JP6205055B2 - マイクロ流体チップ - Google Patents

Description

本発明は、粒子または細胞物質を、層流を用いて、様々な成分及び断片に分離するために用いられるマイクロ流体チップデザインに関する。

本発明は、粒子または細胞物質を、層流を用いて、様々な成分及び断片に分離するために用いられるマイクロ流体チップデザインに関する。

［関連分野の説明］
様々な粒子または細胞物質の分離、例えば、精子を非生存または非運動精子から生存運動精子に分離する、または、性別によって分離する場合、その処理は、時間がかかり、厳しい体積の制約が課される作業であることが多い。そのため、現在の分離技術は、例えば、望ましい成果または細胞物質の処理体積をタイムリーに生み出すことができない。

そこで、連続的で、スループットが高く、時間を節約し、分離される様々な成分に与える損傷が無視できるほどまたは最小限であるような分離技術及び装置が必要とされている。さらに、このような装置及び方法は、精子の分類のみならず、血液及びウィルス、細胞小器官、球形構造、コロイド懸濁液ならびに他の生物学的材料を含む他の細胞物質の分離において、生物学的及び医療エリアへのさらなる適用可能性を有さなければならない。

本発明は、マイクロ流体チップシステムに関し、これは、マイクロ流体チップホルダに搭載されるマイクロ流体チップカセットに装填されるマイクロ流体チップを含む。

一実施形態において、マイクロ流体チップは、複数のチャネルが配置される複数の層を含み、複数のチャネルは、分離されるべき複数の成分のサンプル流体混合物が投入されるサンプル投入チャネルと、複数のシース流体が投入され、第１の交点においてサンプル投入チャネルと交差する第１の複数のシース流体チャネルであって、複数のシース流体は、少なくとも２つの側面においてサンプル流体混合物を圧縮し、サンプル流体混合物は、層流をサンプル投入チャネルに維持しつつ、複数のシース流体によって画定される相対的により小さく、より細い流れとなる、第１の複数のシース流体チャネルと、第１の複数のシース流体チャネルと実質的に同じ寸法であり、複数のシース流体が投入され、サンプル投入チャネルより実質的に９０度上及び下に向かう第２の方向において、第１の交点の下流側にある第２の交点でサンプル投入チャネルと交差する、第２の複数のシース流体チャネルであって、第２の複数のシース流体チャネルからの複数のシース流体は、サンプル流体混合物を圧縮し、サンプル流体混合物の複数の成分は、サンプル投入チャネルに層流をさらに維持しつつ、圧縮され、予め定められた方向に方向付けられる、第２の複数のシース流体チャネルと、サンプル投入チャネルから延びる複数の流出チャネルであって、複数の成分及び複数のシース流体をマイクロ流体チップから除去する複数の流出チャネルと、を含む。

一実施形態において、マイクロ流体チップは、サンプル投入チャネルのサンプル流体混合物の複数の成分を、第２の交点の下流側に配置されるインタロゲーションチャンバにおいて、インタロゲート及び特定するインタロゲーション装置を含む。

一実施形態において、マイクロ流体チップは、インタロゲーションチャンバの下流側にあるサンプル流体混合物の複数の成分から複数の選択成分を分離する分離メカニズムを含み、これは、サンプル投入チャネルにおけるサンプル流体混合物の流れの軌道を変位させ、変位されたサンプル流体混合物の流れにおける複数の選択成分をインタロゲーションチャンバから延びる複数の流出チャネルの１つに押し出すことによる。

一実施形態において、マイクロ流体チップは、少なくとも１つの換気口によってジェットチャンバに導入された複数のシース流体を含む少なくとも１つのジェットチャンバと、少なくとも１つのジェットチャンバに接続される少なくとも１つのジェットチャネルであって、インタロゲーションチャンバにおいてサンプル投入チャネルに入る、少なくとも１つのジェットチャネルと、をさらに含む。

一実施形態において、分離メカニズムは、サンプル投入チャネルの少なくとも１つの側面に配置される少なくとも１つの圧電アクチュエータアセンブリを含む。

一実施形態において、圧電アクチュエータアセンブリは、外部積層圧電アクチュエータアセンブリである。

一実施形態において、マイクロ流体チップは、ジェットチャンバの各々をカバーする隔膜をさらに含み、外部積層圧電アクチュエータアセンブリは、ジェットチャンバにおける複数のシース流体を、サンプル投入チャネルへと駆動し、サンプル投入チャネルにおけるサンプル流体混合物の流れの軌道を、複数の流出チャネルの１つに変位させるべく、隔膜に整合するとともにこれを変位させる。

