24). .
マイクロ管Iの別形状と、これの内部における弁の位置とについてはユニットA〜Dを参照できる。 Units A to D can be referred to for the different shape of the micro tube I and the position of the valve inside the micro tube I.
ユニット内の毛管弁、例えば弁I(24)は、一般に、この分野で周知の原理に従ったユニットの疎水性流れ経路内における化学的および/または幾何学的な内面特徴変化に基づく。この変化は、マイクロ管の断面寸法内における急激な増加(横方向への変化)、および/または、マイクロ管の内面の非濡れ性の急激な増加であってよく、いずれの場合も変化は流れの方向に起こる。またこの変化は一般に局所的(破壊)であり、例えば、親水性である流れ経路における非濡れ性/疎水性の表面の破壊である。非濡れ性の内面は表面を粗くする、および/またはフッ化炭化水素基を露出させることができる。これについてはさらに、背景技術、マイクロ流体装置の概略、これらのタイトルの下で参照した刊行物を参照できる。 Capillary valves within the unit, such as valve I (24), are generally based on chemical and / or geometric internal feature changes in the unit's hydrophobic flow path according to principles well known in the art. This change may be a rapid increase in the cross-sectional dimension of the microtube (transverse change) and / or a rapid increase in non-wetting of the inner surface of the microtube, in which case the change will flow Happens in the direction of This change is also generally local (fracture), for example, non-wetting / hydrophobic surface breakage in a hydrophilic flow path. The non-wetting inner surface can roughen the surface and / or expose fluorinated hydrocarbon groups. In this regard, reference may also be made to the background art, an overview of microfluidic devices and the publications referenced under these titles.
液体出口I(6)から排出され始めた液体の流れは、液体出口I(6)における遠心力に関連して様々な方向に向かう。この流れの方向は、(a)上向き/内方成分(内方半径成分)を備える、または(b)本質的に接線方向(水平方向)にあってもよい。したがって、液体出口I(6)における遠心力の方向に対する流れの方向は、代替形(a)では少なくとも部分的に遠心力に対向する方向、代替形(b)では遠心力と本質的に直交する方向であってもよい。これは、液体出口Iにおける遠心力の方向に対する角度(α)として表され、代替形(a)では例えば95°≦α≦265°のように、90°≦α≦270°であってよく(対抗)、また、代替形(b)では例えば90°≦α≦95°のように90°≦α≦100°であってよく、および/または、265°≦α≦270°のように、260°≦α≦270°(直交)であってもよい。 The liquid flow that has started to be discharged from the liquid outlet I (6) is directed in various directions in relation to the centrifugal force at the liquid outlet I (6). This flow direction may be (a) with an upward / inward component (inward radius component) or (b) essentially tangential (horizontal). Thus, the direction of flow relative to the direction of the centrifugal force at the liquid outlet I (6) is at least partly opposed to the centrifugal force in the alternative form (a) and essentially orthogonal to the centrifugal force in the alternative form (b). It may be a direction. This is expressed as the angle (α) relative to the direction of the centrifugal force at the liquid outlet I, and in the alternative form (a) 90 ° ≦ α ≦ 270 °, for example 95 ° ≦ α ≦ 265 ° ( Counter), and in alternative form (b) it may be 90 ° ≦ α ≦ 100 °, for example 90 ° ≦ α ≦ 95 ° and / or 260, such as 265 ° ≦ α ≦ 270 °. It may be ° ≦ α ≦ 270 ° (orthogonal).
液体出口I(6)における遠心力と液体出口I(6)周囲の内壁との間の角度(α’)は、代替形(a)では、例えば−90°≦α’≦−5および/または5°≦α’≦90°のように、−90°≦α’≦0°および/または0°≦α’≦90°であってよく、代替形(b)では、例えば−5°≦α’≦5°のように−10°≦α’≦10°であってよく、または特にα’=0°であってもよい。代替形(b)における内壁の方向および/または関連する開口部の方向は、本質的に遠心力の方向と一致する。 The angle (α ′) between the centrifugal force at the liquid outlet I (6) and the inner wall around the liquid outlet I (6) is, for example, −90 ° ≦ α ′ ≦ −5 and / or in the alternative (a) −90 ° ≦ α ′ ≦ 0 ° and / or 0 ° ≦ α ′ ≦ 90 °, such as 5 ° ≦ α ′ ≦ 90 °, and in alternative form (b), for example −5 ° ≦ α It may be −10 ° ≦ α ′ ≦ 10 °, such as “≦ 5 °, or in particular α ′ = 0 °. The direction of the inner wall and / or the direction of the associated opening in alternative form (b) essentially corresponds to the direction of the centrifugal force.
マイクロ管I(17)の、分離マイクロキャビティ(4)の液体出口I(6)と隣り合っている部分は、この液体出口内における主な流れ方向の中から選択した方向と対抗する方向を有することが好ましいが、これら2つの流れは同じ方向でなくてもよい。 The portion of the microtube I (17) adjacent to the liquid outlet I (6) of the separation microcavity (4) has a direction that opposes a direction selected from among the main flow directions in the liquid outlet. Although preferred, these two flows need not be in the same direction.
上のユニットAで説明したように、液体出口I(6)は、分離マイクロキャビティ(4)を下方部分(4b)と上方部分(4a)に分離する。典型的なケースでは、下方部分(4b)は、分離マイクロキャビティ(4)の総容量の≧10%、例えば≧25%、≧50%、≧70%、≧80%を構成する。これら部分の正確な相対容量は、装置回転によりこれら部分が形成された後に得られた位相の相対容量によって決定される。多くの場合、下方部分(4b)が少なくとも下方位相と同じ位相を有するべきであることが重要である。そのため、液体出口I(6)から排出される位相の下方面は、液位をこの下方面と液体出口I(6)の間に維持することで、この出口よりも低い位置になければならず、≧10μm、≧50μm、≧100μm、≧200μmとなる。 As explained in unit A above, the liquid outlet I (6) separates the separation microcavity (4) into a lower part (4b) and an upper part (4a). In a typical case, the lower part (4b) constitutes ≧ 10% of the total volume of the separation microcavity (4), for example ≧ 25%, ≧ 50%, ≧ 70%, ≧ 80%. The exact relative volume of these parts is determined by the relative volume of the phase obtained after these parts are formed by device rotation. In many cases it is important that the lower part (4b) should have at least the same phase as the lower phase. Therefore, the lower surface of the phase discharged from the liquid outlet I (6) must be lower than this outlet by maintaining the liquid level between this lower surface and the liquid outlet I (6). ≧ 10 μm, ≧ 50 μm, ≧ 100 μm, ≧ 200 μm.
分離マイクロキャビティ(4)は、入口(5)および/または出口(6)の高さ、またはこの入口および出口自体に向かって先細りしていてもよい。先細りとは、対象の出口/入口における少なくとも1つ、2つまたはこれ以上の内壁が、先細り部を通る主な流れの方向と共に、または、回転軸から対象の出口へ向かう直線(半径)と共に鋭角(β<90°)を形成することを意味する。この角度(β)は、好ましくは10〜60°の間隔内、より好ましくは25〜35°といった20〜40°の間隔内にあり、また、約30°を選択することが好ましい。これらの間隔は純粋な通気出口にも適用できる。先細りは、液体出口と純粋な通気出口に関連して、マイクロキャビティを液体で充填する最中に気泡の形成を阻止する。 The separation microcavity (4) may taper towards the height of the inlet (5) and / or outlet (6) or towards this inlet and outlet itself. Tapering is an acute angle with at least one, two or more inner walls at the outlet / inlet of the object, along with the direction of main flow through the taper, or with a straight line (radius) from the axis of rotation to the outlet of the object. (Β <90 °) is formed. This angle (β) is preferably in the interval of 10-60 °, more preferably in the interval of 20-40 °, such as 25-35 °, and preferably about 30 ° is selected. These intervals can also be applied to pure ventilation outlets. Tapering, in conjunction with the liquid outlet and the pure vent outlet, prevents the formation of bubbles during the filling of the microcavity with liquid.
分離マイクロキャビティ(4)は液体出口(6)の高さにおいて狭窄していてもよい。この狭窄は、先の段落で説明した先細りによって画定できる。 The separation microcavity (4) may be constricted at the height of the liquid outlet (6). This stenosis can be defined by the tapering described in the previous paragraph.
狭窄および/または先細りとは、マイクロキャビティの、またはこれの上方および/下方部分の最大断面範囲が、対象の出口/入口の高さにおける断面範囲よりも、因数>1、例えば≧1.25、≧1.5、≧3.0、≧5.0をもって大きいことを意味する。 Stenosis and / or taper means that the maximum cross-sectional area of the microcavity, or the upper and / or lower part thereof, is greater than the cross-sectional area at the height of the outlet / inlet of interest by a factor> 1, for example ≧ 1.25, ≧ 1.5, ≧ 3.0, ≧ 5.0 means large.
好ましい設計では、上流マイクロキャビティ内の断面範囲は、マイクロ管I(17)においてよりも液体出口I(6)の上流において、例えば因数≧1、例えば≧2、≧5、≧10をもってより大きい。 In a preferred design, the cross-sectional area in the upstream microcavity is larger, for example with a factor ≧ 1, such as ≧ 2, ≧ 5, ≧ 10, upstream of the liquid outlet I (6) than in the microtube I (17).
先細りと狭窄についてはユニットAでさらに詳細に説明している。 Taper and stenosis are described in more detail in Unit A.
分離マイクロキャビティ(4)の下方部分(4b)は、この部分に入ってきた液体によって押し出された空気を排気するためだけに周囲の空気内に開口した1つ以上の出口(14)に連通している。装置表面に設けられた実際のこのタイプの排出用開口部(14)(通気排出ポート)は、好ましくは液体入口I(5)よりも上に配置されており、さらに、この排出用開口部に関連している、最初に液体を導入するために装置表面に設けられた実際の流入開口部(9)(液体流流入ポート)よりも上に配置されている。装置表面に設けた関連する通気排出開口部(14)が上流マイクロキャビティ(4)の液体入口(4)よりも低い位置にある場合には、上記タイプの出口(1つ以上)に関連して毛管停止機能(15a)(下流端部)を設けることができる。これによって、分離マイクロキャビティ(4)は、U字型または下向きの屈曲マイクロキャビティを形成できるようになる。マイクロキャビティの下流部分(4b)に複数の通気排出開口部(14)がある場合には、この部分(4b)を2つまたはこれ以上のフィンガに分割できる(フィンガマイクロキャビティ)。 The lower part (4b) of the separation microcavity (4) communicates with one or more outlets (14) that open into the surrounding air only to evacuate the air pushed out by the liquid entering this part. ing. The actual discharge opening (14) (vent vent port) of this type provided on the surface of the device is preferably arranged above the liquid inlet I (5) and further to the discharge opening. It is located above the actual inflow opening (9) (liquid flow inflow port) provided on the surface of the device for the introduction of liquid first. In connection with the outlet (s) of the above type, if the associated vent outlet opening (14) provided on the device surface is lower than the liquid inlet (4) of the upstream microcavity (4). A capillary stop function (15a) (downstream end) can be provided. This allows the separation microcavity (4) to form a U-shaped or downward bent microcavity. If there are a plurality of venting openings (14) in the downstream part (4b) of the microcavity, this part (4b) can be divided into two or more fingers (finger microcavity).
