JP4927837B2

JP4927837B2 - マイクロ流体サンプル処理ディスク

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Publication number: JP4927837B2
Application number: JP2008520340A
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Inventors: ベディンガム，ウィリアム; ダブリュ．ロボール，バリー
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Description

本発明は、関心のある目標物質の１以上を含有し得るサンプルを処理するために使用されるマイクロ流体サンプル処理ディスクの分野に関する。

多くの様々な化学反応、生化学反応、及び他の反応は、温度変動に敏感である。遺伝子増幅の領域における熱処理の例としては、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ：Polymerase Chain Reaction）、サンガー（Sanger）配列決定法などが挙げられるが、これらに限定されない。反応は、関与する材料の温度に基づいて増進又は抑制されることがある。サンプルを個々に処理して、サンプルごとの精確な結果を得ることが可能な場合があるが、個別の処理は、時間のかかる高価なものになりかねない。

多数のサンプルを熱処理する時間及びコストを削減しようとする１つの手法は、１つのサンプルの異なる部分又は異なるサンプルを同時にその中で処理できる多数のチャンバを含むデバイスを使用することである。しかし、多数の反応が異なるチャンバで実施されるときには、チャンバ間の温度の一様性の精確な制御が、１つの深刻な問題となることがある。チャンバ間の温度のばらつきは、誤解を与える又は不精確な結果をまねく場合がある。例えば、一部の反応では、精確な結果を得るためには、チャンバ間の温度を±１℃以下の範囲で制御することが重要な場合がある。

精確な温度制御の必要性は、各チャンバで所望の温度を維持する必要性として現れることがあり、又は、温度変化、例えば、所望の設定点への各チャンバの温度の上昇若しくは下降を伴うことがある。温度変化を伴う反応では、また、各チャンバで温度が変化するスピード又は速度も、問題を招くことがある。例えば、ゆっくりした温度遷移は、中間の温度で不必要な副反応が起こる場合、問題となることがある。或いは、急速すぎる温度遷移は、他の問題を引き起こすことがある。結果として、直面し得る他の問題は、同等のチャンバ間温度遷移速度である。

チャンバ間の温度の一様性及びチャンバ間で同等の温度遷移速度に加えて、熱サイクリングに必要な反応で直面し得る他の問題は、プロセス全面の全体的なスピードである。例えば、上側の温度と下側の温度との間で多数の遷移が必要な場合がある。或いは、３つ以上の所望の温度間で様々な遷移（上方及び／又は下方への）が必要な場合がある。一部の反応、例えば、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ：polymerase chain reaction）では、熱サイクリングを最大３０回以上まで繰り返さなければならない。しかし、チャンバ間の温度一様性及びチャンバ間で同等の温度遷移速度の問題に対処しようと試みる熱サイクリングデバイス及び方法は、通常、全面的なスピードの不足に悩まされており、その結果、処理時間の延長をまねき、それが最終的には処理コストを上昇させる。

１以上の前述の問題は、様々な化学的、生化学的、及び他のプロセスに関与していることがある。精確なチャンバ間温度制御、同等の温度遷移速度、及び／又は急速な温度間遷移を必要とすることのあるいくつかの反応の例としては、例えば、遺伝暗号の解読を助けるための核酸サンプルの操作が挙げられる。核酸操作技術としては、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ：polymerase chain reaction）などの増幅方法；自立配列複製（３ＳＲ：self-sustained sequence replication）及びストランド置換増幅（ＳＤＡ：strand-displacement amplification）などの標的ポリヌクレオチド増幅方法；「分枝鎖」ＤＮＡ増幅など、標的ポリヌクレオチドに付随した信号の増幅に基づいた方法；リガーゼ連鎖反応（ＬＣＲ：ligase chain reaction）及びＱＢレプリカーゼ増幅（ＱＢＲ：QB replicase amplification）など、プローブＤＮＡの増幅に基づいた方法；ライゲーション活性型転写（ＬＡＴ：ligation activated transcription）及び核酸配列に基づいた増幅（ＮＡＳＢＡ：nucleic acid sequence-based amplification）など、転写に基づいた方法；並びに、修復連鎖反応（ＲＣＲ：repair chain reaction）及びサイクリングプローブ反応（ＣＰＲ：cycling probe reaction）など、他の様々な増幅方法が挙げられる。核酸操作技術の他の例としては、例えば、サンガー（Sanger）配列決定法、リガンド結合アッセイなどが挙げられる。

前述の問題すべてが関与し得る反応の一般的な一例は、ＰＣＲ増幅である。ＰＣＲを行う従来の熱サイクリング機器は、金属ブロックのボアに個々に挿入される高分子ミクロキュベットを使用する。次いで、サンプル温度が、ＰＣＲ処理のために、低温と高温との間、例えば、５５℃と９５℃との間で循環される。従来の方法にしたがって従来の機器を使用するときには、通常では金属ブロック及び加熱されたカバーブロックを含む熱サイクリング機器の高い熱質量と、ミクロキュベットに使用される高分子材料の比較的低い熱伝導率とが、通常のＰＣＲ増幅について完了するのに２時間若しくは３時間又はそれ以上の時間を要し得る処理を招く。

ＰＣＲ増幅における比較的長い熱サイクリング時間に対処する１つの試みは、単一の高分子カード上で９６個のマイクロウェルと分配チャネルとを統合するデバイスを使用するものである。単一のカードで９６個のマイクロウェルを統合することは、各サンプルキュベットを熱ブロックに個々にロードすることに関連した問題には対処する。しかし、この手法は、金属ブロック及び加熱されたカバーの高い熱質量、又はカードを形成するために使用される高分子材料の比較的低い熱伝導率など、熱サイクリングの問題には対処しない。さらに、統合カード構造の熱質量は、熱サイクリング時間を延長させ得る。この手法の他の潜在的な問題は、サンプルウェルを含むカードが金属ブロック上に精密に置かれない場合、ウェル間温度が不均一になって、不精確な試験結果を引き起こすことである。

これらの手法の多くで起こり得る他の問題は、サンプル材料の体積が制限される場合があり、及び／又はサンプル材料と併せて使用されるべき試薬のコストが、やはり制限され、及び／又は高価である場合がある。その結果、少量のサンプル材料及び関連試薬を使用することが望まれる。しかし、これらの材料を少量使用するときには、サンプル材料が例えば熱的に循環されるにつれて、蒸発などを通じたサンプル材料及び／又は試薬体積の損失に関連したさらなる問題が起こる場合がある。

ヒト、動物、植物、又は手を加えていない（raw）サンプル材料（例えば、血液、組織など）由来の細菌起源の、完成したサンプル（例えば、ＤＮＡやＲＮＡなどの核酸物質の、例えば、単離若しくは精製されたサンプル）の調製の際に起こり得る他の問題は、所望の最終生成物（例えば、精製された核酸物質）を得るために実施しなければならない熱処理工程の数及び他の方法の数である。ある場合には、所望する完成サンプルを得るために、濾過及び他の処理工程に加えて、いくつもの異なる熱処理を実施しなければならない。前述の熱制御問題に悩まされることに加えて、これらの処理のすべて又は一部は、非常に熟練した専門家の注意及び／又は高価な機器を必要とすることがある。さらに、様々な処理工程のすべてを完了するために必要な時間は、人員及び／又は機器の利用可能性に応じて数日又は数週間に亘る場合がある。

本発明は、複数の流体構造物がその中に形成されたマイクロ流体サンプル処理ディスクを提供する。各流体構造物は、好ましくは、投入ウェルと、１以上のデリバリーチャネルによって投入ウェルに連結された１以上の処理チャンバとを含む。

本発明のいくつかのマイクロ流体サンプル処理ディスクの潜在的な１つの利点としては、例えば、圧力下にある熱移動表面の形状と共形となるように構成された環状の処理リングに配置された処理チャンバが挙げられる。その弾性は、本発明のディスクでは、例えば、処理チャンバを環状の処理リングに配置することによってもたらすことができ、該環状の処理リングでは、体積の大部分が、ディスクの本体を貫いて延びる空隙によって好ましくは形成される処理チャンバによって占められる。そのような構造では、ディスクの構造を形成する本体が環状の処理リングには限られた量しか存在しないため、環状の処理リングのディスクの可撓性の改善をもたらす。さらなる弾性及び可撓性は、環状の処理リングにオーファンチャンバを配置することによって達成することができ、該オーファンチャンバが、環状の処理リングに存在する本体材料の量をさらに低減する。