一実施形態において、外部積層圧電アクチュエータアセンブリは、マイクロ流体チップホルダに配置される。

一実施形態において、マイクロ流体チップは、圧電アクチュエータアセンブリに接続される電子回路をさらに含み、電子回路は、隔膜と接触する圧電アクチュエータからの抵抗力によって生成される電子信号を増幅させる。

一実施形態において、圧電フィルムからの電気信号は、外部積層圧電アクチュエータアセンブリによって生成される歪みの量を示す。

一実施形態において、接触のインジケータは、圧電アクチュエータと隔膜との間に接触が形成された場合に、自動的にオンにされる。

一実施形態において、接触が検知された場合に、電子信号は、設定閾値を超え、圧電アクチュエータアセンブリは、複数のシース流体をジェットチャンバからサンプル流体チャネルへと噴出させるべく、ジェットチャンバを圧縮する。

一実施形態において、接触のインジケータは、光、音、触感またはこれらの任意の組み合わせを含む。

一実施形態において、圧電アクチュエータアセンブリは、ジェットチャンバをカバーする柔軟な隔膜と、付着メカニズムによって隔膜の上面に接着される圧電材料と、を含む。

一実施形態において、圧電アクチュエータアセンブリの複数の電極に電圧が加えられた場合、柔軟な隔膜は、複数の選択成分を複数の流出チャネルの１つへと逸らせるべく、ジェットチャンバへと撓み、複数のシース流体をジェットチャンバからサンプル投入チャネルへと押し出す。一実施形態において、ジェットチャネルは、それがサンプル投入チャネルに接続する場合にテーパ状となる。

一実施形態において、マイクロ流体チップは、複数の流出チャネルの複数の端部に配置される複数の流出部をさらに含む。

一実施形態において、複数の流出チャネルは、サンプル投入チャネルより寸法が増大する。

一実施形態において、マイクロ流体チップは、複数の流出部を分離するべく、マイクロ流体チップの下端に配置される複数の切欠きをさらに含む。

一実施形態において、サンプル投入チャネル及び複数のシースチャネルは、マイクロ流体チップの１つまたは複数の平面に配置される。

一実施形態において、サンプル投入チャネル及び複数のシースチャネルは、マイクロ流体チップの１つまたは複数の構造層に、または複数の構造層の間に配置される。

一実施形態において、複数のシースチャネルの少なくとも１つは、サンプル投入チャネルが配置される平面と異なる平面に配置される。

一実施形態において、複数のシースチャネルの少なくとも１つは、サンプル投入チャネルが配置される構造層と異なる構造層に配置される。

一実施形態において、サンプル投入チャネルは、複数のシースチャネルとの第１の交点へのエントリポイントにおいてテーパ状となる。一実施形態において、サンプル投入チャネルは、インタロゲーションチャンバに向かってテーパ状となる。

一実施形態において、複数のシース流体チャネルは、第１の交点または第２の交点の少なくとも１つで、サンプル投入チャネルへの複数のエントリポイントにおいてテーパ状となる。

一実施形態において、インタロゲーションチャンバは、マイクロ流体チップの複数の構造層を通って切断される開口を含み、上窓は、複数の構造層の少なくとも１つの層の開口において第１のカバーを受容するように構成され、下窓は、複数の構造層の少なくとも１つの層の開口において第２のカバーを受容するように構成される。

一実施形態において、インタロゲーションチャンバは、マイクロ流体チップの複数の平面を通って切断される開口を含み、上窓は、マイクロ流体チップの複数の平面のうち少なくとも１つの平面の開口において第１のカバーを受容するように構成され、下窓は、マイクロ流体チップの複数の平面のうち少なくとも１つの平面の開口において第２のカバーを受容するように構成される。

一実施形態において、インタロゲーション装置は、サンプル流体混合物の複数の成分を照射及び励起するべく、第１のカバーを通してビームを発するように構成される光源を含み、ビームによって誘導され発せられた光は、第２のカバーを通過し、対物レンズによって受容される。