液体入口I(5)の高さに例えば溢出開口部(10)を設けている場合には、上流マイクロキャビティ(4)の上方部分(4b)を容量測定マイクロキャビティとして使用できる。これについては以下を参照できる。この測定は、液体出口I(5)よりも下に、説明したタイプの通気排出機能(14)に関連した毛管停止機能(15a)を設けている場合には、精密度が増すようである。毛管停止機能(15a)は、ユニットCで説明したフィンガ通気部であることが好ましい。これについてのさらなる説明はユニットAを参照できる。 If, for example, an overflow opening (10) is provided at the height of the liquid inlet I (5), the upper part (4b) of the upstream microcavity (4) can be used as a capacitance measuring microcavity. The following can be referred to for this. This measurement appears to be more accurate when the capillary stop function (15a) associated with the venting function (14) of the type described is provided below the liquid outlet I (5). The capillary stop function (15a) is preferably the finger vent described in unit C. For further explanation on this, reference can be made to unit A.
下方部分(4b)には、上方部分が液体出口I(図示せず)を介して空にされた後に、下方部分から材料を排出するための液体出口I’を有する。このケースでは、液体出口I’は液体出口Iよりも下にある。 The lower part (4b) has a liquid outlet I 'for discharging material from the lower part after the upper part has been emptied via the liquid outlet I (not shown). In this case, the liquid outlet I 'is below the liquid outlet I.
分離マイクロキャビティ(4)の上方部分(4b)は容量画定ユニットの一部であってもよい。この容量画定ユニットは、例えば、ユニットAの上流および下流マイクロキャビティについて略述した、あるいは、国際公開公報第02074438号、国際公開公報第03018198号(両方共ジャイロスAB)で説明されているタイプのものであってもよい。これは、簡潔には、液体入口I(5)が、これと同じ高さに溢出開口部(10)を設けた流入マイクロ管I(8a)に接続していることを意味する。溢出開口部(10)は下方に向いた溢出マイクロ管(11)に接続しており、この溢出マイクロ管(11)は、流入マイクロ管から追加され余分となった液体を、装置を適切に回転させることで選択的に廃棄することができる。 The upper part (4b) of the separation microcavity (4) may be part of a volume defining unit. This capacity defining unit is of the type outlined in, for example, the upstream and downstream microcavities of unit A or described in WO 02074438, WO03018198 (both are gyros AB) It may be. This simply means that the liquid inlet I (5) is connected to an inflow microtube I (8a) with an overflow opening (10) at the same height. The overflow opening (10) is connected to a downwardly facing overflow microtube (11), and this overflow microtube (11) appropriately rotates the device by adding excess liquid added from the inflow microtube. Can be selectively discarded.
また上方部分(4b)は、ユニットAで示した1つ以上の追加の液体入口を含んでいてもよい。 The upper part (4b) may also contain one or more additional liquid inlets, indicated by unit A.
マイクロ管I(17)の出口端部(18)は、ユニットAで示したタイプおよび機能の下流マイクロキャビティ(20)に直接接続することができる。 The outlet end (18) of the microtube I (17) can be connected directly to a downstream microcavity (20) of the type and function indicated by unit A.
液体入口、出口、通気部、弁などと、これらの位置とを含む、マイクロ管I(17)と分離マイクロキャビティ(4)の相対寸法を、ユニットAで略述したように、マイクロ管I内に駆動プラグ高さを作成するように好ましく適合することができる。 The relative dimensions of the microtube I (17) and the separation microcavity (4), including the liquid inlet, outlet, vent, valve, etc., and their locations, as outlined in unit A, Can preferably be adapted to create a drive plug height.
ユニットEの本発明による態様はマイクロ流体方法をさらに備えており、この方法は、より高密度、および低密度の材料を含有した液体の分別部分を、低密度の上方位相と高密度の下方位相に遠心分留し、その後、分離の実行中に、上方搬送の少なくとも一部を同じマイクロチャンネル構造の下流部分へ搬送する。この方法は原則的にユニットAで説明した方法の変形例であり、十分に回転させることで、分離後には原則的に下方位相のみに見られるようになる材料でマイクロ管Iを汚染することなく、上流マイクロキャビティ内の液体を高密度の下方位相と低密度の上方位相に遠心分留できるようにする。ユニットDのこの方法態様は、下流へ搬送された上方分別部分を、例えば希釈のための混合、別の分別部分を含有した反応物との混合によりさらに処理するステップと、酵素検定プロトコル、親和性検定プロトコルなどのような検定プロトコルに含まれる生物反応を実行するステップとを含んでいる。これらの検定プロトコルには、異酵素検定プロトコル、サンドイッチ検定のような同種非競合検定プロトコル、異種競合検定プロトコルなど、また関連する同種反応および検定プロトコルが関係していてもよい。これらの検定プロトコルを実行することで、サンプル中の特徴付けされていない実体の特徴付け、例えば分析対象物質の総量の量的または質的決定を行うことができる。 The embodiment according to the invention of unit E further comprises a microfluidic method, which separates a fraction of a liquid containing a higher density and lower density material into a lower density upper phase and a higher density lower phase. And then, during the separation, at least a portion of the upper transport is transported to the downstream portion of the same microchannel structure. This method is in principle a variation of the method described in unit A, with sufficient rotation, without contamination of the microtube I with a material that, after separation, will in principle only be seen in the lower phase. The liquid in the upstream microcavity can be centrifugally fractionated into a high density lower phase and a low density upper phase. This method aspect of unit D further comprises further processing the upper fraction transported downstream, eg by mixing for dilution, mixing with a reactant containing another fraction, an enzyme assay protocol, affinity Performing a biological reaction included in an assay protocol such as an assay protocol. These assay protocols may involve heterozygous assay protocols, homogeneous non-competitive assay protocols such as sandwich assays, heterogeneous competitive assay protocols, and related homogenous reactions and assay protocols. By performing these assay protocols, characterization of uncharacterized entities in the sample can be performed, for example, quantitative or qualitative determination of the total amount of analyte.
F. 検出ユニット
ユニットFは、検出マイクロキャビティ(49)が内蔵されたマイクロチャンネル構造の一部である。検出マイクロキャビティの上流方向には、液体(35)を検出マイクロキャビティ(49)へ搬送するための流入マイクロ管(搬送マイクロ管)が取り付けられている。検出マイクロキャビティは、検出マイクロキャビティ(49)の上流にある検出マイクロキャビティ内または反応マイクロキャビティ(20)内で起こった反応結果の検出に使用される。マイクロキャビティ間での、およびこれを介した液体の搬送には遠心力を使用している。この特徴特性では、検出マイクロキャビティ(49)は検出マイクロ管を備えており、検出マイクロ管は入口部分(36)、出口部分(32)、さらにこれらの間の上向きまたは下向き蛇行部(39)を設けている。
F. Detection unit Unit F is part of a microchannel structure with a built-in detection microcavity (49). An inflow micro tube (transport micro tube) for transporting the liquid (35) to the detection micro cavity (49) is attached in the upstream direction of the detection micro cavity. The detection microcavity is used to detect reaction results that occur in the detection microcavity upstream of the detection microcavity (49) or in the reaction microcavity (20). Centrifugal force is used to transport liquid between and through the microcavities. In this feature, the detection microcavity (49) comprises a detection microtube, which has an inlet portion (36), an outlet portion (32), and an upward or downward meandering portion (39) between them. Provided.
図4に蛇行マイクロ管(39)を示す。蛇行マイクロ管は複数の連続リターン(r1、r2、r3、r4、r5、r6、r7、r8...)を備えており、さらに、蛇行部分に沿って隣接した2つの連続リターン(r1、r2;r2、r3;r3、r4;r4、r5...)の間に中間区間(r1−2、r2−3、r3−4、r4−5、r5−6、r6−7、r7−8)を備えている。リターンと中間区間の縦位置は蛇行部分の縦方向(蛇行部分の主流方向)に向かって増加し、一方、リターンの横位置は緯度方向中心周囲で交互に配置されており、これは2つまたはこれ以上の連続リターンを備えた蛇行部の全体または一部において共通している。2つおきの中間区間内における流れ方向(=区間の方向)(r1−2、r3−4、r5−6、r7−8、...またはr2−3、r4−5、r6−7、r8−9...)は左方向または右方向のいずれかであり、一方、連続した2つの中間区間の各対(r1−2、r2−3;r2−3、r3−4;r3−4、r4−5;...)では、第1区間内における流れの方向は左方向または右方向であり、第2区間内における流れの方向はこれと反対(中間区間の交互の横方向)である。右左は蛇行部の主方向に対するものである。 FIG. 4 shows a meandering microtube (39). The serpentine microtube has a plurality of continuous returns (r 1 , r 2 , r 3 , r 4 , r 5 , r 6 , r 7 , r 8 ...) and is adjacent along the serpentine portion Between two consecutive returns (r 1 , r 2 ; r 2 , r 3 ; r 3 , r 4 ; r 4 , r 5 ...), an intermediate interval (r 1-2 , r 2-3 , r 3 -4 , r 4-5 , r 5-6 , r 6-7 , r 7-8 ). The vertical position of the return and the intermediate section increases in the vertical direction of the meandering part (mainstream direction of the meandering part), while the horizontal position of the return is alternately arranged around the center of the latitudinal direction. It is common to all or a part of the meandering portion having more continuous returns. Flow direction (= direction of section) in every second intermediate section (r 1-2 , r 3-4 , r 5-6 , r 7-8 ,... Or r 2-3 , r 4-5 , R 6-7 , r 8-9 ...) are either left or right, while each pair of two consecutive intermediate intervals (r 1-2 , r 2-3 ; r 2 -3 , r 3-4 ; r 3-4 , r 4-5 ; ...), the flow direction in the first section is the left direction or the right direction, and the flow direction in the second section is This is the opposite (alternating horizontal direction of the intermediate section). The right and left are for the main direction of the meandering part.
遠心力ベースのシステムにおいて、下向きおよび上向きの蛇行部とは、蛇行部を通る流れの主方向が、遠心力に向かう成分または遠心力に沿った成分のそれぞれを含んでいることを意味する。換言すれば、第1リターンは下向き蛇行部の最終リターンよりも高い位置にあり、上向き蛇行部の場合はこの反対となる。好ましいケースでは、下向きおよび上向き蛇行部は垂直であってよく、これは、蛇行部の主方向(縦方向)が遠心力の方向と一致することを意味する。上向きの垂直蛇行部を図示した図4を参照できる。 In a centrifugal force-based system, downward and upward meander means that the main direction of flow through the meander includes a component toward or along the centrifugal force, respectively. In other words, the first return is higher than the final return of the downward meander, and vice versa for the upward meander. In a preferred case, the downward and upward meanders may be vertical, meaning that the main direction (longitudinal direction) of the meander coincides with the direction of the centrifugal force. Reference can be made to FIG. 4 illustrating an upward vertical meander.