環状の処理リングの弾性を改善できる他の任意の機構としては、粘弾性特性を示す感圧接着剤を使用して本体に取り付けられたカバーを含む環状の処理リングの複合構造が挙げられる。感圧接着剤の粘弾性特性は、本発明のサンプル処理ディスクにおける流体構造物の流体的インテグリティを維持しながら、変形又は熱膨張／収縮する間にカバー及び本体の相対運動を可能にできる。

本発明のサンプル処理ディスクに関して記載した、本体に取り付けられたカバーの使用は、また、ディスクの性能を高めるように様々なカバー及び本体のための材料の特性を選択できるという点で、利点をもたらすことができる。

例えば、カバーの一部を、好ましくは、処理チャンバのサンプル材料及び流体構造物の他の機構によって生み出される力に反応する膨隆又は変形に耐性であるように、比較的伸張性のない材料から構築することが可能である。それらの力は、例えば、処理チャンバのサンプル材料を供給及び／又は処理するためのサンプル処理ディスクが回転される場合に、顕著となることがある。比較的伸張性のない可能性のあるいくつかの材料の例としては、例えば、ポリエステル、金属箔、ポリカーボネートなどが挙げられる。ただし、非伸張性が必ずしも必要とは限らないことを理解すべきである。例えば、一部の実施形態では、１以上のカバーを、それらがいくらかの伸張性をもたらすという理由で選択することができる。

本発明と関連して使用される一部のカバーによって好ましくは示されることのある他の特性は、熱伝導率である。熱伝導率を高めるカバー用の材料を使用すると、例えば、処理チャンバのサンプル材料の温度が好ましくは、選択された温度まで急速に加熱若しくは冷却される場合、又は厳密な温度制御が望ましい場合に、熱的性能を改善することができる。望ましい熱伝導特性をもたらすことのできる材料の例としては、例えば、金属層（金属箔など）、薄い高分子層などが挙げられる。

本発明と関連して使用されるカバーにおける潜在的に有用な他の特性は、それらが選択された波長の電磁エネルギーを透過できることであり得る。例えば、一部のディスクでは、電磁エネルギーを処理チャンバへと供給することで、該処理チャンバの、材料を加熱する、材料を励起する（例えば、蛍光を発することができるなど）、材料を視覚的に監視するなど、が可能である。

前述したように、カバーのために使用される材料の伸張性が高すぎる場合、例えば、ディスクの回転や処理チャンバの材料の加熱などの間に、それらの材料が望ましくないレベルまで膨隆する又は他の何らかの形で歪むことがある。本発明の処理チャンバを構築するために使用されるカバーにおける潜在的に望ましい組み合わせの一特性として、相対的な非伸張性、選択された波長の電磁エネルギーに対する透過率、及び熱伝導率が挙げられる。各処理チャンバが中央の本体の空隙と両側の１対のカバーとによって構築される場合、一方のカバーを、所望の透過率及び非伸張性をもたらすように選択し、他方のカバーを、熱伝導率及び非伸張性をもたらすように選択することができる。カバーの好適な組み合わせの１つとしては、例えば、透過率と相対的な非伸張性とをもたらすポリエステルカバー、及び処理チャンバの反対側に熱伝導率と非伸張性とをもたらす金属箔カバーが挙げられる。ディスクの本体に比較的伸張性のないカバーを取り付けるために感圧接着剤を使用すると、好ましくは、他の構造には存在しないことのあるカバーと本体との間の相対運動を可能にすることによって弾性及び可撓性を改善することができる。

本発明のマイクロ流体サンプル処理ディスクは、少なくとも一部分が液体構成成分の形態である化学的及び／又は生物学的混合物を含むサンプル材料を処理するように設計される。サンプル材料が生物学的混合物を含む場合、その生物学的混合物には、好ましくは、ペプチド及び／又はヌクレオチド含有材料などの生物学的材料を含めることが可能である。生物学的混合物が核酸増幅反応混合物（例えば、ＰＣＲ反応混合物又は核酸配列決定反応混合物）を含むことが、さらに好ましい場合がある。

さらに、流体構造物は、好ましくは非通気式のものであってよく、その結果、流体構造物に出入りする唯一の開口部は、サンプル材料がそれに導入される投入ウェルに近接して配置される。非通気式の流体構造物では、末端部、すなわち、回転軸及び／又は投入ウェルから遠位の部分は、処理チャンバからの流体の流出を防ぐために封止される。

本発明の一部のマイクロ流体サンプル処理ディスクの潜在的な利点としては、例えば、ディスクが軸（好ましくは該ディスクの主表面に対して垂直）の周りで回転されるときの投入ウェルから処理チャンバへの流体の流れを促進するようにデリバリーチャネル及び処理チャンバが配置される、非通気式流体構造物の配置などが挙げられる。例えば、処理チャンバがそれら処理チャンバへと供給する投入ウェルから回転方向にオフセットされていて、デリバリーチャネルの少なくとも一部分がディスクの中心（回転軸がディスクの中心を通って延びるものとする）を貫いて形成された放射状の線とは一致しない経路に従うことが好ましい場合がある。オフセットは、ディスクが回転される方向に応じて処理チャンバを投入ウェルの前方又は後方に置くことができる。液体がチャネルの片側に沿って移動する一方、空気が反対側のチャネルに沿って通過できるため、デリバリーチャネルを通る流体の動きは、非通気式流体構造物で、促進可能である。例えば、液体サンプル混合物は、回転の間デリバリーチャネルの後続側（lagging side）に優先的に進むことができ、液体サンプル混合物によって処理チャンバから変位されている空気は、処理チャンバから投入ウェルへとデリバリーチャネルの先導側（leading side）に沿って移動する。

一態様では、本発明は、第１及び第２の主表面を含む本体と、複数の流体構造物と、前記本体の前記第１の主表面に取り付けられた第１の環状カバーと、前記本体の前記第２の主表面に取り付けられた第２の環状カバーと、前記本体の前記第２の主表面に取り付けられた中央カバーと、を有するマイクロ流体サンプル処理ディスクであって、前記複数の流体構造物の各々は、開口部を備えた投入ウェルと、前記投入ウェルの径方向外側に配置されるとともに、前記本体の前記第１及び第２の主表面を貫いて形成された空隙を有する処理チャンバと、前記投入ウェルを前記処理チャンバに連結するとともに、前記本体の前記第２の主表面に形成された内側チャネル、前記本体の前記第１の主表面に形成された外側チャネル、並びに前記本体の前記第１及び第２の主表面を貫いて形成された、前記内側チャネルを前記外側チャネルに連結するビアを有するデリバリチャネルとを有し、前記複数の流体構造物の前記ビア及び前記処理チャンバは、前記本体上に環状リングを画定する、マイクロ流体サンプル処理ディスクを提供する。前記第１の環状カバーは、前記本体の前記第１の主表面に関して、前記ビア、前記外側チャネル及び前記処理チャンバを画定し、前記第２の環状カバーは、前記本体の前記第２の主表面に関して前記複数の流体構造物の前記処理チャンバを画定し、前記第２の環状カバーの内縁部は、前記複数の流体構造物の前記ビアによって画定された前記環状リングの径方向外側に位置し、前記中央カバーは、前記本体の前記第２の主表面に関して前記内側チャネル及び前記ビアを画定し、前記中央カバーの外縁部は、前記複数の流体構造物の前記ビアによって画定された前記環状リングの径方向外側に位置する、マイクロ流体サンプル処理ディスクを更に有する。

他の態様では、本発明は、第１及び第２の主表面を含む本体と、複数の流体構造物と、を有するマイクロ流体サンプル処理ディスクであって、前記複数の流体構造物の各々は、開口部を備えた含む投入ウェルと、前記投入ウェルの径方向外側に配置されるとともに前記本体の前記第１及び第２の主表面を貫いて形成された空隙を有する処理チャンバと前記投入ウェルを前記処理チャンバに連結する、マイクロ流体サンプル処理ディスクを提供する。前記本体の前記第１の主表面に取り付けられた第１のカバーと、前記本体の前記第２の主表面に取り付けられた第２のカバーと、を有するディスクであって、感圧接着剤によって、前記第１のカバーは前記本体の第１の主表面に関して、複数の流体構造物の処理チャンバの一部分を画定し、前記第２のカバーは、前記本体の第２の主表面に関して、前記複数の流体構造物の処理チャンバの一部分を画定し、前記第２のカバーの内縁部と、前記内縁部の径方向外側に位置する外縁部とを有し、複数の流体構造物の処理チャンバは、前記処理チャンバの内縁部と前記本体の周囲径方向内側に位置する外縁部とを有する、環状の処理リングを画定し、環状の処理リングの内縁部は、前記第２のカバーの内縁部の径方向外側に位置する、ディスクである。