一実施形態において、インタロゲーション装置は、サンプル流体混合物の複数の成分を照射及び励起するべく、マイクロ流体チップの複数の構造層を通してビームを発するように構成される光源を含み、ビームによって誘導され発せられた光は、対物レンズによって受容される。

一実施形態において、インタロゲーション装置は、サンプル流体混合物の複数の成分を照射及び励起するべく、マイクロ流体チップの複数の平面を通してビームを発するように構成される光源を含み、ビームによって誘導され発せられた光は、対物レンズに受容される。

一実施形態において、対物レンズによって受容された発せられた光は、圧電アクチュエータアセンブリのトリガとなる電子信号に変換される。

一実施形態において、サンプル流体混合物または複数のシース流体の１つは、圧送装置によって、マイクロ流体チップに圧送される。一実施形態において、外部管は、複数の流体を、マイクロ流体チップに連通させる。一実施形態において、複数の成分は、複数の細胞である。

一実施形態において、分離されるべき複数の細胞は、非生存または非運動精子からの生存運動精子、性別及び他の性別分類バリエーションによって分離された精子、集団細胞から分離された複数の幹細胞、複数の精子細胞を含む複数の未標識細胞から分離された１つまたは複数の標識細胞、望ましいまたは望ましくない特性によって明確にされる、複数の精子細胞を含む複数の細胞、特定の特徴に係る核ＤＮＡにおいて分離された複数の遺伝子、複数の表面マーカに基づいて分離された複数の細胞、膜完全性または生存性に基づいて分離された複数の細胞、可能なまたは予測される再生ステータスに基づいて分離された複数の細胞、凍結生存能力に基づいて分離された複数の細胞、複数の汚染物質または破片から分離された複数の細胞、複数の損傷細胞から分離された複数の健康な細胞、プラズマ混合物の複数の白血球及び血小板から分離された複数の赤血球細胞、または、複数の任意の他の細胞成分から複数の対応する断片に分離された複数の任意の細胞の少なくとも１つを含む。

一実施形態において、複数の分離成分は、複数の流出チャネルの１つに移動させられ、複数の未選択成分は、複数の流出チャネルのうち他のものを通って流出する。

一実施形態において、マイクロ流体チップは、サンプル流体混合物または複数のシース流体の１つのマイクロ流体チップへの圧送を制御するコンピュータをさらに含む。

一実施形態において、マイクロ流体チップは、マイクロ流体チップの開口上に配置されるＣＣＤカメラによって取得された視野に、複数の成分を表示するコンピュータをさらに含む。

一実施形態において、マイクロ流体チップシステムは、マイクロ流体チップホルダに搭載されるマイクロ流体チップカセットに装填されたマイクロ流体チップであって、サンプル流体をマイクロ流体チップに導入するためのサンプル投入部、及びシース流体をマイクロ流体チップに導入するための複数のシース投入部を有するマイクロ流体チップと、サンプル流体を貯留部からマイクロ流体チップのサンプル投入部に圧送し、複数のシース流体をマイクロ流体チップの複数のシース投入部に圧送する圧送メカニズムと、を含む。

一実施形態において、流体混合物の複数の成分を方向付け及び分離する方法は、複数の成分を含むサンプル流体混合物をマイクロ流体チップのサンプル投入チャネルに投入する段階と、マイクロ流体チップの複数の第１のシース流体チャネルに複数のシース流体を投入する段階であって、複数の第１のシース流体チャネルからの複数のシース流体は、複数の第１のシース流体チャネル及びサンプル投入チャネルの第１の交点において、サンプル投入チャネルのサンプル流体混合物に合流し、複数の第１のシース流体チャネルからの複数のシース流体は、サンプル流体混合物の複数の成分をサンプル投入チャネルの中央の周りに集中させるべく、サンプル投入チャネルの一方向にサンプル流体混合物を圧縮する、段階と、マイクロ流体チップの複数の第２のシース流体チャネルに複数のシース流体を投入する段階であって、複数の第２のシースチャネルからの複数のシース流体は、第１の交点の下流側にある、複数の第２のシース流体チャネル及びサンプル投入チャネルの第２の交点において、サンプル投入チャネルのサンプル流体混合物に合流し、複数の第２のシース流体チャネルからの複数のシース流体は、複数の成分がサンプル投入チャネルを通って流れる際、幅及び深さの両方だけ、複数の成分がサンプル投入チャネルの中央に集中及び整合するように、サンプル流体混合物を、第２の交点において第２の方向にさらに圧縮し、複数のシース流体は、複数の成分がサンプル流体チャネルを通って流れる際、複数の成分を選択方向に圧縮及び方向付けるべく、複数の成分に作用する、段階と、を含む。