優先権日付において、典型的な蛇行部は、上向き蛇行部の場合には145°≦γ≦225°の間隔にある角度γを遠心力と共に形成し、下向きの蛇行の場合には−45°≦γ≦45°の間隔にある角度γを形成する主流方向を設けている。垂直上向き蛇行部と垂直下向き蛇行部(γはそれぞれ180°、0°)に関連し、主に上向き蛇行部が好ましいが、これは上向き蛇行部が小型のマイクロチャンネル構造を容易に製造し易いためである。これについては図2、図4を比較できる。 On the priority date, a typical meandering part forms an angle γ with an interval of 145 ° ≦ γ ≦ 225 ° in the case of upward meandering with centrifugal force, and −45 ° ≦ in the case of downward meandering A main flow direction forming an angle γ having an interval of γ ≦ 45 ° is provided. In relation to the vertical upward meandering portion and the vertical downward meandering portion (γ is 180 ° and 0 °, respectively), the upward meandering portion is mainly preferable, because the upward meandering portion easily manufactures a small microchannel structure. It is. In this regard, FIG. 2 and FIG. 4 can be compared.
好ましい変形例では、蛇行部は2つ、3つ、4つ、5つまたはこれ以上のリターンを備えている。リターンの上限は異なっていてもよいが、典型的には≦50、例えば≦25または≦10である。 In a preferred variant, the meander has two, three, four, five or more returns. The upper limit of the return may vary, but is typically ≦ 50, for example ≦ 25 or ≦ 10.
革新的な蛇行部の典型的な変形例では、それぞれの中間区間は伸張部を含み、この伸張部は別の区間の対応する伸張部と平行している。好ましい変形例ではこの平行関係は2つの区間ごとに生じており、さらに、図4に示すように各区間に平行関係が生じることが絶対的に好ましい。 In a typical variant of the innovative meander, each intermediate section includes an extension, which is parallel to the corresponding extension of another section. In a preferred modification, this parallel relationship occurs every two intervals, and it is absolutely preferable that a parallel relationship occurs in each interval as shown in FIG.
上向き方向の蛇行部では、連続リターン(r1、r2、r3、r4、r5、r6、r7、r8...)の2つ毎のリターン(r1、r3、r5、r7、...またはr2、r4、r6、r8...)、例えば各連続リターン(r1、r2、r3、r4、r5、r6、r7、r8...)の高さ位置(=縦位置)は、流れ方向に従って増加している。下向き方向の蛇行部では、高さ位置は、リターンの対応する組み合わせの流れ方向に従って減少している。これらのうち最も単純な変形例では、蛇行部に沿った増加/減少は、連続リターンの任意の対(r1、r2;r2、r3;r3、r4;r4、r5...)における第1リターンと第2リターンの間、あるいは、連続リターンの任意の3つ組(r1、r2、r3;r2、r3、r4;r3、r4、r5...)における第1リターンと第3リターンの間で一定である。
The meandering portion of the upward direction, the
検出マイクロキャビティ(49)は、2つまたはこれ以上の直列結合した同形状または異なる形状の、2つまたはこれ以上の蛇行部(図示せず)であってもよい。したがって、検出マイクロ管は3つ、4つまたはこれ以上の蛇行部を備えていてよく、この場合、これら蛇行部の上流蛇行部の下流端部は、これに最も近い下流蛇行部の上流端部と液体連通した状態にある。この液体連通は、結合マイクロ管部分を介している。隣り合った2つの蛇行部の縦方向は、例えば一方は下向きで他方は上向きというように異なっているか、あるいはこの反対であってもよい。このタイプの検出マイクロキャビティの場合、1つ、2つまたはこれ以上、あるいは全ての追加の蛇行部は典型的に下向きまたは上向きである。 The detection microcavity (49) may be two or more serpentine portions (not shown) of two or more series-coupled identical or different shapes. Thus, the detection microtube may comprise three, four or more meanders, in which case the downstream end of the upstream meander of these meanders is the upstream end of the nearest downstream meander And is in fluid communication. This liquid communication is via a coupled microtube section. The longitudinal directions of two adjacent meandering portions may be different, for example, one is downward and the other is upward, or vice versa. For this type of detection microcavity, one, two or more, or all additional meanders are typically downward or upward.
検出マイクロキャビティ(49)は、反応結果を表す信号を検出できるセンサ(図示せず)と関連しているか、あるいは関連することが可能である。このセンサは、例えば蛍光法や化学発光法(生化学発光法、熱量測定法、比濁法、吸光度、その他を含む)のような分光法、熱量測定法、伝導測定法その他に基づいていてもよい。一般に、利用する感知原理は、検出マイクロ管の内壁と検出マイクロキャビティにおける装置外面との間の材料と適合する。これは、例えば、検出マイクロキャビティに関連した検出器(センサ)が信号を検出ために、透明または半透明な材料で構成することで得られる。したがって、この材料は、熱、および/またはUV範囲、IR範囲、および/または可視範囲内の放射線のために透明または半透明であってもよい。また、多くの場合、材料はプラスチック材料であってもよい。 The detection microcavity (49) is or can be associated with a sensor (not shown) that can detect a signal representative of the reaction result. This sensor may be based on spectroscopic methods such as fluorescence or chemiluminescence (including biochemiluminescence, calorimetry, turbidimetry, absorbance, etc.), calorimetry, conductivity measurement, etc. Good. In general, the sensing principle utilized is compatible with the material between the inner wall of the detection microtube and the outer surface of the device in the detection microcavity. This can be obtained, for example, by configuring the detector (sensor) associated with the detection microcavity with a transparent or translucent material in order to detect the signal. Thus, this material may be transparent or translucent for heat and / or radiation in the UV, IR, and / or visible range. In many cases, the material may be a plastic material.
検出マイクロキャビティ(49)の上流、また、検出マイクロキャブティ(49)と反応マイクロキャビティ(20)の間の、例えば検出マイクロキャビティ内の測定によって反応が監視される部分に、正確な処理を行い、および/または検出マイクロキャビティに入る前の液体を搬送するための様々な機能を設けることができる。したがって、a)検出マイクロキャビティに危害を及ぼす可能性のある液体分別部分が検出マイクロキャビティを通過することを防止するルーティング機能、b)液体から妨害物質を中和させる試薬を備えた反応室、b)停止/流動弁、c)反応マイクロキャビティを通過する液体の流れを妨げる流れ規制機能であってもよい。こうした多様な機能はこの分野で周知の機能であり、また、本明細書中でも説明または参照している。革新的なユニットにおける停止/流動弁の主な機能と、流れ規制機能とは、反応物間の適切な反応、および/または、マイクロチャンネル構造の上流部分と検出マイクロキャビティの間の搬送を含む他の処置間の適切な反応を安定させるためのものである。好ましい弁は、毛管弁のような非閉鎖弁である。流れ規制機能には、反応マイクロキャビティ内に配置された多孔床、膜、その他が含まれる。さらに、反応マイクロキャビティの下流にある狭くおよび/または長いマイクロ管も十分な流れ規制として機能する。流れ規制機能の内面は、多孔床と類似の方法で、所望の反応物(1つ以上)内で使用する1つ以上の不動化した反応物に対して固体相として機能することができる。この所望の反応物には、例えば、規制マイクロ管または多孔床の内面、膜、プラグ、その他がある。上で参照したタイプの固体相は、反応マイクロキャビティ(20)の一部であることが好ましい。 Perform precise processing upstream of the detection microcavity (49) and between the detection microcavity (49) and the reaction microcavity (20), for example, where the reaction is monitored by measurements in the detection microcavity. And / or various functions may be provided for transporting the liquid prior to entering the detection microcavity. Thus, a) a routing function that prevents liquid fractions that could harm the detection microcavity from passing through the detection microcavity, b) a reaction chamber with a reagent that neutralizes interfering substances from the liquid, b It may be a stop / flow valve, c) a flow restriction function that prevents the flow of liquid through the reaction microcavity. These various functions are well known in the art and are also described or referenced herein. The main function of the stop / flow valve in the innovative unit and the flow regulation function are other including proper reaction between reactants and / or transport between the upstream part of the microchannel structure and the detection microcavity In order to stabilize the appropriate response between treatments. A preferred valve is a non-closed valve such as a capillary valve. Flow control functions include perforated beds, membranes, etc. disposed within the reaction microcavity. In addition, narrow and / or long microtubes downstream of the reaction microcavity also serve as sufficient flow regulation. The inner surface of the flow restricting function can function as a solid phase for one or more immobilized reactants used within the desired reactant (s) in a manner similar to a porous bed. This desired reactant includes, for example, a regulated microtube or the inner surface of a porous bed, a membrane, a plug, and the like. The solid phase of the type referred to above is preferably part of the reaction microcavity (20).
毛管弁のような非閉鎖弁については、背景技術、マイクロ流体装置の概略、本明細書のこれらの部分で参照した刊行物の下で説明している。とりわけ、国際公開公報第02075312号(ジャイロスAB)、国際公開公報第03024598号(ジャイロスAB)には、様々な流れ規制手段または機能が挙げられている。 Non-closed valves such as capillary valves are described under the background art, an overview of microfluidic devices, and publications referenced in these portions of the specification. In particular, International Publication No. 02075312 (Gyros AB) and International Publication No. 030259898 (Gyros AB) list various flow regulating means or functions.
検出マイクロキャビティの上流にあるマイクロキャビティ(20)は、様々な幾何学的形状をしていてもよい。断面寸法が変化しない、あるいは拡大部分(マイクロキャビティ)を設けた非分岐型のマイクロ管であってもよい。これは混合マイクロキャビティ、反応マイクロキャビティ、その他であってよく、あるいは、希釈を含む、マイクロキャビティ内の同量または異なる容量の2種またはこれ以上の液体分別部分の混合を行うための1つ、2つまたはこれ以上の液体入口を含んでいてもよい。少なくとも1つの分別部分は、反応/検出マイクロキャビティ(20/49)内で起こる反応(1つ以上)に使用される1つ以上の反応物を含有している。上流において、マイクロキャビティ(20)の各液体入口は、入口ポートを備えた容量画定ユニットを、恐らくは入口配列内の1つ以上のマイクロ管用の容量画定ユニットを間に挟んで、液体入口配列に直接または間接的に結合している。例えば、国際公開公報第02074438号(ジャイロスAB)、国際公開公報第03018198号(ジャイロスAB)を参照できる。 The microcavity (20) upstream of the detection microcavity may have various geometric shapes. The cross-sectional dimension may not change, or a non-branching type micro tube provided with an enlarged portion (micro cavity) may be used. This may be a mixing microcavity, a reaction microcavity, etc., or one for mixing two or more liquid fractions of the same or different volumes in the microcavity, including dilution, Two or more liquid inlets may be included. At least one fractionation portion contains one or more reactants used for the reaction (s) occurring within the reaction / detection microcavity (20/49). Upstream, each liquid inlet of the microcavity (20) is directly connected to the liquid inlet array with a volume defining unit with an inlet port, possibly interposing a volume defining unit for one or more microtubes in the inlet array. Or indirectly. For example, International Publication No. 02074438 (Gyros AB) and International Publication No. 03018198 (Gyros AB) can be referred to.