他の態様では、本発明は、第１及び第２の主表面を含む本体と、本体に形成された複数の処理チャンバを含む環状の処理リングと、を有するマイクロ流体サンプル処理ディスクであって、複数の処理チャンバの各々は、サンプル材料を収容する独立した容積を画定し、マイクロ流体サンプル処理ディスクは、さらに、環状の処理リングに配置された環状金属層を含み、環状金属層は、本体の第１の表面に近接し、複数の処理チャンバは、環状金属層と本体の第２の主表面との間に配置され、マイクロ流体サンプル処理ディスクは、さらに、本体に形成された複数のチャネルを備え、複数のチャネルの各々は、複数の処理チャンバのうちの少なくとも１つの処理チャンバと流体連通し、環状の処理リングは、環状の処理リングの一部分が本体の第１及び第２の主表面に垂直な方向に撓んだときに複数の処理チャンバの独立した容積が流体的インテグリティを維持する構造である、マイクロ流体サンプル処理ディスクを提供する。

本発明の様々な諸実施形態の前述及び他の特徴並びに利点について、以下で本発明の様々な例示的な諸実施形態と併せて論じる。

以下の本発明の例示的な諸実施形態の説明では、本発明を実行できる特定の諸実施形態が一例として示される、本明細書の一部を成す図面の添付図を参照する。本発明の範囲から逸脱することなく他の実施形態が利用されてもよく、そして構造的変更が行なわれてもよいことは理解されるだろう。

本発明は、熱処理、例えば、ＰＣＲ増幅、リガーゼ連鎖反応（ＬＣＲ：ligase chain reaction）、自立配列複製（self-sustaining sequence replication）、酵素動力学的研究、同種リガンド結合アッセイなど、センシティブな化学的処理、並びに、精密な熱制御及び／若しくは急速な熱変動を必要とする、より複雑な生化学的処理又は他の処理を伴う、マイクロ流体サンプル処理ディスク並びにそれらを使用する方法を提供する。ディスクの処理チャンバのサンプル材料の温度を制御しながら、サンプル処理ディスクを好ましくは回転させることができる。

本発明のディスク及び方法と併せて使用できる好適な構築技術／材料のいくつかの例は、例えば、同一出願人による米国特許第６，７３４，４０１号、名称「機能強化されたサンプル処理デバイス、システム、及び方法（ENHANCED SAMPLE PROCESSING DEVICES SYSTEMS AND METHODS）」（ベディンガム（Bedingham）ら）、並びに米国特許出願公開第ＵＳ２００２／００６４８８５号、名称「サンプル処理デバイス（SAMPLE PROCESSING DEVICES）」に記載されている可能性がある。他の使用可能なデバイス構造は、例えば、米国特許仮出願第６０／２１４，５０８号、名称「熱処理デバイス及び方法（THERMAL PROCESSING DEVICES AND METHODS）」（２０００年６月２８日出願）；米国特許仮出願第６０／２１４，６４２号、名称「サンプル処理デバイス、システム、及び方法（SAMPLE PROCESSING DEVICES, SYSTEMS AND METHODS）」（２０００年６月２８日出願）；米国特許仮出願第６０／２３７，０７２号、名称「サンプル処理デバイス、システム、及び方法（SAMPLE PROCESSING DEVICES, SYSTEMS AND METHODS）」（２０００年１０月２日出願）；米国特許仮出願第６０／２６０，０６３号、名称「サンプル処理デバイス、システム、及び方法（SAMPLE PROCESSING DEVICES, SYSTEMS AND METHODS）」（２００１年１月６日出願）；米国特許仮出願第６０／２８４，６３７号、名称「機能強化されたサンプル処理デバイス、システム、及び方法（ENHANCED SAMPLE PROCESSING DEVICES, SYSTEMS AND METHODS）」（２００１年４月１８日出願）；並びに米国特許出願公開第ＵＳ２００２／００４８５３３号、名称「サンプル処理デバイス及びキャリア（SAMPLE PROCESSING DEVICES AND CARRIERS）」に見ることができる。他の可能なデバイス構造は、例えば、米国特許第６，６２７，１５９号、名称「サンプル処理デバイスの遠心充填（CENTRIFUGAL FILLING OF SAMPLE PROCESSING DEVICES）（ベディンガム（Bedingham）ら）に見ることができる。

「上部」「底部」「上方の」「下方の」などの相対的な位置に関する用語が本発明に関して使用されることがあるが、それらの用語がそれらの相対的な意味で使用されているに過ぎないことを理解すべきである。例えば、本発明のデバイスと併せて使用されるときには、「上部」及び「底部」は、ディスクの対向する主側部を示すために使用することができる。実際の使用では、「上部」若しくは「底部」として記述される要素は、任意の向き又は場所に見られることがあり、ディスク及び方法をいずれか特定の向き又は場所だけに限定するものと看做すべきではない。例えば、サンプル処理ディスクの上面は、実際には、処理の間、サンプル処理ディスクの底面の下方に位置することがある（とは言え、やはり上面は、底面からサンプル処理ディスクの反対側に見られる）。

サンプル処理ディスク１０の一実施形態の１つの主表面が、図１に描かれている。図２は、サンプル処理ディスク１０における１つの流体構造物の拡大断面図である。図３は、サンプル処理ディスク１０の反対側の主表面１４を描く。本発明のサンプル処理ディスクが、２つの主側部１２及び１４（側部１２は図１に見られ、側部１４は図２に見られる）を備えた、概ね平らなディスク状の形状を有することが好ましい場合がある。サンプル処理ディスク１０の厚さは、様々な因子（例えば、サンプル処理ディスク上の機構のサイズなど）に応じて変更することが可能である。図１〜３では、実線で描かれた機構は、サンプル処理ディスク１０の見える側の上又は中に形成されており、破線で描かれた機構は、サンプル処理ディスク１０の隠れた若しくは反対側の上又は中に形成される。様々な機構の正確な構造及び場所が、異なるサンプル処理デバイスでは変化する場合があることが理解されるであろう。

サンプル処理ディスク１０は、各流体構造物が投入ウェル２０と処理チャンバ３０とを含む、複数の流体構造物を含む。投入ウェル２０を処理チャンバ３０に連結するために、１以上のデリバリーチャネルが設けられる。図１〜３の実施形態では、各投入ウェル２０は、処理チャンバ３０のうちの１つだけに連結される。ただし、単一の投入ウェル２０を、デリバリーチャネルのいずれか好適な配置によって、２つ以上の処理チャンバ３０に連結できることを理解すべきである。

さらに、本発明のサンプル処理ディスク上の所与の流体構造物には、弁又は他の流体制御構造によって隔てられた連続した関係で、多数の処理チャンバを設けることが可能であることを理解すべきである。多数の処理チャンバが互いに連結された、そのようないくつかの流体構造物の例は、例えば、米国特許第６，７３４，４０１号、名称「機能強化されたサンプル処理デバイス、システム、及び方法（ENHANCED SAMPLE PROCESSING DEVICES SYSTEMS AND METHODS）」（ベディンガム（Bedingham）ら）に見ることができる。

本明細書で使用する用語「処理チャンバ」は、そのチャンバを処理（例えば、ＰＣＲ、サンガー（Sanger）配列決定法など）が実施されるチャンバだけに限定するものと解釈すべきではない。正確に言えば、本明細書で使用する処理チャンバには、例えば、回転される場合にサンプル処理デバイスとして別の処理チャンバに後で供給するために材料がロードされるチャンバ、処理の生成物が収集されるチャンバ、材料が濾過されるチャンバなどを含むことが可能である。