このように、本発明によるいくつかの特徴が、後述されるそれらの詳細な説明がより良く理解され、当分野への本貢献がより良く理解されるべく、概説された。勿論、後述される本発明による複数の追加的特徴は、本明細書に添付された特許請求の範囲の主題を形成する。

この点で、本発明による少なくとも一実施形態を詳細に説明する前は、本発明は、以下の説明において説明され、または複数の図面において示される複数の成分の構造及び構成の詳細に対するその用途において、限定されるものではないことを理解されたい。本発明による複数の方法及び複数の装置は、複数の他の実施形態をとり、様々な態様で実施及び実行されることが可能である。また、本明細書において用いられる語句及び用語は、以下に含まれる要約と同様に、説明目的であって、限定のためのものとみなされるべきではないことを理解されたい。

これ自体は、当業者であれば、本開示のベースとなる概念が、本発明のいくつかの目的を実行するための他の構造、方法及びシステムを設計するための基礎として、容易に利用可能であることが理解されよう。従って、重要なことは、特許請求の範囲は、本発明による複数の方法及び複数の装置の趣旨及び範囲から逸脱しない限り、これらと均等な複数の構成を含むものとみなされることである。

本発明の目的、特徴及び利点は、以下の開示への説明が添付図面と併せて考慮されることによって、より容易に理解されよう。
本発明による一実施形態に係るマイクロ流体チップの例示的な実施形態の分解斜視図を示す。 本発明による変形実施形態に係る図１の組み立てられたマイクロ流体チップの平面図を示す。 本発明による変形実施形態に係る図１の組み立てられたマイクロ流体チップの平面図を示す。 本発明による変形実施形態に係る図１の組み立てられたマイクロ流体チップの平面図を示す。 本発明による一実施形態に係る図１及び図２Ａから図２Ｃのマイクロ流体チップのインタロゲーションチャンバの断面図を示す。 本発明による一実施形態に係る、図１及び図２Ａから図２Ｃのマイクロ流体チップを通って流体混合物を流れる複数の成分の光源による例示的なインタロゲーション、及び２つの（鏡像関係にある）圧電アクチュエータアセンブリの１つの例示的な動作の内部断面図を示す。 本発明による一実施形態に係る、図１及び図２Ａから図２Ｃのマイクロ流体チップを通って流れる複数の成分、及び２段階集中化の例示的な動作の内部斜視図及び斜位図を示す。 本発明による一実施形態に係る、図１―２Ｃのマイクロ流体チップに配置される複数のチャネル及びインタロゲーションチャンバの斜視図及び斜位図を示す。 本発明による一実施形態に係るマイクロ流体チップホルダの本体の正面図の模式図を示す。 本発明による一実施形態に係る図６のマイクロ流体チップホルダの圧電アクチュエータアセンブリの側面図の模式図を示す。 本発明による一実施形態に係るマイクロ流体チップホルダの正面図の模式図を示す。 本発明による一実施形態に係る、サンプル流体及びシースまたはバッファ流体をマイクロ流体チップに圧送する圧送メカニズムを示す。

複数の例示的な実施形態を詳細に示す複数の図を参照する前に、本開示は、記載において説明されたまたは複数の図において示された詳細または方法論に限定されるものではないことを理解されたい。用語は、説明のみを目的とするものであり、限定的とみなされるべきではないことも理解されたい。同じまたは同様の部分を指すために、同じまたは同様の参照番号を、全ての図面において用いるよう図られている。

本開示は、マイクロ流体チップデザインに関し、これは、粒子または精子のような細胞物質、及び他の粒子または細胞を、層流を用いて、様々な成分及び断片に分離するために用いられる。