ユニットFは、マイクロ流体装置のマイクロチャンネル構造に見られ、回転軸周囲で回転して遠心力を作り出す。この遠心力は、液体をマイクロチャンネル構造の上流部分から検出キャビティ内を通って移動させる際に補助となる。この搬送は、主に、回転よって作り出された遠心力、および/または、回転中にマイクロチャンネル構造内に蓄積した静水圧、および/または毛管力(自己吸引)によって起こる。これについてはマイクロ流体装置の概略を参照できる。 Unit F is found in the microchannel structure of the microfluidic device and rotates around the axis of rotation to create centrifugal force. This centrifugal force assists in moving the liquid from the upstream portion of the microchannel structure through the detection cavity. This transport is mainly caused by the centrifugal force created by the rotation and / or the hydrostatic pressure accumulated in the microchannel structure during the rotation and / or the capillary force (self-suction). For this, the outline of the microfluidic device can be referred to.
ユニットFの本発明による部分はさらに、検出マイクロキャビティ(49)内、および/または、同一のマイクロチャンネル構造(2)内の検出マイクロキャビティの上流にある反応マイクロキャビティ(20)内で生じた反応の結果を溶液内で検出する方法を備えている。この方法は、
a) ユニットFを装備したマイクロチャンネル構造を備えたマイクロ流体装置を提供するステップを備え、
b) 検出に必要な液体Iを検出マイクロキャビティ内へ搬送するステップをさらに備え、この搬送には、搬送に使用する遠心力を作り出すための装置の回転が含まれ、
c) 検出マイクロキャビティ内で上記結果を検出するステップをさらに備える。
The part according to the invention of the unit F can further comprise reactions occurring in the detection microcavity (49) and / or in the reaction microcavity (20) upstream of the detection microcavity in the same microchannel structure (2). The method of detecting in the solution is provided. This method
a) providing a microfluidic device with a microchannel structure equipped with unit F;
b) further comprising the step of transporting the liquid I required for detection into the detection microcavity, which includes rotation of the device to create a centrifugal force used for transport;
c) further comprising detecting the result in a detection microcavity.
好ましい変形例では、反応は処理プロトコルの一部であり、検出マイクロキャビティの蛇行部は、ステップ(iii)以前に液体IIを収容している。ステップ(iii)では、液体Iが液体IIに交換されるが、一般にこれらは相互に混合することはない。 In a preferred variant, the reaction is part of the processing protocol and the serpentine portion of the detection microcavity contains liquid II prior to step (iii). In step (iii), liquid I is exchanged for liquid II, but generally they do not mix with each other.
マイクロ流体装置の概略
マイクロ流体装置は、1つ、2つまたはこれ以上のマイクロチャンネル構造を備えた装置であり、これの内部において、例えば分析対象物質、試薬、生成物、サンプル、緩衝剤および/またはその他を含む多様な反応物を含有した、μl範囲内、一般にはナノリットル(nl)範囲内の1つ以上の液体分別部分の処理を行う。各マイクロチャンネル構造は、マイクロ流体装置内で行われるべき実験を実行するのに必要な機能を全て備えている。μl範囲内の液体分別部分の容量は≦1000μlであり、例えば≦100μlまたは≦10μlであってよく、5000nlの上端を設けたnl範囲を含んでいる。この上端は、多くの場合、≦1000nlの容量、例えば≦500nl、≦100nlに関連している。nl範囲はピコリットル(pl)範囲を含む。マイクロチャンネル構造は、断面寸法が≦103μm、好ましくは≦5×102μm、例えば≦102μmである、1つ以上のキャビティおよび/またはキャビティを備えている。
Overview of microfluidic device A microfluidic device is a device with one, two or more microchannel structures in which, for example, analytes, reagents, products, samples, buffers and / or Treatment of one or more liquid fractions in the μl range, typically in the nanoliter (nl) range, containing various reactants, including others. Each microchannel structure has all the functions necessary to perform an experiment to be performed in a microfluidic device. The volume of the liquid fraction in the μl range is ≦ 1000 μl, for example ≦ 100 μl or ≦ 10 μl, including the nl range with an upper end of 5000 nl. This upper end is often associated with a capacity of ≦ 1000 nl, for example ≦ 500 nl, ≦ 100 nl. The nl range includes the picoliter (pl) range. The microchannel structure comprises one or more cavities and / or cavities having a cross-sectional dimension of ≦ 10 3 μm, preferably ≦ 5 × 10 2 μm, for example ≦ 10 2 μm.
そのため、マイクロチャンネル構造は、以下から選択した1つ、2つ、3つまたはこれ以上の機能部分を備えていてもよい:
a) 例えば1つ以上の入口ポート/入口開口部を、可能であれば容量測定マイクロキャビティと共に備えた入口配列、
b) 液体搬送用のマイクロ管、
c) 反応マイクロキャビティ/ユニット、
d) 例えば本明細書中の他の部分で説明したマイクロキャビティを備える混合ユニット、
e) 液体から微粒子物質を分離させるマイクロキャビティ用のユニット、
f) 例えば毛管電気泳動法、クロマトグラフィ、その他によって、サンプル中の溶解、分散/懸濁した成分を互いに分離させるユニット、
g) 検出マイクロキャビティ/ユニット、
h) 廃棄物用コンデュイット/マイクロキャビティ/ユニット、
i) 弁、
j) 周囲の空気内に開口した換気部、
k) 抗ウィッキング機能
l) 液体誘導機能、その他。
Thus, the microchannel structure may comprise one, two, three or more functional parts selected from:
a) an inlet arrangement comprising, for example, one or more inlet ports / inlet openings, possibly with volumetric microcavities;
b) Micro tube for liquid transport,
c) Reaction microcavity / unit,
d) a mixing unit comprising, for example, a microcavity as described elsewhere herein.
e) a microcavity unit for separating particulate matter from a liquid;
f) a unit that separates the dissolved, dispersed / suspended components in the sample from each other, eg by capillary electrophoresis, chromatography, etc.
g) Detection microcavity / unit,
h) Waste conduit / microcavity / unit,
i) valves,
j) Ventilation part opened in the surrounding air,
k) Anti-wicking function l) Liquid induction function, etc.
1つの機能部分は、以下のような2つまたはこれ以上の機能性を設けることができる:
1. 反応マイクロキャビティおよび検出マイクロキャビティが一致する。
A functional part can provide two or more functionalities such as:
1. The reaction microcavity and detection microcavity coincide.
2. 容量測定機能は1つ以上の弁機能、測定マイクロキャビティ、および/または抗ウィッキング機能を備えていてもよい。 2. The volume measurement function may comprise one or more valve functions, a measurement microcavity, and / or an anti-wicking function.
3. 反応マイクロキャビティは、1つ以上の弁機能、および/または抗ウィッキング機能を備えていてもよい。 3. The reaction microcavity may have one or more valve functions and / or anti-wicking functions.
4. 非濡れ表面破壊に基づく受動弁機能(毛管弁)は抗ウィッキング機能などを備えていてもよい。 4). The passive valve function (capillary valve) based on non-wetting surface destruction may have an anti-wicking function or the like.
本明細書中で説明した上流および下流マイクロキャビティのようなマイクロキャビティは、反応マイクロキャビティ、分離マイクロキャビティ、容量マイクロキャビティ、混合マイクロキャビティ、また例えば、流通を制御する流れ規制手段に関連した流通マイクロキャビティ、あるいはこれ以外の、上で挙げた間隔内から選択した容量を有する保持液体マイクロキャビティなどを含む。マイクロチャンネル構造内で濃縮を実施する前の分析対象物質、希釈液、洗浄液を含有した液体サンプルにはこれよりも大きな容量、例えば≧5μl、≧10μlのように≧1μlであるが、しかし例えば≦100μl、≦50μl、≦25μlのように≦1000μlが考えられる。そのため、これらの範囲を満たすより大容量のマイクロキャビティは、マイクロチャンネル構造の上流部分に配置され、一般に容量測定マイクロキャビティ、分析対象物質を含有したサンプルから微粒子を除去(分離)する分離マイクロキャビティ、分析対象物質を含有したサンプルを希釈液で希釈したり、試薬と混合するための混合マイクロキャビティ、希釈液収容および/または測定マイクロキャビティ、洗浄液収容および/または測定マイクロキャビティ、その他となる。試薬を含有したサンプルまたは液体分別部分の保持を目的としたマイクロキャビティは一般に容量が小さく、≦5μl、≦1μl、0.5μl、0.1μl、即ちnl範囲内である。 Microcavities, such as the upstream and downstream microcavities described herein, are reaction microcavities, separation microcavities, volumetric microcavities, mixing microcavities, and flow micros, eg, associated with flow restriction means that control flow. Cavities or other retained liquid microcavities having a capacity selected from the above-listed intervals. Larger volumes for liquid samples containing analytes, diluents, and washings prior to concentration in the microchannel structure, eg ≧ 5 μl, ≧ 1 μl, such as ≧ 10 μl, but for example ≦ ≦ 1000 μl is conceivable, such as 100 μl, ≦ 50 μl, ≦ 25 μl. Therefore, larger capacity microcavities that meet these ranges are located in the upstream portion of the microchannel structure and are generally volumetric microcavities, separation microcavities that remove (separate) particulates from samples containing analytes, The sample containing the analyte is diluted with a diluent, mixed with a reagent, mixed microcavity, diluted liquid storage and / or measurement microcavity, washed liquid storage and / or measurement microcavity, and the like. Microcavities aimed at holding reagents or sample fractions containing reagents are generally small in volume and are in the range ≦ 5 μl, ≦ 1 μl, 0.5 μl, 0.1 μl, ie nl.
革新的なユニットの部分、背景技術、本明細書のこの部分、国際公開公報第03018198号(ジャイロスAB)(保持マイクロキャビティ)などにおいて説明したマイクロキャビティは、原則的には、マイクロ管I(17)の入口端部(16)または出口端部(18)と直接または間接的に流体連通した革新的なマイクロ流体装置のマイクロチャンネル構造/ユニット内に設けられている。 The microcavity described in the innovative unit part, background art, this part of the specification, WO03018198 (Gyros AB) (holding microcavity), etc., in principle, is a microtube I (17 ) In the microchannel structure / unit of an innovative microfluidic device in direct or indirect fluid communication with the inlet end (16) or outlet end (18).