ディスク１０は、中央本体５０によって形成され、該中央本体５０は、第１の主表面５２と、本体５０の反対側の第２の主表面５４とを含む。本体５０は、単一の一体型物品として描かれているが、代替的に、所望の構造を形成するように１つに取り付けられた多数の要素から構築することもできることを理解すべきである。ただし、本体５０が成形高分子材料から製造されることが好ましい場合がある。さらに、本体５０が、処理チャンバ３０に供給される（励起や加熱などのために）、又は処理チャンバ３０に位置する材料から放出される電磁放射線を通さないことが好ましい場合がある。本体５０のそのような不透過性は、例えば、異なる処理チャンバ３０（又はディスク１０に設けられた他の機構）間のクロストークの可能性を低減することができる。

様々な流体構造物の機構は、好ましくは、本体５０上、本体５０内、及び／又は本体５０を貫いて形成された、くぼみ、空隙、隆起構造物などによって形成されることが可能である。そのような構造では、流体構造物の機構は、本体５０の主表面５２及び５４に好ましくは取り付けることが可能なカバーによって少なくとも一部が画定され得る。換言すれば、流体構造物の機構を画定するカバーがなければ、それらの機構は、大気に対して開かれていて、材料の漏れ及びこぼれを起こす可能性がある。

ディスク１０の側部の少なくとも１つが、例えば、米国特許第６，７３４，４０１号、名称「機能強化されたサンプル処理デバイス、システム、及び方法（ENHANCED SAMPLE PROCESSING DEVICES SYSTEMS AND METHODS）」（ベディンガム（Bedingham）ら）、又は米国特許出願第１１／１７４，７５７号、名称「サンプル処理デバイス圧縮システム及び方法（SAMPLE PROCESSING DEVICE COMPRESSION SYSTEMS AND METHODS）」（２００５年７月５日出願）に記載されているように、ベースプレート又は熱構造装置に相補的な表面を呈することが好ましい場合がある。一部の実施形態では、本発明のディスクの主側部の少なくとも１つが平らな表面を呈することが好ましい場合がある。

図１〜３に描かれたディスク１０では、投入ウェル２０は、本体５０の主表面５２及び５４を貫いて延びる空隙によって画定される。投入ウェル２０は、底部側（すなわち、主表面５４）では、本体５０の表面５４に取り付けられた中央カバー６０によって画定される。投入ウェル２０は、好ましくはディスク１０の上側に開口部２２を含むことが可能である。図に描かれた実施形態の開口部２２は、好ましくは、投入ウェル２０への、例えば、ピペット若しくは他のサンプル供給デバイスの挿入を助けるために面取り面を含むことができる。

投入ウェル２０への開口部２２が、該開口部２２を覆うように取り付けられた投入ウェルシール２４によって閉じられることが好ましい場合がある。投入ウェルシール２４は、好ましくは、本明細書で論じられるように、例えば接着剤やヒートシールなどを使用して、開口部２２を覆うようにディスクに取り付けることができる。シール２４は、例えば輸送や取扱時の投入ウェル２０の汚染を防ぐために、投入ウェル２０にサンプル材料をロードする前に開口部２２を覆うように取り付けることができる。或いは、投入ウェル２０にサンプル材料をロードした後で、シール２４を取り付けることもできる。場合によっては、投入ウェル２０にロードする前及びロードした後にシールを使用することもできる。

シール２４は、材料のシートとして描かれているが、投入ウェル２０を閉じるために使用されるシールを、いずれか好適な形態で、例えば、プラグやキャップなどとして設けることができることを理解すべきである。単一の一体型シールを設けて所与のディスク上の投入ウェルすべてを閉じること、又は単一の一体型シールを使用して所与のディスク上の投入ウェルの一部のものだけを封止することが好ましい場合がある。他の代替形態では、各シール２４を、１つの投入ウェル２０だけを閉じるために使用することができる。

本発明のサンプル処理ディスクに投入ウェルと協働して含めることのできる他の特徴は、例えば、本体５０内に好ましくは設けることのできる隆起したリブ２６内への投入ウェル２０の位置決めである。例えば図２に見られるように、隆起したリブ２６は、該リブ２６を取り囲む本体の主表面５２の上方に延びる。ディスク１０上の隆起構造物内に投入ウェル２０を配置することから考えられる１つの利点は、（ディスク１０上の同量の表面積を占めるが、主表面５２と５４との間の容積だけに限定された投入ウェルに比べて）投入ウェル２０の容積の増大であり得る。

多数の投入ウェル２０を本体５０の表面５４の上方に延びる隆起したリブ２６に配置することで考えられる他の利点は、ディスク１０の中央部分の構造的剛性の増大であり得る。ディスクの中央部分における増大された剛性は、それだけで有用な可能性がある、すなわち、本発明による一部のディスクは、片側には隆起構造物を含みながら、反対側では平らな表面を呈することができる。提供できる容積の増大が必要ではない場合、そのようなディスク上の投入ウェルの場所は、隆起構造物内でなくてもよい。そのようなリブ又は他の隆起構造物を使用すると、貯蔵やサンプルのロードなどをしながらディスクの歪み又は曲がりを制限することができる。

図に描かれたサンプル処理ディスク１０では、各流体構造物内の投入ウェル２０は、内側チャネル４２と、本体５０を貫いて形成されたビア４４と、外側チャネル４６との組み合わせであるデリバリーチャネルによって処理チャンバ３０に連結される。内側チャネル４２は、投入ウェル２０からビア４４まで延び、好ましくは本体５０の主表面５４に形成された溝又はくぼみによって一部を画定される。ビア４４は、好ましくは、本体５０の主表面５２及び５４の両方を貫いて延びる空隙によって一部を画定される。

内側チャネル４２と、主表面５４に近接するビア４４の端部とは、いずれも、やはり、本体５０の主表面５４に取り付けられた中央カバー６０によって一部を画定される。図に描かれた実施形態では、中央カバー６０が本体５０の主表面５４上に、投入ウェル２０、内側チャネル４２、及びビア４４の境界を好ましくは画定できるように、中央カバー６０は、本体５０に形成されたスピンドル開口部５６の周りの内縁部６２と、好ましくはビア４４を過ぎたところまで延びる外縁部６４とを含む。

外側チャネル４６は、好ましくは、本体５０の表面５２内の溝又はくぼみによって形成され、ビア４４から処理チャンバ３０まで延びる。外側チャネル４６と、主表面５２に近接するビア４４の端部とは、好ましくはいずれも本体５０の主表面５２に取り付けられたカバー７０によって画定される。図に描かれた実施形態では、カバー７０は、例えば図２に見られるように流体機構の境界を画定できるように、好ましくは、ビア４４と投入ウェル２０との間に位置する内縁部７２と、処理チャンバ３０から好ましくは径方向外側に位置する外縁部７４とを含む。

処理チャンバ３０は、また、好ましくは、処理チャンバ３０を形成する空隙がその中に配置された本体５０の表面５４に取り付けられたカバー８０によって封止される。カバー８０は、所望の封止機能を提供できるように、好ましくは、ビア４４と処理チャンバ３０との間に位置する内縁部８２と、処理チャンバ３０から好ましくは径方向外側に位置する外縁部８４とを含む。中央カバー６０の外縁部６４と第２の環状カバー８０の内縁部８２とが、図２に見られるように複数の流体構造物のビア４４によって画定される環状リングの径方向外側に位置する接合部を画定することが好ましい場合がある。

主に図１及び図２を参照して、サンプル処理ディスク１０上の様々な機構の配置について説明することができる。一般に、本発明のディスクが、該ディスクの選択された機構が円形ディスク上に円形アレイで配置された、円形物品として提供されることが好ましい場合がある。ただし、本発明のディスクを完全に円形にする必要はなく、場合によっては円形ではない形状で提供できることを理解すべきである。例えば、ディスクは、例えば、五角形、六角形、八角形などの形状を呈してよい。同様に、代表的なディスク１０上に円形アレイで配置された機構を、同様の非円形の形状を有するアレイで提供してもよい。

代表的なサンプル処理ディスク１０では、ビア４４及び処理チャンバ３０が、ディスク１０上の円形アレイ又は環状リングを画定するように配置されることが好ましい場合がある。そのような配置は、中央カバー６０の外縁部６４がビア４４と処理チャンバ３０との間に位置する、概ね円形である外縁部６４を含む中央カバー６０の使用を可能にすることができる。ビア４４及び処理チャンバ３０の同心の円形アレイは、カバー７０が本体５０の表面５２上に環状リングの形態で設けられた、いずれも円形の内縁部７２と外縁部７４とを含む本体５０の表面５２上でのカバー７０の使用を可能にすることができる。ビア４４及び処理チャンバ３０の同心の円形アレイは、また、ビア４４と処理チャンバ３０との間に位置する円形内縁部８２と、処理チャンバ３０の径方向外側に位置する円形外縁部８４とを含む、本体５０の表面５４上でのカバー８０の使用を可能にすることができる。ビア４４及び処理アレイ３０のアレイについての他の相補的な形状を、言うまでもなく、本明細書で論じる様々な機構を封止するのに適切な形状を呈するカバー６０、７０、及び８０とともに使用してよい。