本発明の様々な実施形態は、混合物の複数の成分を分離するために、例えば、生存運動精子を非生存または非運動精子から分離すること、性別及び他の性別分類バリエーションによって精子を分離すること、複数の幹細胞を集団細胞から分離すること、望ましい／望ましくない特性を明確にして、１つまたは複数の標識細胞を複数の未標識細胞から分離すること、特定の特徴に係る核ＤＮＡの複数の遺伝子を分離すること、複数の表面マーカに基づいて複数の細胞を分離すること、膜の完全性（生存性）、可能なまたは予測される再生ステータス（受精率）、凍結生存能力等に基づいて、複数の細胞を分離すること、複数の細胞を複数の汚染物質または破片から分離すること、（骨髄抽出でのように）複数の健康な細胞を複数の損傷細胞（すなわち、癌性細胞）から分離すること、複数の赤血球細胞をプラズマ混合物の複数の白血球及び血小板から分離すること、複数の任意の細胞を複数の任意の他の細胞成分から複数の対応する断片に分離すること、を提供する。

さらに、本開示の主題は、同様に、他の医療用途にも適している。例えば、後述される様々な複数の層流は、全血が老廃物を除去されて患者に戻される、腎臓透析処理の一部として利用可能である。さらに、本開示の様々な実施形態は、細胞、ウィルス、バクテリア、細胞小器官もしくはサブパート、球形構造、コロイド懸濁液、脂質ならびに脂質球、ゲル、非混和性粒子、割球、細胞凝集、微生物、及び他の生物学的材料の分離のような、他の生物学的または医療エリアへのさらなる適用可能性を有してもよい。例えば、本開示に係る複数の成分の分離は、（バクテリアのような）汚染物質が細胞懸濁液から除去される細胞「洗浄」を含んでもよく、医療及び食品産業の用途において特に有用たり得る。意義深いことには、先行技術である流れをベースとした技術は、本発明のように、非運動細胞成分の分離への適用を何ら認識していなかった。

本開示の主題は、種を１つの溶液から他の溶液へと移動させることにも利用可能であり、ここでは、ろ過または遠心分離による分離は、非実用的であるか、または望ましくない。上述された複数の用途に加えて、追加的な複数の用途は、例えば、所与のサイズの複数のコロイドを、他のサイズの複数のコロイドから（研究または商業的な用途のために）分離すること、細胞、卵細胞等のような複数の粒子を洗浄する（これらが含有される媒体を有効に置換し、汚染物質を除去する）こと、または、塩及び界面活性剤の溶液からのナノチューブのような複数の粒子を、異なる塩分濃度または界面活性剤なしのもので洗浄することを含む。

複数の種の分離の動作は、自己運動性、自己拡散性、自由落下速度、またはアクチュエータ、電磁場もしくはホログラフィック光学トラップのような外部力下での動作を含む、物体または成分の多数の物理特性によって異なることがある。分類の基になる複数の特性は、例えば、細胞運動性、細胞生存性、物体のサイズ、物体の質量、物体の濃度、物体が流れの中で互いにまたは他の物体を引きつけるまたはこれらと反発する傾向、物体の電荷、物体の界面化学、及び、特定の他の物体（すなわち、分子）がその物体に付着する傾向を含む。

複数のマイクロ流体チップの様々な実施形態は、後述されるように、１つまたは複数のフローチャネルを利用し、これらは、複数の実質的に層流を有し、１つまたは複数の成分が特定のためにインタロゲートされ、１つまたは複数の流出部へ流出する複数の流れに分離されることを可能にする。さらに、混合物の様々な成分は、例えば、流れのメカニズムまたは光ピンセットもしくはホログラフィック光学トラップのようなさらなる分離メカニズムを用いることによって、または、磁性（すなわち、磁性ビーズの利用）によって、オンチップで分離されてもよい。本発明の様々な実施形態は、これにより、複数の成分を、連続的な閉システム内で、先行技術の方法のように損傷及び汚染の可能性なく、具体的には精子分離において定められるように、連続的に分離することを実現する。本発明の連続処理は、複数の成分を分離する際に、大幅な時間の節約をさらに実現する。

以下の説明は、非生存または非運動精子から生存運動精子への精子分離、もしくは性別及び他の性別分類バリエーションによって精子を分離すること、または、望ましい／望ましくない特性等を明確にして、１つまたは複数の標識細胞を複数の未標識細胞から分離することを中心とするが、本発明の装置、方法及びシステムは、流体流内における蛍光技術によるインタロゲートが可能な、または、異なる流出への異なる流体流の間で操作可能な、他の種類の粒子状物質、生物質または細胞物質に拡張されてもよい。