以下の出願では、ジャイロスAB/アメルシャム・ファーマシア・バイオテックABによってマイクロ流体装置内の多種の機能ユニットが説明されている:国際公開公報第9955827号、国際公開公報第9958245号、国際公開公報第02074438号、国際公開公報第0275312号、国際公開公報第03018198号、国際公開公報第03024598号など。さらに、以下の出願では、ティーカン/ガメラバイオサイエンスによって同様の機能ユニットが説明されている:国際公開公報第0187487号、国際公開公報第0187486号、国際公開公報第0079285号、国際公開公報第0078455号、国際公開公報第0069560号、国際公開公報第9807019号、国際公開公報第9853311号。 In the following applications, Gyros AB / Amersham Pharmacia Biotech AB describes various functional units in a microfluidic device: WO9955827, WO9958245, WO No. 0207438, International Publication No. 0275312, International Publication No. 03018198, International Publication No. 0302598, and the like. Further, in the following applications, similar functional units are described by Tecan / Gamera Bioscience: International Publication No. 0187487, International Publication No. 0187486, International Publication No. 0079285, International Publication No. 0078455. International Publication No. 0069560, International Publication No. 9807019, International Publication No. 9853311.
入口配列は、入口ポートと少なくとも1つの容量測定マイクロキャビティを備えている。マイクロチャンネル構造1つにつき別個の入口配列を1つ設けてもよい。また、装置の全てまたはサブセットのマイクロチャンネル構造に共通した入口配列を設けることもできる。この後者の配列は、共通の入口ポートと分配マニホルドを備えており、分配マニホルドは、サブセットの各マイクロチャンネル構造1つに付き容量測定マイクロキャビティを1つ設けている。これについては、例えば国際公開公報第02074438号(ジャイロスAB)、国際公開公報第03018198号(ジャイロスAB)、国際公開公報第03083108号(ジャイロスAB)、国際公開公報第2005094976号(ジャイロスAB)などを参照できる。容量測定マイクロキャビティは、例えば混合マイクロキャビティ、反応マイクロキャビティ、分離マイクロキャビティなどのような、関連するマイクロチャンネル構造の下流部分と連通している。共通の入口配列および/または共通の分配マニホルドによって結合されたマイクロチャンネル構造は、装置のマイクロチャンネル構造のサブセット/サブグループを画定する。 The inlet array includes an inlet port and at least one volumetric microcavity. One separate inlet array may be provided per microchannel structure. It is also possible to provide an inlet arrangement common to all or a subset of the microchannel structures of the device. This latter arrangement comprises a common inlet port and distribution manifold, which provides one volumetric microcavity for each microchannel structure in the subset. Regarding this, for example, International Publication No. 02074438 (Gyros AB), International Publication No. 03018198 (Gyros AB), International Publication No. 03083108 (Gyros AB), International Publication No. 2005094976 (Gyros AB) and the like. You can refer to it. The volumetric microcavity is in communication with a downstream portion of the associated microchannel structure, such as a mixing microcavity, a reaction microcavity, a separation microcavity, and the like. Microchannel structures joined by a common inlet arrangement and / or common distribution manifold define a subset / subgroup of the microchannel structures of the device.
いくつかの入口配列は、容量画定能力を設けず、入口ポートから分注された液体分別部分を初期収容するためのみに使用されるマイクロキャビティを含んでいる。 Some inlet arrangements include a microcavity that does not provide volume-defining capability and is used only to initially receive a liquid fraction dispensed from the inlet port.
上述した入口配列内のマイクロキャビティはU字型であり、また、回転軸から外方に向き、弁機能、一般には毛管弁に関連した液体出口を装備した下方部分を設けていてもよい。液体出口は、分注された分別部分を、入口配列が関連しているマイクロチャンネル構造の下流部分へ搬送するために使用できる。これについては例えば国際公開公報第0146465号(ジャイロスAB)を参照できる。 The microcavities in the inlet array described above are U-shaped and may be provided with a lower portion that faces outward from the axis of rotation and is equipped with a valve function, generally a liquid outlet associated with a capillary valve. The liquid outlet can be used to transport the dispensed fraction into the downstream portion of the microchannel structure to which the inlet array is associated. For example, International Publication No. 0146465 (Gyros AB) can be referred to.
マイクロキャビティ、例えば容量測定マイクロキャビティ、混合マイクロキャビティ、反応マイクロキャビティなどは、対象のマイクロキャビティから排出された液体からの流れの逸脱を制御する弁または流れ規制手段を有する。弁はこの位置においては受動であり、例えば、親水性表面と疎水性表面の間の境界(疎水性表面破壊)(国際公開公報第99058245号(アメルシャム・ファーマシア・バイオテックAB(Amersham Pharmacia Biotech AB)))のような、出口端部における化学表面特徴、および/または幾何学的/物理的表面特徴(国際公開公報第98007019号(ガメラ))の変化を利用する。疎水性表面破壊に基づいた好ましい弁については、国際公開公報第02074438号(ジャイロスAB)、国際公開公報第04103890号(ジャイロスAB)、国際公開公報第04103891号(ジャイロスAB)も参照できる。流れ規制手段は多孔床、膜、その他の形態、あるいは、比較的長く狭いマイクロ管(規制マイクロ管)の形態であってもよい。これについては例えば国際公開公報第02075312号(ジャイロスAB)、国際公開公報第03024598号を参照できる。 A microcavity, such as a volumetric microcavity, a mixing microcavity, a reaction microcavity, etc., has a valve or flow regulating means that controls the flow deviation from the liquid discharged from the microcavity of interest. The valve is passive in this position, for example, the boundary between hydrophilic and hydrophobic surfaces (hydrophobic surface disruption) (WO 99585245 (Amersham Pharmacia Biotech AB). Utilizing changes in the chemical and / or geometric / physical surface characteristics (WO 98007019 (Gamera)) at the exit end, such as))). For preferred valves based on hydrophobic surface destruction, reference can also be made to WO 020774438 (Gyros AB), WO 04103890 (Gyros AB), and WO 04103891 (Gyros AB). The flow regulating means may be in the form of a porous bed, a membrane, other forms, or a relatively long and narrow microtube (regulated microtube). For this, reference can be made, for example, to International Publication No. 02075312 (Gyros AB) and International Publication No. 03025982.
また、国際公開公報第02075775号(ジャイロスAB)、国際公開公報第02075776号(ジャイロスAB)も参照できる。 Reference can also be made to International Publication No. 02057775 (Gyros AB) and International Publication No. 02075776 (Gyros AB).
マイクロ流体装置はまた、異なるマイクロチャンネル構造を接続する、上記以外の共通のマイクロチャンネル/マイクロ管を備えていてもよい。入口ポート、出口ポート、通気部、その他といった様々な部品を含んだ共通のチャンネル/コンデュイットは、これらが共通する各機械構造の一部として考慮される。 The microfluidic device may also include other common microchannels / microtubes that connect different microchannel structures. A common channel / conduit containing various parts such as inlet ports, outlet ports, vents, etc. is considered as part of each mechanical structure with which they are common.
各マイクロチャンネル構造は、液体用の少なくとも1つの入口開口部と、過剰な空気、および恐らくはさらに過剰な液体を排出するための少なくとも1つの出口開口部を設けている。 Each microchannel structure is provided with at least one inlet opening for liquid and at least one outlet opening for exhausting excess air and possibly even excess liquid.
マイクロチャンネル構造/装置の数は一般に≧10、例えば≧25、≧90、≧180、≧270、≧360である。装置上のマイクロ機械構造の少なくとも1つ、好ましくは2つまたはこれ以上、例えば全てまたはサブセットは、本明細書中の少なくとも1つの革新的ユニットを含んでいる。 The number of microchannel structures / devices is generally ≧ 10, for example ≧ 25, ≧ 90, ≧ 180, ≧ 270, ≧ 360. At least one, preferably two or more, eg all or a subset of the micromechanical structures on the device comprise at least one innovative unit herein.
マイクロ機械構造のサブグループは、例えば4〜25個のマイクロチャンネル構造に共通する共通入口配列のような共通の機能によって結合したマイクロチャンネル構造を備えている。こうしたサブグループの全てのマイクロチャンネル構造は、本質的に、本発明による(ユニットA〜Fより選択された)同一のユニット(1つ以上)を含んでいる。こうしたサブグループ内のマイクロチャンネル構造は一般に機能的に同等である。即ち、これらは、少なくとも発生する革新的ユニット(1つ以上)に関連して時間的に平行な方法で使用される。 A sub-group of micromechanical structures comprises microchannel structures connected by a common function, such as a common inlet array common to 4-25 microchannel structures, for example. All microchannel structures of these subgroups essentially contain identical units (one or more) according to the invention (selected from units AF). The microchannel structures within these subgroups are generally functionally equivalent. That is, they are used in a time-parallel manner in connection with at least the innovative unit (s) that occur.
異なる原理を利用して、マイクロ流体装置/マイクロチャンネル構造内の、上述した1つ以上の機能部分の間で液体を搬送することもできる。 Different principles can be utilized to transport liquid between one or more of the functional parts described above in a microfluidic device / microchannel structure.
例えば以降の段落で説明するようにディスクを回転させて発生した惰性力を利用することができる。これ以外の有効な力には動電力、また、毛管力や静水圧などのような非動電力がある。 For example, as described in the following paragraphs, inertial force generated by rotating the disk can be used. Other effective forces include electromotive force and non-electromotive force such as capillary force and hydrostatic pressure.
マイクロ流体装置は一般にディスク形状をしている。好ましい形状は、ディスク平面に対して垂直、またはこれと一致する対称的(Cn)な軸を設けている。前者のケースでは、nは整数≧2、3、4、5であり、好ましくは∞(C∞)である。後者のケースでは、nは2である。換言すれば、ディスクは四角形や、これ以外の多角形といった矩形であってもよい。また、ディスクは円形であってもよい。適切なディスク形状が選択されると、次に、例えば、ディスク平面に対して垂直または平行な回転軸の周囲で装置を回転させて発生させた遠心力を用いて、液体の流れを駆動する。この内容で用いている平行には、回転軸がディスク平面と一致することも含まれる。優先日において最も明白である変形例では、回転軸が上述の対称軸と一致する。国際公開公報第04050247号(ジャイロスAB)には、回転軸がディスク平面に対して垂直でない好ましい変形例が挙げられている。 Microfluidic devices are generally disk-shaped. The preferred shape is provided with a symmetrical (C n ) axis perpendicular to or coincident with the disk plane. In the former case, n is an integer ≧ 2, 3, 4, 5 and preferably ∞ (C ∞ ). In the latter case, n is 2. In other words, the disc may be a rectangle such as a rectangle or other polygons. The disc may be circular. Once an appropriate disc shape has been selected, the liquid flow is then driven, for example, using centrifugal force generated by rotating the device around an axis of rotation perpendicular or parallel to the disc plane. The term “parallel” used in this description includes that the rotation axis coincides with the disk plane. In the variant most apparent on the priority date, the axis of rotation coincides with the axis of symmetry described above. International Publication No. 040550247 (Gyros AB) gives a preferred variant in which the axis of rotation is not perpendicular to the disk plane.