本体５０の表面５４上の処理チャンバ３０を画定するために使用されるカバー８０は、好ましくは中央カバー６０の外側の環状リングだけに制限されることがあるが、これが必要ではない場合もあることを理解すべきである。例えば、投入ウェル２０、内側チャネル４２、ビア４４、及び処理チャンバ３０を封止するために、本体の表面５４上で単一の一体型カバーを使用することが可能な場合がある。ただし、本体５０の表面５４に取り付けられた多数のカバー６０及び７０の考えられる１つの利点は、カバー８０に含まれる金属層を、処理チャンバ３０によって占められた領域だけに制限できることである。したがって、中央カバー６０が金属ほど熱伝導性ではない材料から製造される場合、本体５０の中央部に向かう熱エネルギーの移動を制限することができる。

本発明のディスクにおける本体５０並びに流体構造物を封止するために使用される様々なカバー６０、７０、及び８０は、いずれか好適な１つ若しくは複数の材料から製造されてよい。好適な材料の例としては、例えば、高分子材料（例えば、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリエチレンなど）、金属（例えば、金属箔）などが挙げられる。カバーは、好ましくは、例えば、金属箔、高分子材料、多層複合材などの概ね平らなシート状片で提供できるが、必ずしもそうとは限らない。ディスクの本体及びカバーのために選択される材料が、良好な水バリア特性を示すことが好ましい場合がある。

処理チャンバ３０を封止するカバー７０及び８０のうちの少なくとも１つが、選択された波長の電磁エネルギーを実質的に透過する１つ若しくは複数の材料から構築されることが好ましい場合がある。例えば、カバー７０及び８０のうちの１つが、処理チャンバ３０の蛍光若しくは色変化の視覚的監視又は機械監視を可能にする材料から構築されることが好ましい場合がある。

また、カバー７０及び８０のうちの少なくとも１つが、金属層、例えば、金属箔を含むことが好ましい場合がある。金属箔として提供される場合、カバーは、好ましくは、サンプル材料と金属との間の接触を防ぐために、流体構造物の内部に面する表面上に不動態層を含むことができる。そのような不動態層は、また、該不動態層を例えばポリマーのホットメルト結合において使用できる場合、結合構造の役割を果たすことができる。別個の不動態層の代替手段として、カバーを本体５０に取り付けるために使用されるあらゆる接着層が、やはり、サンプル材料とカバーのあらゆる金属との間の接触を防ぐために不動態層の機能を果たすことができる。

図１〜３に描かれたサンプル処理ディスク１０の例示的な実施形態では、カバー７０は、好ましくは高分子フィルム（例えば、ポリプロピレン）で製造されることが可能で、一方、処理チャンバ３０の反対側のカバー８０は、好ましくは金属層（例えば、アルミニウムの金属箔層など）を含むことができる。そのような一実施形態では、例えば、米国特許第６，７３４，４０１号、名称「機能強化されたサンプル処理デバイス、システム、及び方法（ENHANCED SAMPLE PROCESSING DEVICES SYSTEMS AND METHODS）」（ベディンガム（Bedingham）ら）、又は米国特許出願第１１／１７４，７５７号、名称「サンプル処理デバイス圧縮システム及び方法（SAMPLE PROCESSING DEVICE COMPRESSION SYSTEMS AND METHODS）」（２００５年７月５日出願）に記載されているように、カバー７０は、好ましくは、選択された波長の電磁放射線、例えば、可視スペクトルや紫外線スペクトルなどを処理チャンバ３０の内部及び／又は外部へと透過し、一方、カバー８０の金属層は、熱的構造／表面を使用して、処理チャンバ３０の内部及び／又は外部への熱エネルギーの移動を促進する。

環状の処理リングに位置する又は環状の処理リングを画定する外側カバー８０が、好ましくは比較的伝導性のない材料（プラスチックなど）であり得る中央カバー６０と比較して、比較的熱伝導性の高いもの（例えば、金属など）であることが好ましい場合がある。そのような組み合わせは、ディスクの内側の領域、すなわち、処理チャンバ３０によって画定される環状の処理リングの領域に出入りする熱の移動を制限しながら、処理チャンバ３０のサンプル材料を急速加熱及び／又は冷却するのに有用な場合がある。そのような配置は、環状の処理リングの熱制御を向上させることができるが、中央カバー６０及び外側カバー８０を、そのような２つの異種カバー間に漏れ止め接合部が形成されるように位置決めする／取り付けるなどが困難な場合がある。すなわち、両方のカバーの下に連続的なチャネルが置かれる場合、カバー間の接合部が、ディスクを、チャネルを流体が移動する過程で接合部を通じた流体の漏れを起こしやすいものにすることがある。ディスク本体５０の片側から他方の側部にチャネルを移動させるためにビア４４を使用すると、そのような接合部を回避する機会がもたらされる。その結果、デリバリーチャネルは、カバー接合部の真下を走らない。そのような実施形態では、接合部は、環状の処理リングの、ビア４４のアレイの外側に、且つ処理チャンバ３０のアレイから内側に置かれる。

カバー６０、７０、及び８０は、いずれか好適な１つ若しくは複数の技術、例えば、メルトボンド、接着剤、メルトボンドと接着剤との組み合わせなどによって、本体５０の表面５２及び５４に取り付けられてよい。メルトボンドされる場合、カバーと、該カバーが取り付けられる表面との両方が、メルトボンドを促進するために、例えば、ポリプロピレン又は他の何らかのメルトボンド可能な材料を含むことが好ましい場合がある。ただし、カバーが感圧接着剤を使用して取り付けられることが好ましい場合がある。感圧接着剤は、カバーと対向する表面５２又は５４との間の途切れのない連続層として好ましくは提供できる、感圧接着剤の層の形態で提供されてよい。潜在的に好適ないくつかの取付技術や接着剤などの例は、例えば、米国特許第６，７３４，４０１号、名称「機能強化されたサンプル処理デバイス、システム、及び方法（ENHANCED SAMPLE PROCESSING DEVICES SYSTEMS AND METHODS）」（ベディンガム（Bedingham）ら）、並びに米国特許出願公開第ＵＳ２００２／００６４８８５号、名称「サンプル処理デバイス（SAMPLE PROCESSING DEVICES）」に記載されている可能性がある。

感圧接着剤は、通常、カバーの下に存在する、該カバーがそれに取り付けられる本体に対する該カバーのいくらかの動きを好ましくは可能にすることができる粘弾性の特性を示す。その動きは、例えば、米国特許出願第１１／１７４，７５７号、名称「サンプル処理デバイス圧縮システム及び方法（SAMPLE PROCESSING DEVICE COMPRESSION SYSTEMS AND METHODS）」（２００５年７月５日出願）に記載されているような熱移動構造の形状に共形となるための、環状の処理リングの変形の結果である場合がある。相対運動は、また、カバーと本体との間の熱膨張速度が異なる結果である場合がある。本発明のディスクにおけるカバーと本体との間の相対運動の原因にかかわらず、感圧接着剤の粘弾性の特性によって、処理チャンバ及び流体構造物の他の流体機構が、変形するとしても、好ましくはそれらの流体的インテグリティを維持できる（すなわち、漏れない）ようになることが好ましい場合がある。

多くの異なる感圧接着剤を、潜在的に本発明と併せて使用することができる。感圧接着剤を識別する１つの周知の技術は、ダルキスト（Dahlquist）基準である。この基準は、感圧接着剤技術ハンドブック（Handbook of Pressure Sensitive Adhesive Technology）、ドナタス・サタス（Donatas Satas）（編）、第２版、１７２頁、ヴァン・ノストランド・レインホールド（Van Nostrand Reinhold）、ニューヨーク州ニューヨーク、１９８９に記載されているように、感圧接着剤を、１秒クリープ弾性（1 second creep compliance）が０．１ｃｍ^２／Ｎ（１×１０^−６ｃｍ^２／ダイン）よりも大きい接着剤として定義する。或いは、弾性率が１次近似まではクリープ弾性の逆数であるので、感圧接着剤を０．１ＭＰａ（１×１０^６ダイン／ｃｍ^２）未満のヤング率を有する接着剤として定義することもできる。感圧接着剤を識別する他の周知の技術は、該接着剤が室温でアグレッシブ且つ永久的に粘着性であり、指又は手の圧力を上回る必要なしに単なる接触だけで様々な異種表面に堅固に接着し、感圧接着剤テープのための試験方法（Test Methods for Pressure Sensitive Adhesive Tapes）、感圧テープ会議（Pressure Sensitive Tape Council）（１９９６）に記載されているように、残留物を残すことなく滑らかな表面から除去できることである。好適な感圧接着剤の他の好適な定義は、２５℃において周波数に対する弾性率のグラフにプロットしたときに以下の点によって画定される領域に室温貯蔵弾性率を好ましくは有することである：周波数約０．０１７Ｈｚ（０．１ｒａｄ／ｓ）における約０．０２ＭＰａ（２×１０^５ダイン／ｃｍ^２）〜０．０４ＭＰａ（４×１０^５ダイン／ｃｍ^２）の弾性率範囲、及び周波数約１７Ｈｚ（１００ｒａｄ／ｓ）における約０．２ＭＰａ（２×１０^６ダイン／ｃｍ^２）〜０．８ＭＰａ（８×１０^６ダイン／ｃｍ^２）の弾性率範囲（例えば、感圧接着剤技術ハンドブック（Handbook of Pressure Sensitive Adhesive Technology）、ドナタス・サタス（Donatas Satas）（編）、第２版、ヴァン・ノストランド・レインホールド（Van Nostrand Rheinhold）、ニューヨーク、１９８９の１７３頁、図８〜１６参照）。感圧接着剤を識別するこれらの方法のいずれかを使用して、本発明の方法で使用するのに潜在的に好適な感圧接着剤を識別することができる。

本発明のサンプル処理ディスクと併せて使用される感圧接着剤が、該感圧接着剤の特性が水によって悪影響を受けないことを保証する材料を含むことが好ましい場合がある。例えば、感圧接着剤は、好ましくは、サンプルのロード及び処理時の水への曝露に反応して接着性を失わず、結合力を失わず、軟化せず、膨張せず、不透明にならない。また、感圧接着剤は、好ましくは、サンプル処理時に水へと抽出される可能性のある、つまり、デバイス性能を損なうことのある構成成分を含有しない。

これらの考慮事項に鑑みて、感圧接着剤が疎水性材料から構成されることが好ましい場合がある。つまり、感圧接着剤がシリコーン材料から構成されることが好ましい場合がある。すなわち、感圧接着剤は、例えば、「シリコーン感圧接着剤（Silicone Pressure Sensitive Adhesives）」、感圧接着剤技術ハンドブック（Handbook of Pressure Sensitive Adhesive Technology）、第３版、５０８〜５１７頁に記載されているように、シリコーンポリマーと粘着付与樹脂との組み合わせをベースとするシリコーン感圧接着剤材料の部類から選択され得る。シリコーン感圧接着剤は、疎水性であること、高温に耐えられること、及び様々な異種表面に結合できることで知られている。

感圧接着剤の組成物は、好ましくは本発明の厳しい要件を満たすように選択される。いくつかの好適な組成物は、国際公開特許ＷＯ００／６８３３６、名称「シリコーン接着剤、物品、及び方法（SILICONE ADHESIVES, ARTICLES, AND METHODS）」（コー（Ko）ら）に記載されていると考えられる。

他の好適な組成物は、シリコーン−ポリ尿素系の感圧接着剤の族をベースとする場合がある。そのような組成物については、米国特許第５，４６１，１３４号（レイア（Leir）ら）；米国特許第６，００７，９１４号（ジョセフ（Joseph）ら）；国際公開特許ＷＯ９６／３５４５８号（並びにその関連米国特許出願第０８／４２７，７８８号（１９９５年４月２５日出願）；同第０８／４２８，９３４号（１９９５年４月２５日出願）；同第０８／５８８，１５７号（１９９６年１月１７日出願）；及び同第０８／５８８，１５９号（１９９６年１月１７日出願）；国際公開特許ＷＯ９６／３４０２８号（並びにその関連米国特許出願第０８／４２８，２９９号（１９９５年４月２５日出願）；同第０８／４２８，９３６号（１９９５年４月２５日出願）；同第０８／５６９，９０９号（１９９５年１２月８日出願）；及び同第０８／５６９，８７７号（１９９５年１２月８日出願））；並びに国際公開特許ＷＯ９６／３４０２９号（並びにその関連米国特許出願第０８／４２８，７３５号（１９９５年４月２５日出願）及び同第０８／５９１，２０５号（１９９６年１月１７日出願））に記載されている。

そのような感圧接着剤は、シリコーン−ポリ尿素ポリマーと粘着付与剤との組み合わせをベースとする。粘着付与剤は、必要に応じて機能性（反応性）及び非機能性タッキファイヤーのカテゴリから選択することができる。１つ若しくは複数の粘着付与剤の濃度は、接着剤組成物に所望の粘着性を付与するために必要に応じて変えることができる。例えば、感圧接着剤組成物が、（ａ）軟質ポリジオルガノシロキサン単位、硬質ポリイソシアネート残基単位（ポリイソシアネート残基は、ポリイソシアネートから−ＮＣＯ基を引いたもの）、任意で、軟質及び／又は硬質有機ポリアミン単位（イソシアネート単位及びアミン単位の残基は、尿素結合によって連結される）、並びに（ｂ）１つ若しくは複数の粘着付与剤（例えば、シリケート樹脂など）を含めた、粘着付与されたポリジオルガノシロキサン・オリグレア・セグメントコポリマーであることが好ましい場合がある。

さらに、本発明のサンプル処理ディスクの感圧層は、単一の感圧接着剤、又は２つ以上の感圧接着剤の組み合わせ若しくはブレンドであることができる。感圧層は、例えば、溶媒コーティング、スクリーン印刷、ローラー印刷、溶融押出コーティング、溶融スプレー、ストライプコーティング、又は積層法の結果として得られることがある。接着層は、前述の特徴及び特性を満たす／示す限り、多様な厚さを有することができる。最大結合忠実度を達成するために、また望むなら不動態層の役割を果たすために、接着層は、好ましくは連続的で、ピンホール又は孔隙のないものであってよい。

サンプル処理デバイスは、様々な構成要素、例えば、カバーや本体などを１つに連結するのに感圧接着剤を用いて製造できるが、諸構成要素の堅固な取り付けを保証するために、諸構成要素を高い熱及び／又は圧力下で１つに積層することによって該構成要素間の接着性を高めることが好ましい場合がある。

感圧の特性を示す接着剤を使用することが好ましい場合がある。そのような接着剤は、通常、メルトボンドで使用される高温結合処理を伴わず、また液状接着剤、溶媒結合、超音波結合などの使用に固有の取扱いの問題ももたらさないので、サンプル処理デバイスの大量生産により適している可能性がある。

接着剤は、好ましくは、例えば、カバーと該カバーがそれに取り付けられる本体とを構築するために使用される材料に良好に接着できること、サンプルの蒸発を妨げる効果的なバリアを提供しながら高温及び低温貯蔵（例えば、約−８０℃〜約１５０℃）時の接着性を維持できること、水への溶解に耐えられること、ディスクで使用されるサンプル材料の構成成分と反応できることなどについて選択される。ゆえに、接着剤の種類は、サンプル処理ディスク１０で実施されるいずれの処理にも干渉しない（例えば、ＤＮＡに結合しない、溶解しないなど）限り、重要ではない場合がある。好ましい接着剤としては、生物学的反応が行われる分析デバイスのカバーフィルム上で通常使用されるものが挙げられる。これらには、例えば、国際公開特許ＷＯ００／４５１８０（コー（Ko）ら）及びＷＯ００／６８３３６（コー（Ko）ら）に記載されているように、ポリαオレフィン及びシリコーンが挙げられる。