好ましい遠心力ベースの変形例では、各マイクロチャンネル構造は、回転軸に関連して下流区間よりも短い半径距離にある上流区間を備えている。この回転軸周囲で装置を回転させることで、液体が、例えばユニットA〜Eのマイクロ管Iを介して上流区間から下流区間へ、あるいはユニットFの蛇行部内へ搬送される。 In a preferred centrifugal force-based variant, each microchannel structure comprises an upstream section that is at a shorter radial distance than the downstream section with respect to the axis of rotation. By rotating the device around the rotation axis, the liquid is conveyed from the upstream section to the downstream section or into the meandering section of the unit F, for example, via the micro tubes I of the units A to E.
好ましい装置は、従来のCDと類似したサイズと形状のディスク状であり、例えばサイズは、従来のCD半径(約12cm)の10〜300%であるCD半径に関連している。ディスクの上方および/下方側部は平坦または非平坦であってもよい。 A preferred device is a disk of similar size and shape as a conventional CD, for example, the size is related to a CD radius that is 10-300% of the conventional CD radius (about 12 cm). The upper and / or lower side of the disc may be flat or non-flat.
マイクロチャンネル構造、またはこれの部品、例えばユニットA〜Eのマイクロ管IやユニットFの蛇行部は、ユニットA〜Eのマイクロ管Iの少なくとも一部、またはユニットFの蛇行部の少なくとも一部を画定する露出したマイクロ構造を呈した本質的に平坦な基板表面と、これとは別の、マイクロ管Iの残りの部分や蛇行部の残りの部分を呈した本質的に平坦な基板表面とによって製造されることが好ましい。被覆された形態のマイクロ管またはこれの一部、あるいは被覆された形態の蛇行部分またはこれの一部は、2つの基板表面を並列させて所望の構造を画定することで得られる。これについては例えば、国際公開公報第91016966号(ファーマシア・バイオテックAB(Pharmacia Biotech AB))、国際公開公報第01054810号(ジャイロスAB)、国際公開公報第4050247号(ジャイロスAB)、国際公開公報第03055790号(ジャイロスAB)などを比較できる。両基板とも、例えばプラスチック重合体材料のようなプラスチック材料で製造することが好ましい。 The microchannel structure, or a component thereof, for example, the microtube I of the units A to E or the meandering part of the unit F, at least part of the microtube I of the units A to E or at least part of the meandering part of the unit F By an essentially flat substrate surface presenting defining exposed microstructures and by another essentially planar substrate surface presenting the rest of the microtube I and the rest of the serpentine Preferably it is manufactured. The coated form of the microtube or part thereof, or the coated form of the serpentine part or part thereof is obtained by juxtaposing the two substrate surfaces in parallel to define the desired structure. For example, International Publication No. 91016966 (Pharmacia Biotech AB), International Publication No. 01054810 (Gyros AB), International Publication No. 40524747 (Gyros AB), International Publication No. No. 030557790 (Gyros AB) can be compared. Both substrates are preferably made of a plastic material such as a plastic polymer material.
内面のファウリング性および疎水性は、用途に応じてバランスを保つ必要がある。これについては、例えば国際公開公報第0147637号(ジャイロスAB)、国際公開公報第03086960号(ジャイロスAB)を参照できる。 The fouling property and hydrophobicity of the inner surface must be balanced according to the application. Regarding this, for example, International Publication No. 0147637 (Gyros AB) and International Publication No. 03086960 (Gyros AB) can be referred to.
内壁に関連した「濡れ性」、「非濡れ性」という用語は、内壁の内面に≦90°または≧90°の水接触角度をそれぞれ有したものを考慮する。異なる機能部分間での液体の効率的な搬送を促進するために、それぞれの部分の内面が、好ましくは接触角≦60°、例えば≦50°、≦40°、≦30°、≦20°を伴った濡れ性である必要がある。これらの濡れ性値は、マイクロ管少なくとも1つ、2つ、3つ、4つの内壁に適用される。例えば本質的に非濡れ性であるために、1つ以上の内壁の水接触角度がこれよりも大きい場合には、別の内壁(1つ以上)のこれよりも小さい水接触角度によって補正できる。特に入口配列における濡れ性は、内面が乾燥した状態において液体がキャビティ内に入り始めると、水性液体が毛管作用(自己吸引)によって目的のマイクロキャビティ/マイクロ管を充填できるように適合されるべきである。マイクロチャンネル構造内の親水性の内面は、親水性の内面における1つ以上の局所的な疎水性表面破壊を、例えば受動弁、抗ウィッキング機能、周囲の空気に開口した通気部としての通気限定機能、その他の一部として備えていてもよい。好ましい疎水性表面破壊については、国際公開公報第99058245号(ジャイロスAB)、国際公開公報第02074438号(ジャイロスAB)、国際公開公報第04103890号(ジャイロスAB)、国際公開公報第04103891号(ジャイロスAB)を参照できる。 The terms “wetting” and “non-wetting” in relation to the inner wall take into account those having a water contact angle of ≦ 90 ° or ≧ 90 ° respectively on the inner surface of the inner wall. In order to facilitate efficient transport of liquid between different functional parts, the inner surface of each part preferably has a contact angle ≦ 60 °, for example ≦ 50 °, ≦ 40 °, ≦ 30 °, ≦ 20 °. It must be accompanied by wettability. These wettability values apply to at least one, two, three, four inner walls of the microtube. For example, if the water contact angle of one or more inner walls is larger than this due to its inherent non-wetting properties, it can be compensated by a smaller water contact angle of another inner wall (one or more). In particular, the wettability at the inlet array should be adapted to allow the aqueous liquid to fill the desired microcavity / microtube by capillary action (self-suction) once the liquid begins to enter the cavity with the inner surface dried. is there. The hydrophilic inner surface within the microchannel structure can limit one or more local hydrophobic surface breaks in the hydrophilic inner surface, eg, a passive valve, an anti-wicking function, venting as a vent opening to the surrounding air It may be provided as a function or other part. Regarding preferred hydrophobic surface destruction, International Publication No. WO99958545 (Gyros AB), International Publication No. WO02074438 (Gyros AB), International Publication No. 04103890 (Gyros AB), International Publication No. 04103891 (Gyros AB). ) Can be referred to.
革新的なマイクロ流体装置、マイクロチャンネル構造およびユニットで処理した液体は一般に水性であり、1つ2つまたはこれ以上の水混和性または水非混和性の有機溶液を含有していてもよい水混和性溶液と混合した水を含有している。上記有機溶液には、低級アルコール(メタノール、エタノール、イソプロパノール、n−プロパノール、ブタノール、ペンタノール、その他、エチレングリコール、グリコール、その他の液体ポリアルコールなど)、N、N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、アクリロニトリル、ダイオキシン、さらに、ジオキサンやジメトキシエチレンのような低級アクリルポリエステルなどが含まれる。プラスチック材料を被処理液体混合する際には、装置が被処理液体によって溶解、変形、あるいは破壊しないよう相当に注意する。 Liquids treated with innovative microfluidic devices, microchannel structures and units are generally aqueous and water miscible, which may contain one, two or more water miscible or water immiscible organic solutions Contains water mixed with a neutral solution. The above organic solutions include lower alcohols (methanol, ethanol, isopropanol, n-propanol, butanol, pentanol, etc., ethylene glycol, glycol, other liquid polyalcohols, etc.), N, N-dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, acrylonitrile. , Dioxins, and lower acrylic polyesters such as dioxane and dimethoxyethylene. When mixing the plastic material to be treated, considerable care is taken that the apparatus is not dissolved, deformed or destroyed by the liquid to be treated.
革新的なユニット、マイクロチャンネル構造、マイクロ流体装置は、生命科学を用いた検定、例えば免疫検定や核酸検定などのような受容体リガンド検定、酵素検定、細胞ベースの検定などに使用できる。こうしたタイプの検定の典型的な変形例が国際公開公報第9955827号、国際公開公報第0040750号、国際公開公報第02075312号、国際公開公報第03093802号、国際公開公報第2004083108号、国際公開公報第2004083109号、国際公開公報第2004106926号、国際公開公報第2006009506号、PCT/SE2005/001887(2006年12月12日付けのUS SN11「マイクロ流体検定およびマイクロ流体装置」に関連)、PCT/SE2006/000071、PCT/SE2006/000072など(全てジャイロスAB/Gyros Patent AB)に説明されている。これらの全体は参照により本明細書に組み込まれる。 Innovative units, microchannel structures, and microfluidic devices can be used in life science assays such as receptor ligand assays such as immunoassays and nucleic acid assays, enzyme assays, cell-based assays, and the like. Typical variations of these types of tests are: International Publication No. 9955827, International Publication No. 0040750, International Publication No. 02075312, International Publication No. 03098022, International Publication No. 20040883108, International Publication No. 2004083109, International Publication No. 2004016926, International Publication No. 20066009506, PCT / SE2005 / 001887 (related to US SN11 “Microfluidic Assay and Microfluidic Device” dated December 12, 2006), PCT / SE2006 / 000071, PCT / SE2006 / 000072, etc. (all are Gyros AB / Gyros Patent AB). All of which are incorporated herein by reference.
実験部分
使用される装置
図面は、ユニットA〜Fの機能を全て備えたマイクロチャンネル構造を図示している。この構造は、全血からプラズマを収集するために使用されてきた。
Experimental Part Equipment Used The drawing illustrates a microchannel structure with all the functions of units A-F. This structure has been used to collect plasma from whole blood.
図1に示す装置(1)の正常なサイズは、直径12cmの従来のCDと同じである。図1中のサイズから、マイクロチャンネル構造の各部分の幅は、直径が12cmであるということを念頭におけば算出することができる。各部分の奥行は概して100μmであるが、特定の位置ではこれよりも狭いこともあり得る(例えば、packed微粒子の床(列)(33)、弁I(24)内のマイクロチャンネル(42))の形態をした、固体位相を保持するための二重奥行/バリア)。装置(1)は、27のマイクロチャンネル構造(2)を有する。この装置は、装置の中心(3)を通る回転軸の周囲で回転するようになっている。 The normal size of the device (1) shown in FIG. 1 is the same as a conventional CD having a diameter of 12 cm. From the size in FIG. 1, the width of each part of the microchannel structure can be calculated with the diameter of 12 cm in mind. The depth of each part is generally 100 μm, but may be narrower at certain locations (eg, packed particulate bed (row) (33), microchannel (42) in valve I (24)). A double depth / barrier to preserve the solid phase). The device (1) has 27 microchannel structures (2). This device is adapted to rotate around a rotation axis that passes through the center (3) of the device.