さらに、本発明のサンプル処理ディスクの感圧接着剤層は、単一の接着剤、又は２つ若しくはそれ以上の接着剤の組み合わせ若しくはブレンドであることができる。接着層は、例えば、溶媒コーティング、スクリーン印刷、ローラー印刷、溶融押出コーティング、溶融スプレー、ストライプコーティング、又は積層法の結果として得られることがある。接着層は、前述の特徴及び特性を満たす／示す限り、多様な厚さを有することができる。最大結合忠実度を達成するために、また望むなら不動態層の役割を果たすために、接着層は、好ましくは連続的で、ピンホール又は孔隙のないものであってよい。

サンプル処理ディスクは、様々な構成要素、例えば、側部を１つに連結するのに感圧接着剤を用いて製造できるが、堅固な取り付けを保証するために、諸構成要素を高い熱及び／又は圧力下で１つに積層することによって該構成要素間の接着性を高めることが好ましい場合がある。

本発明のサンプル処理ディスクに設けることのできる任意の機構が、ディスク１０上に処理チャンバ３０のアレイを含む環状の処理リングの一部分の拡大図として、図４に描かれている。処理チャンバ３０は、本明細書で論じられるようにチャネル４６を通じて投入ウェルと流体連通する。処理チャンバ３０が図１及び図３に描かれたような円形アレイで提供される場合、サンプル処理ディスクが熱移動表面に押し当てられたときに、その下にある該熱移動表面の形状と共形となるように構成された環状の処理リングを処理チャンバ３０が形成することが好ましい場合がある。弾性は、好ましくは、処理チャンバ３０の流体的インテグリティを維持しながら（すなわち、漏れを引き起こすことなしに）、環状の処理リングのいくらかの変形を伴って達成される。そのような環状の処理リングは、例えば、米国特許出願第１１／１７４，７５７号、名称「サンプル処理デバイス圧縮システム及び方法（SAMPLE PROCESSING DEVICE COMPRESSION SYSTEMS AND METHODS）」（２００５年７月５日出願）に記載の方法及びシステムと併せて使用されたときに有用な可能性がある。

粘弾性の感圧接着剤によって互いに取り付けられた構成要素を使用して複合構造として形成された環状の処理リングは、本明細書に記載のように、サンプル処理ディスクに加えられる力に応じて弾性を示すことができる。本発明のサンプル処理ディスクにおける環状の処理リングの弾性は、代替的に、例えば、処理チャンバ３０を、面積の大部分が本体５０の空隙によって占められた環状の処理リングの（例えば、円形の）アレイに配置することによって、提供することができる。本明細書で論じられるように、例えば、処理チャンバ３０自体が、好ましくは、本体５０に取り付けられたカバーによって閉じられた本体５０の空隙によって形成されることが可能である。処理チャンバ３０によって占められた環状リングの弾性又は可撓性を改善するために、処理チャンバ３０の空隙が、該処理チャンバ３０によって画定される環状の処理リングに位置する本体５０の体積の５０％以上を占めることが好ましい場合がある。

本発明のサンプル処理ディスクにおける環状の処理リングの弾性は、好ましくは、粘弾性の感圧接着剤を使用して複合構造として形成される環状の処理リングと環状の処理リングに位置する空隙との組み合わせによって提供することができる。そのような組み合わせは、いずれかの手法を単独で行うよりも大きな弾性を提供することができる。

再び図４を参照すると、図に描かれた他の任意の機構は、処理チャンバ３０間に配置されたオーファンチャンバ９０である。処理チャンバ３０によって占められる面積がより小さい場合、環状の処理リングのオーファンチャンバの追加を用いて、弾性及び可撓性を改善することができる。オーファンチャンバ９０は、図４に描かれるように処理チャンバ３０と全体的に同一の形状を有するが、オーファンチャンバは、本発明のサンプル処理ディスクでは処理チャンバと同一の形状であっても同一の形状でなくてもよい。

本発明と併せて使用されるときには、オーファンチャンバは、本体を貫く空隙によって、又は本体の主表面上のチャンバへと形成されたくぼみによって形成される、チャンバである。カバーが空隙又はくぼみを覆うように置かれるときには、オーファンチャンバ９０の容積が画定されるが、オーファンチャンバの容積は、処理チャンバのようにデリバリーチャネルによって流体構造物の他の機構には連結されていない。

そのようなオーファンチャンバは、例えば、環状の処理リングの、本体材料の量を削減することによって環状の処理リングのディスクの可撓性を改善することができる。オーファンチャンバは、また、オーファンチャンバの両側に位置する処理チャンバ間の熱的分離を改善することができる。それらは、また、空気で満たされたチャンバにディスクが中実である場合よりも低い熱質量を与えることによって、環状の処理リングのディスクの熱質量を低減することができる。熱質量が低減されると、処理チャンバ３０のサンプル材料を加熱又は冷却できる速度を高めることができる。

環状の処理リングに処理チャンバ３０に加えてオーファンチャンバ９０を有するサンプル処理ディスクの実施形態では、環状の処理リングに位置する処理チャンバ３０及びオーファンチャンバの空隙が、協働して、環状の処理リングに位置する本体５０の体積の５０％以上を占めることが好ましい場合がある。

処理チャンバ３０を含む環状の処理リングに存在する材料の量を特徴付ける他の方法は、円形アレイの隣接した処理チャンバ３０を隔てるランド５１の幅と比較したときの処理チャンバ３０の相対幅に基づく。例えば、処理チャンバ３０によって定められる環状リングの径方向中心の近くでは、隣接した処理チャンバ３０が、ランド領域５１の両側の隣接した処理チャンバ３０の各処理チャンバ３０の幅（ｐ）以下の幅（ｌ）を有するランド領域５１によって互いに隔てられることが好ましい場合がある。一部の実施形態では、処理チャンバ３０によって画定される環状リングの径方向中心の近くでは、隣接した処理チャンバ３０が、ランド領域５１の両側の隣接した処理チャンバ３０の各処理チャンバ３０の幅（ｐ）の５０％以下のランド幅（ｌ）を有するランド領域５１によって互いに隔てられることが好ましい場合がある。

図１〜３（特に図２）のサンプル処理ディスク１０に描かれた他の任意の機構は、ディスク１０の側部１２の上方に延びる上部９２と、ディスク１０の側部１４の下方に延びる下部９４とを含む外側フランジである。

フランジは、様々な機能を提供することができる。例えば、それを、ロボット移動システムにおいて特に有用な可能性のあるディスク１０を把持するのに都合の良い場所として使用してよい。フランジは、また、ディスク１０を識別するために使用できる、例えばバーコードなどの識別マーク、又はＲＦＩＤタグなどの品目に都合の良い場所を提供することができる。フランジは、また、ディスク１０の側部１２及び１４上の機構が、ディスク１０がその上に置かれた表面に接触するのを防ぐことができる。フランジの一部分（図に描かれた実施形態では下部９４）が、外側に広がっていること、或いは、図２のディスク１０の下方に配置されたディスク１０のフランジをそれに当てて置くことのできる表面９６を提供することによって多数のディスク１０の積み重ね体を提供する方式で構築されることが好ましい場合がある。積み重ねに使用される場合、上部９２が、ディスク１０の側部１２に設けられたいずれの機構よりも遠くまで本体５０の表面５２の上方に延びることが好ましい場合がある。

フランジは、また、環状の処理リングの処理チャンバ（及びオーファンチャンバ（あれば）の外側部分を一体化するためのフープとして構造上作用することによって、ディスク１０の構造的完全性を改善する働きをすることができる。外側フランジの剛性は、環状の処理リングを熱移動表面の欠陥に共形にさせるなどのために、調節されてよい。

サンプル処理ディスク１１０の代替的な一実施形態が、図５に関して描かれており、図５では、ディスク１１０は、図１〜３のディスク１０に見られる機構と多くの点で類似した機構を含む。ただし、１つの相違は、投入ウェル１２０が、本体１５０の片側（図５では本体１５０の表面１５４）だけに配置されたデリバリーチャネル１４０を使用して処理チャンバ１３０に連結されることである。その結果、表面１５４上で使用されるカバー１６０は、投入ウェル１２０、デリバリーチャネル１４０、及び処理チャンバ１３０のすべてを覆うように延びることができる。さらに、ビアが流れを表面１５４から表面１５２へと向け直す必要はない。

ディスク１１０に関して描かれた他の相違は、投入ウェル１２０が、本体１５０の表面１５２に直接適用されたシール１２４によって閉じられた開口部１２２を含むことである。換言すれば、投入ウェル１２０は、図１〜３のディスク１０に見られるような隆起構造物内には配置されていない。