この構造は、液体入口I(5)と液体出口I(6)を設けた上流マイクロキャビティI(4a+b)を備えている。液体入口I(5)は上流マイクロキャビティの頂部(7)にあり、液体出口I(6)は、上流マイクロキャビティの頂部(7)と底部(8)の間の中間位置にあり、上流マイクロキャビティを上方部分(4a)と下方部分(4b)に分割している。流入マイクロ管(8a)は、上流マイクロキャビティの頂部(7)における液体入口I(5)に接続している。流入マイクロ管(8a)は、上流マイクロキャビティ(4a+b)の頂部(7)の高さより上にある入口ポート(9)(=装置の表面に設けた開口部)から開始している。流入マイクロ管(8a)の、液体入口I(5)と同じ高さには、溢出開口部(10)が設けられている。溢出開口部(10)は、追加された余分な液体(溢出開口部よりも上に位置する液体)を溢出マイクロキャビティ(11a)内へ流下させる下向きの溢出マイクロ管(11)に接続している。溢出マイクロキャビティ(11a)は、装置(1)の表面に通気部(13)を設けている。上流マイクロキャビティ(4a+b)の下方/下流部分(4b)は、液体出口I(6)の高さよりも下において2つのU字型フィンガマイクロ導管(4b)に分割されている。各フィンガマイクロ管の下向き部分は、上方に屈曲(12)するまで狭く/先細り(角度β)している。各上向き部分(12)は、装置(1)表面の、液体入口I(5)の高さよりも上にあたる部分に設けた通気開口部(14)にて終端している。U字型で先細りしたフィンガマイクロ管の設計により、上流マイクロキャビティ(4a+b)の充填中における気泡の封じ込めが減少すると考えられる。非濡れ性表面範囲(15a)(例えば、フィンガ通気ユニットC)の形状をした弁/通気孔をフィンガマイクロ管内に配置することで、液体が装置(1)の表面に設けた通気開口部(13、14)から漏出する危険を最小化することができる。これらの弁/通気孔を液体出口I(6)の高さよりも下に配置すると、上流マイクロキャビティ(4a+b)の上方部分(4b)で実施される容量測定の制御度が高まる傾向にある。さらに、通気開口部(13、14)も入口ポート(9)と溢出開口部(10)液体入口I(5)よりも下に配置することができる。非濡れ性表面範囲(15b)(弁)も、これと類似の理由で、溢出マイクロ管(11)よりも下、例えば溢出マイクロキャビティ(11a)との接続部分に配置できる。 This structure comprises an upstream microcavity I (4a + b) provided with a liquid inlet I (5) and a liquid outlet I (6). The liquid inlet I (5) is at the top (7) of the upstream microcavity, and the liquid outlet I (6) is at an intermediate position between the top (7) and bottom (8) of the upstream microcavity, Is divided into an upper part (4a) and a lower part (4b). The inflow microtube (8a) is connected to the liquid inlet I (5) at the top (7) of the upstream microcavity. The inflow microtube (8a) starts from the inlet port (9) (= opening provided in the surface of the device) above the height of the top (7) of the upstream microcavity (4a + b). An overflow opening (10) is provided at the same height as the liquid inlet I (5) of the inflow microtube (8a). The overflow opening (10) is connected to a downward overflow microtube (11) that allows the added extra liquid (liquid located above the overflow opening) to flow into the overflow microcavity (11a). . The overflow microcavity (11a) is provided with a vent (13) on the surface of the device (1). The lower / downstream part (4b) of the upstream microcavity (4a + b) is divided into two U-shaped finger microconduits (4b) below the height of the liquid outlet I (6). The downward portion of each finger microtube is narrowed / tapered (angle β) until bent upward (12). Each upward portion (12) terminates at a vent opening (14) provided in a portion of the surface of the device (1) above the height of the liquid inlet I (5). It is believed that the U-shaped, tapered finger microtube design reduces bubble containment during filling of the upstream microcavity (4a + b). By placing a valve / vent in the finger microtube in the shape of a non-wetting surface area (15a) (eg, finger ventilation unit C), a liquid opening on the surface of the device (1) (13 , 14) can be minimized. Placing these valves / vents below the height of the liquid outlet I (6) tends to increase the degree of control of the volume measurement performed in the upper part (4b) of the upstream microcavity (4a + b). Furthermore, the vent openings (13, 14) can also be arranged below the inlet port (9) and the overflow opening (10) liquid inlet I (5). The non-wetting surface area (15b) (valve) can also be arranged below the overflow microtube (11), for example at the connection with the overflow microcavity (11a) for similar reasons.
上流マイクロキャビティの液体出口I(6)はマイクロ管(17)の入口端部(16)に接続している。このマイクロ管は、入口端部(16)よりもずっと高い位置(液体出口I(6)の高さ)にある出口端部(18)にて終端している。図示の構造では、この出口端部(18)は、下流マイクロキャビティII(20)の液体流入機能(19)にて開始し、同じ下流マイクロキャビティII(20)の液体入口II(21)にて終端する流路が関係した分岐または交差の一部である。マイクロ管I(17)の入口端部(16)は、出口端部(18)よりも高い位置にあり、上方先端(22)を設けた上向き屈曲部を有する。マイクロ管I(17)の上向き区間(23a)内には、図3に示したタイプのフィンガ弁(ユニットC)であることが好ましい毛管弁(24)が設けられている。装置の製造中に、マイクロ管I(17)内、特にこれの上向き区間(23a)内で毛管弁I(24)の位置を変えると、突破に必要な回転速度を簡単に変更することができる。毛管弁I(24)の下流に毛管弁I’(25)をさらに追加することで(非濡れ性表面破壊として)、本明細書中で述べた利点が得られる。上流マイクロキャビティ(4a+b)の頂部(7)の高さよりも上に上方先端(22)を配置し、頂部(7)の高さよりも下に毛管弁I(24)を配置すると、本明細書中の他の部分で述べたように、低密度の材料から高密度の材料を分離させ、それぞれを下方および上方位相に分ける利点が得られる。 The liquid outlet I (6) of the upstream microcavity is connected to the inlet end (16) of the microtube (17). The microtube terminates at the outlet end (18), which is much higher than the inlet end (16) (the height of the liquid outlet I (6)). In the structure shown, this outlet end (18) starts at the liquid inlet function (19) of the downstream microcavity II (20) and at the liquid inlet II (21) of the same downstream microcavity II (20). Part of a branch or intersection involving a terminating channel. The inlet end (16) of the microtube I (17) is at a higher position than the outlet end (18) and has an upward bend with an upper tip (22). A capillary valve (24), preferably a finger valve (unit C) of the type shown in FIG. 3, is provided in the upward section (23a) of the microtube I (17). If the position of the capillary valve I (24) is changed in the microtube I (17), especially in the upward section (23a) during the manufacture of the device, the rotational speed required for breakthrough can be easily changed. . The addition of a capillary valve I '(25) downstream of the capillary valve I (24) (as a non-wetting surface failure) provides the advantages described herein. If the upper tip (22) is placed above the height of the top (7) of the upstream microcavity (4a + b) and the capillary valve I (24) is placed below the height of the top (7), As described elsewhere, the advantage is obtained by separating the high density material from the low density material and separating each into a lower and upper phase.
下流マイクロキャビティII(20)は、図示にあるように、液体入口II(21)の他にも多数の液体入口II’、II’’、II’’’(25a、26、27)を設けることができる。これらのいくつかは(25a、27)、溢出マイクロキャビティ(30、31)にて終端する溢出マイクロ管(28、29)を含んだ容量画定ユニットを設けていてもよい。下流マイクロキャビティの液体出口II(32)に関連し、毛管弁を設けるか、または図示の構造の場合には、マイクロキャビティ(20)からの材料の排出を制御する手段を設けることができる。そのため、マイクロキャビティ(20)の下方部分を狭窄するバリア(33)を設け、粒子をこのバリア(33)に対して充填床(34)として微粒子固体位相の形態で収集することができる。 The downstream microcavity II (20) is provided with a number of liquid inlets II ′, II ″, II ′ ″ (25a, 26, 27) in addition to the liquid inlet II (21), as shown. Can do. Some of these (25a, 27) may be provided with a volume-defining unit including an overflow microtube (28, 29) terminating in an overflow microcavity (30, 31). In connection with the liquid outlet II (32) of the downstream microcavity, a capillary valve can be provided, or in the case of the illustrated arrangement, means can be provided to control the discharge of material from the microcavity (20). Therefore, a barrier (33) for constricting the lower part of the microcavity (20) is provided, and the particles can be collected in the form of a fine particle solid phase as a packed bed (34) with respect to this barrier (33).
下流マイクロキャビティII(20)の下流には、本発明のユニットF用に画定されたとおりの、検出マイクロキャビティへ続く搬送マイクロ管(35)を設けていてもよい。即ち、検出マイクロキャビティは入口部分(36)、出口部分(37)、蛇行部を画定するマイクロ管(39)を備えている。図に示すように、蛇行部は垂直上向き方向(40)、即ち蛇行部の縦方向に向いていてよく、また、蛇行部内の中間流れ方向は、実際には、蛇行部内の液体を上流へ移動させるために付加した遠心力(41)とは完全に反対の方向に向かう。蛇行部は、多数の連続リターン(r1、r2、r3、r4、r5、r6、r7、r8...)を有する。隣接したリターンの各対(r1、r2;r2、r3;r3、r4;r4、r5...)内には中間区間(r1−2、r2−3、r3−4、r4−5、r5−6、r6−7、r7−8...)が存在し、好ましい変形例では、これは、例えば各区間毎(r1−2、r2−3、r3−4、r4−5...)のように2区間毎(r1−2、r3−4、...)に類似性を示す。 A downstream microcavity II (20) may be provided with a transport microtube (35) leading to the detection microcavity, as defined for the unit F of the present invention. That is, the detection microcavity comprises an inlet portion (36), an outlet portion (37), and a microtube (39) defining a serpentine portion. As shown in the figure, the meandering portion may be oriented vertically upward (40), that is, in the longitudinal direction of the meandering portion, and the intermediate flow direction in the meandering portion actually moves the liquid in the meandering portion upstream. The direction is completely opposite to the centrifugal force (41) applied for the purpose. The serpentine has a number of continuous returns (r 1 , r 2 , r 3 , r 4 , r 5 , r 6 , r 7 , r 8 ...). Within each pair of adjacent returns (r 1 , r 2 ; r 2 , r 3 ; r 3 , r 4 ; r 4 , r 5 ...), an intermediate interval (r 1-2 , r 2-3 , r 3-4 , r 4-5 , r 5-6 , r 6-7 , r 7-8 ...), and in a preferred variant this is for example for each interval (r 1-2 , Similar to r 2-3 , r 3-4 , r 4-5 ...), every two sections (r 1-2 , r 3-4 ,...).