本発明のサンプル処理ディスクと併せて提供できる他の機構のうち、図１及び図３は、また、投入ウェル２０と該投入ウェル２０から処理チャンバ３０へと延びるデリバリーチャネル経路とについて、潜在的に有利ないくつかの配置の例を描く。例えば、サンプル材料を流体構造物の投入ウェル２０から処理チャンバ３０へと移動させるために、本発明のサンプル処理ディスクを回転させることが有利な場合がある。

例えば、ディスク１０は、好ましくは、図１及び図３に点として描かれた回転軸１１の周りで回転させることができる。回転軸１１が、ディスク１０の対向する側部１２及び１４に概ね垂直に交わることが好ましい可能性があるが、その配置は、必要ではない場合がある。ディスク１０は、好ましくは、軸１１の周りでディスク１０を回転させるために使用されるスピンドル（図示せず）と対合するように構成された本体５０の中心近くのスピンドル開口部５６を含んでよい。回転軸１１は、また、好ましくは、本明細書で論じられるようにビア４４及び処理チャンバ３０を好ましくは配置できる円形アレイの中心を画定する働きをすることができる。一般に、処理チャンバ３０は、ディスク１０が軸１１の周りで回転されるときに投入ウェル２０から処理チャンバ３０へのサンプル材料の移動を促進するために、投入ウェル２０から径方向外側に配置される。

本明細書で論じられるように、本発明のサンプル処理ディスクが、ディスク上の処理チャンバの材料に対する熱制御を改善するために、弾性を示す環状の処理リングを含むことが好ましい場合がある。弾性のある環状の処理リングをどのように使用できるかについての一例が、図６に関して描かれている。本発明によるサンプル処理ディスク２１０の一部分が、図６に、熱構造２０８上に形成された成形移動表面２０６と接触した状態で描かれている。

熱構造及びそれらの移動表面については、例えば、米国特許出願第１１／１７４，７５７号、名称「サンプル処理デバイス圧縮システム及び方法（SAMPLE PROCESSING DEVICE COMPRESSION SYSTEMS AND METHODS）」（２００５年７月５日出願）により詳細に記載されている可能性がある。ただし、簡潔には、熱構造２０８の温度は、好ましくはいずれか好適な技術によって制御することができ、移動表面２０６が、該移動表面２０６と接触して置かれたサンプル処理ディスクなどの品目の温度を制御するために熱構造２０８に出入りする熱エネルギーの移動を促進する。

熱的に制御されるべき品目がサンプル処理ディスクである場合、ディスクを移動表面２０６の形状に共形にすることによって、熱構造とディスクとの間の熱エネルギー移動の増進を達成することができる。ディスクの一部分だけ、例えば環状の処理リングだけが移動表面と接触している場合、ディスク２１０のその部分だけが、移動表面２０６の形状に共形となるように変形されることが好ましい可能性がある。

図６は、サンプル処理ディスク２１０が本体２５０を含み、該本体２５０各々が、接着剤（好ましくは感圧接着剤）層２７１及び２８１各々を使用して該本体に取り付けられたカバー２７０及び２８０を有するような状況の一例を描く。カバー２７０及び２８０は、好ましくは、本明細書に記載のように、環状の処理リングの領域だけに概ね限られていてよい。層２７１及び２８１に粘弾性の感圧接着剤を使用すると、やはり本明細書に記載のように、ディスク２１０の環状の処理リングの弾性を改善することができる。

図に描かれるように移動表面２０６の形状に共形となるようにディスク２１０を変形させることによって、熱構造２０８とサンプル処理ディスク２１０との間の熱結合効率を改善することができる。サンプル処理ディスク２１０のそのような変形は、移動表面２０６に面するサンプル処理ディスク２１０の表面又は該移動表面２０６自体が、変形がない場合には均一な接触に干渉する虞のある凹凸を含む場合でも、接触を促進するのに有用な可能性がある。

移動表面２０６の形状に共形となるためのサンプル処理ディスク２１０の変形をさらに促進するために、カバー２００に、移動表面２０６に関してサンプル処理ディスク２１０上に圧縮力をもたらすために使用される圧縮リング２０２及び２０４を含むことが好ましい場合があり、その結果、リング２０２及び２０４は、サンプル処理ディスク２１０に―本質的に、移動表面２０６に面するディスク２１０の環状の処理リングをまたいで―接触する。カバー２００とディスク２１０の環状の処理リングとの間の接触をリング２０２及び２０４だけに制限することによって、カバー２００とディスク２１０との間の限られた接触面積を通じて移動される熱エネルギーがより少なくなるので、熱制御の向上を達成することができる。

図６に見られるように、ディスク２１０の変形は、好ましくは、ディスク２１０の主表面に垂直な方向、すなわち、やはりディスクの主表面に垂直な方向とも記述できる図６に描かれるｚ軸に沿った方向の、環状の処理の撓みを伴うことができる。

本明細書及び特許請求の範囲で使用されるとき、文脈で明確に指示されない限り、単数形「ａ」、「ａｎｄ」、及び「ｔｈｅ」は、複数形の指示対象を含む。ゆえに、例えば、「ａ」又は「ｔｈｅ」の付いた構成要素は、１つ若しくは複数の構成要素及び当業者に公知のそれらの同等物を包含する可能性がある。

本明細書で引用されるすべての参考文献及び刊行物は、それらの全体を明示的に本開示に参考として組み込まれる。本発明の代表的な諸実施形態について議論し、本発明の範囲内にある可能ないくつかの変形形態を参照してきた。本発明におけるこれら及び他の変形形態並びに修正形態は、本発明の範囲から逸脱することなく当業者には明らかであり、本発明が本明細書で示された代表的な諸実施形態だけに制限されないことを理解すべきである。それゆえに、本発明は、特許請求の範囲およびその等価物によってのみ限定される。

本発明によるマイクロ流体サンプル処理ディスクの代表的な一実施形態の１つの主表面の平面図。図１の線２−２に沿った図１のディスクの１つの流体構造物の拡大断面図。図１のディスクの反対側の主表面の平面図。本発明のサンプル処理ディスクの一実施形態における処理チャンバの円形アレイの一部分の拡大図。本発明によるマイクロ流体サンプル処理ディスクの別の代表的な実施形態の一部分の断面図。熱移動表面に共形となるように撓んだサンプル処理ディスクの拡大断面図。

Claims

第１及び第２の主表面を含む本体と、
複数の流体構造物と、
前記本体の前記第１の主表面に取り付けられた第１の環状カバーと、
前記本体の前記第２の主表面に取り付けられた第２の環状カバーと、
前記本体の前記第２の主表面に取り付けられた中央カバーと、
を有するマイクロ流体サンプル処理ディスクであって、
前記複数の流体構造物の各々は、
開口部を備えた投入ウェルと、
前記投入ウェルの径方向外側に配置されるとともに、前記本体の前記第１及び第２の主表面を貫いて形成された空隙を有する処理チャンバと、
前記投入ウェルを前記処理チャンバに連結するとともに、前記本体の前記第２の主表面に形成された内側チャネルと、前記本体の前記第１の主表面に形成された外側チャネルと、前記本体の前記第１及び第２の主表面を貫いて形成されかつ前記内側チャネルを前記外側チャネルに連結するビアとを有するデリバリチャネルと、を有し、
前記複数の流体構造物の前記ビア及び前記処理チャンバは、前記本体上に環状リングを画定し、
前記第１の環状カバーは、前記本体の前記第１の主表面において前記ビア、前記外側チャネル及び前記処理チャンバを画定し、
前記第２の環状カバーは、前記本体の前記第２の主表面において前記複数の流体構造物の前記処理チャンバを画定し、前記第２の環状カバーの内縁部は、前記複数の流体構造物の前記ビアによって画定された前記環状リングの径方向外側に位置し、
前記中央カバーは、前記本体の前記第２の主表面において前記内側チャネル及び前記ビアを画定し、前記中央カバーの外縁部は、前記複数の流体構造物の前記ビアによって画定された前記環状リングの径方向外側に位置し、
前記第２の環状カバーは前記中央カバーの径方向外側に配置される、マイクロ流体サンプル処理ディスク。
前記第２の環状カバーは金属を有し、前記中央カバーは前記第２の環状カバーより熱伝導率が低い１つ以上の材料から形成される、請求項１に記載のマイクロ流体サンプル処理ディスク。