この装置は底部基板に蓋を取り付けて製造されており、この場合、マイクロチャンネル構造は射出成形によって複製されている(国際公開公報第01054810号(ジャイロスAB)。蓋を取り付ける前に、表面にプラズマ処理を施し(国際公開公報第0056808号(ジャイロスAB))、局所的に非濡れ性表面範囲を導入している(国際公開公報第99058245号、国際公開公報第04103891号(ジャイロスAB)。その後、内面を非イオン性の親水性ポリマーでコーティングしている(国際公開公報第01047637号(ジャイロスAB))。 This device is manufactured by attaching a lid to the bottom substrate, in which case the microchannel structure is duplicated by injection molding (WO 010554810 (Gyros AB)). Treatment (International Publication No. 0056808 (Gyros AB)) and introducing a non-wetting surface area locally (International Publication No. 99058245, International Publication No. 04103891 (Gyros AB)). The inner surface is coated with a nonionic hydrophilic polymer (International Publication No. 01047637 (Gyros AB)).
変形例A
分離マイクロキャビティ(4a+b)(ユニットE)を含んだマイクロチャンネル構造(2)を使用して、全血を無細胞系プラズマに分離する。全血を入口ポート(9)から、構造内の、溢出開口部(10)よりも上の高さにまで充填する。分離後に、プラズマが、フィンガ弁(24)(ユニットA〜C)が内蔵されたマイクロ管I(17)を通って列(34)にまで搬送される。マイクロ管I(17)の内部では、非濡れ性表面(44)がフィンガ弁(24)のマイクロチャンネル(42)を完全に被覆している。分離マイクロキャビティ(4a+b)の充填中に、血液の正面メニスカスが弁I(24)の下流端部にて停止する。
Modification A
The whole blood is separated into cell-free plasma using the microchannel structure (2) containing the separation microcavity (4a + b) (unit E). Whole blood is filled from the inlet port (9) to a height in the structure above the overflow opening (10). After separation, the plasma is conveyed to the row (34) through the microtube I (17) containing the finger valves (24) (units A to C). Inside the microtube I (17), the non-wetting surface (44) completely covers the microchannel (42) of the finger valve (24). During the filling of the separation microcavity (4a + b), the front meniscus of blood stops at the downstream end of valve I (24).
血液を分離するには、次の回転シーケンスを用いる:(i)1000rpm、30秒間、(ii)1500rpm、180秒間、(iii)4000rpm、4秒間、(iv)2000rpm、10秒間。 To separate blood, the following rotation sequence is used: (i) 1000 rpm, 30 seconds, (ii) 1500 rpm, 180 seconds, (iii) 4000 rpm, 4 seconds, (iv) 2000 rpm, 10 seconds.
ステップ(i)、(ii)はプラズマから赤血球と白血球を分離するために用いる。この場合、第1ステップはさらに、溢出マイクロ管(11)を作動させることで血液容量の画定を行う。ステップ(iii)は、マイクロ管I(17)内で、プラズマの無い細胞を毛管弁(24)を通って上方先端(22)、さらに下流マイクロキャビティ(反応マイクロキャビティ)(20)、列(34)へと搬送するために用い、最終ステップ(iv)は、上流マイクロキャビティ(4a+b)の上方部分(プラズマ室)(4b)を空にするために用いる。次に、細胞の無いプラズマをさらに処理するために列を通って回転させる。 Steps (i) and (ii) are used to separate red blood cells and white blood cells from the plasma. In this case, the first step further defines the blood volume by actuating the overflow microtube (11). In step (iii), in the microtube I (17), plasma-free cells are passed through the capillary valve (24) to the upper tip (22), and further to the downstream microcavity (reaction microcavity) (20), row (34). The final step (iv) is used to empty the upper part (plasma chamber) (4b) of the upstream microcavity (4a + b). The cell-free plasma is then rotated through the row for further processing.
変形例B
局所的な非濡れ性表面範囲(44b)を下方端部(45)にかけて、あるいはフィンガ/マイクロチャンネル(42)内に配置した場合、フィンガの上方端部(43)は完全に親水性のまま保たれ、液体の表面が弁の局所的な非濡れ性表面範囲を通過すると、毛管搬送され易くなる。この非濡れ性の位置決めにより、実際の(2相への)分離ステップの最中に、より高速の回転速度と重力が可能となるため、分離の効率性が向上する。例えば以下が可能になる:(i)2000rpm、10秒間、(ii)4000rpm、50秒間、(iii)9000rpm、15秒間、(iv)0rpm、15秒間、(v)2000rpm、10秒間。回転速度2000〜9000rpmを用いて、血液をプラズマ部分と細胞部分に分離する。回転速度9000rpmで、プラズマが弁(24)の親水性バリアを破壊する。しかし、プラズマは、回転速度がゼロに低減され、毛管力が排水チャンネル(マイクロ管I(17)の下流/下方区間)内に到着するまでは排水チャンネル内に入らない。その後、回転速度を2000rpmにまで上昇すると、排水チャンネルを満たしていた液体が駆動プラグを形成し、プラズマ室を空にする上で補助となる。
Modification B
If the local non-wetting surface area (44b) is placed over the lower end (45) or within the finger / microchannel (42), the upper end (43) of the finger remains completely hydrophilic. As the liquid surface passes through the local non-wetting surface area of the valve, it is more likely to be capillary transported. This non-wetting positioning improves the efficiency of the separation, since higher rotational speeds and gravity are possible during the actual (to two-phase) separation step. For example: (i) 2000 rpm, 10 seconds, (ii) 4000 rpm, 50 seconds, (iii) 9000 rpm, 15 seconds, (iv) 0 rpm, 15 seconds, (v) 2000 rpm, 10 seconds. Blood is separated into a plasma portion and a cell portion using a rotational speed of 2000 to 9000 rpm. At a rotational speed of 9000 rpm, the plasma breaks the hydrophilic barrier of the valve (24). However, the plasma does not enter the drainage channel until the rotational speed is reduced to zero and the capillary force arrives in the drainage channel (downstream / lower section of microtube I (17)). Thereafter, when the rotational speed is increased to 2000 rpm, the liquid filling the drainage channel forms a drive plug and assists in emptying the plasma chamber.
概説
本発明の特定の革新的態様は、添付の請求の範囲にてより詳細に定義されている。本発明とこれの利点について詳細に説明したが、添付の請求の範囲によって定義された本発明の精神および範囲から逸脱しない限り、様々な変更、代用、代替が可能であることが理解されるべきである。さらに、本願の範囲は、本明細書中で説明した処理、機械、製造、組成物、手段、方法、ステップの特定の実施形態に限定されるものではない。当業者が本発明の開示から容易に理解するように、ここで説明した関連の実施形態と実質的に同一の機能を実行できる、あるいは実質的に同一の結果を達成できる、既存の、または後に開発される処理、機械、製造、組成物、手段、方法、ステップを、本発明に従って利用することが可能である。したがって、添付の請求の範囲は、これの範囲内に処理、機械、製造、組成物、手段、方法、ステップを含むものとする。
Overview Certain innovative aspects of the invention are defined in more detail in the appended claims. Having described the invention and its advantages in detail, it should be understood that various changes, substitutions, and alternatives are possible without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It is. Further, the scope of the present application is not limited to the specific embodiments of processes, machines, manufacture, compositions, means, methods, and steps described herein. As those skilled in the art will readily appreciate from the disclosure of the present invention, existing or later that can perform substantially the same function or achieve substantially the same results as the related embodiments described herein. The developed processes, machines, manufacture, compositions, means, methods, steps can be utilized in accordance with the present invention. Accordingly, the appended claims are intended to include within their scope processes, machinery, manufacture, compositions of matter, means, methods, or steps.
Claims (13)
(a)マイクロチャンネル構造体(2)を含み、その内部に検出用マイクロキャビティ(49)があり、前記検出用マイクロキャビティは、液体を搬送するための入り口マイクロ管(35)(搬送マイクロ管)に上を向く方向に取り付けられており、前記検出用マイクロキャビティ(49)は、同マイクロキャビティ(49)内、および/または、その上流に位置する反応用マイクロキャビティ(20)内に発生する反応の結果を検出するために利用され、そして、
(b)液体を検出用マイクロキャビティ(49)を通して搬送するために遠心力を利用することができ、
前記検出用マイクロキャビティ(49)は、検出用マイクロ管を備え、前記検出用マイクロ管は、入り口部(36)と出口部(37)、および前記入り口部と前記出口部の間に中心部の方へ向かう蛇行しているマイクロ管(39)を有し、前記蛇行しているマイクロ管の前記出口は、前記蛇行しているマイクロ管の前記入り口よりも前記装置の前記回転軸により接近している点を特徴とするマイクロ流体装置。A microfluidic device (1) having a rotating shaft ,
(a) A microchannel structure (2) is included, and a detection microcavity (49) is provided in the microchannel structure (2). The detection microcavity (49) is a reaction generated in the microcavity (49) and / or in the reaction microcavity (20) located upstream of the detection microcavity (49). Is used to detect the results of and
(b) centrifugal force can be used to transport the liquid through the detection microcavity (49);
The detection microcavity (49) includes a detection microtube , and the detection microtube has a central portion between an inlet portion (36) and an outlet portion (37) and between the inlet portion and the outlet portion. The meandering microtube (39), the outlet of the meandering microtube being closer to the axis of rotation of the device than the entrance of the meandering microtube microfluidic device which is characterized in that there.
(a)前記蛇行しているマイクロ管(39)は少なくとも3つのリターン(r1、r2、r3、...)を含む、
(b)各中間区間は、他の区間の1または複数の対応する伸張部と並行する伸張部を備える。The microfluidic device according to any one of claims 1 to 3, characterized by the following (a) and (b).
(a) micro tubes are the meandering (39) comprises at least three return (r 1, r 2, r 3, ...) and,
(b) Each intermediate section includes a decompression unit in parallel with one or more corresponding decompression units of the other sections.
(i)前記マイクロ流体装置を提供するステップ、
(ii) 行われるべき反応および/または検出に必要な液体Iを前記検出用マイクロキャビティ(49)内に搬送するステップ、
(iii)前記検出用マイクロキャビティにおける前記結果を検出するステップ。 12. In the microfluidic device for detection (49) of a microfluidic device according to any one of claims 1 to 11, characterized in that it comprises the following steps (i) (ii) (iii) A method for detecting the result of a reaction occurring in a reaction microcavity (20) upstream of the microcavity (49).
(i) providing the microfluidic device;
(ii) step of transporting a liquid I required the detection microcavity (49) within the reaction and / or detection to be performed,
(iii) detecting the result in the detection microcavity;
(A)前記反応は、前記検出用マイクロキャビティ(49)が前記ステップ(iii)に先立って液体IIで充填されることを含むプロトコルの一部である、
(B)前記ステップ(iii)は、2つの液体を互いに混合することなく液体Iによって液体IIと移し変えることを含む。The method according to claim 12, characterized by the following (A) and (B).
(A) the reaction is part of the protocol that includes the detection microcavity (49) is filled with liquid II prior the step (iii),
(B) The step (iii) includes transferring the two liquids with the liquid II without mixing them with each other.
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