本主題は、図１―５に示されるマイクロ流体チップ１００及び図６―９に示されるマイクロ流体チップホルダ２００に対して詳細に説明されるが、この説明は、本明細書で説明される様々な他の実施形態またはこれらのあらゆる変形に等しく適用されることを理解されたい。

［マイクロ流体チップアセンブリ］
図１は、マイクロ流体チップ１００の例示的な実施形態である。マイクロ流体チップ１００は、適切なサーモプラスチック（例えば、低自動蛍光発光ポリマ等）から、当業者に周知のように、エンボス処理または射出成形処理を通して製造され、適したサイズである。

マイクロ流体チップ１００は、複数の構造層を含み、ここには、サンプル投入チャネル、シースまたはバッファ流体チャネル、流出チャネル等として機能する複数のマイクロチャネルが配置される。複数のマイクロチャネルは、微粒子層流を収容するのに適したサイズであり、チップ１００の複数の層のいずれかにおいて、本発明の目的が実現される限りにおいて、適切な長さで配置されてもよい。マイクロ流体チップ１００を通る望ましい流速は、圧送メカニズム、複数のマイクロチャネルの様々な位置に狭小部を設けること、及び／または、複数の障害物もしくは複数の仕切りを複数のマイクロチャネル内に設けることによって、チップ１００内のマイクロチャネルの適切な寸法を維持しつつ、チップ１００への予め定められた導入流速によって制御されてもよい。

複数の投入部が、マイクロ流体チップ１００に設けられ、これらは、複数のマイクロチャネル／複数のチャネルへのアクセスを提供する。一実施形態において、図１及び図２Ａから図２Ｃに示されるように、サンプル投入部１０６は、サンプル流体混合物１２０（図４―５参照）の複数の成分１６０のサンプルを、貯留源（図９参照）からマイクロ流体チップ１００のサンプル投入チャネル１６４Ａに導入するために用いられる。マイクロ流体チップ１００は、シースまたはバッファ流体を導入するための少なくとも１つのシース／バッファ投入部（一実施形態において、シース／バッファ投入部１０７、１０８）をさらに含む。一実施形態において、シース／バッファ投入部１０７及びシース／バッファ投入部１０８を含む２つのシース／バッファ投入部がマイクロ流体チップ１００にあり、これらは両方とも、サンプル投入部１０６近傍に配置され、これらは両方とも、シースまたはバッファ流体をマイクロ流体チップ１００に導入する。シースまたはバッファ流体は、マイクロ流体の技術分野において周知であり、一実施形態において、流体混合物の複数の成分１６０（すなわち、複数の精子細胞）の生存性を維持するために、当技術分野において周知の栄養分を含有してもよい。シース／バッファ投入部１０７、１０８の位置は、異なってもよく、これらは、チップ１００の同じまたは異なる構造層にある複数のマイクロチャネルにアクセスしてもよい。

一実施形態において、充填孔または換気口１２１、１２２が、封止されていない場合には、シースまたはバッファ流体をジェットチャンバ１３０、１３１（後述）に導入するために用いられてもよい。

一実施形態において、主チャネル１６４（図２Ａ参照）から延びる複数の流出チャネルは、マイクロ流体チップ１００を通って流れた、分離成分１６０及び／またはシースまたはバッファ流体を含む流体を除去するために設けられる。一実施形態において、図１及び図２Ａから図２Ｃに示されるように、左側流出チャネル１４０、中央流出チャネル１４１及び右側流出チャネル１４２を含む３つの流出チャネル１４０―１４２がある。左側流出チャネル１４０は、第１の流出部１１１において終端し、中央流出チャネル１４１は、第２の流出部１１２において終端し、右側流出チャネル１４２は、第３の流出部１１３において終端する。しかしながら、流出部の数は、流体混合物１２０から分離されるべき成分１６０の数に応じて、少なくてもよく、多くてもよい。

一実施形態において、直線状の端部の代わりに、必要な場合には、複数の切欠きまたは凹部１４６が、複数の流出部（すなわち、流出部１１１―１１３）を分離し、外部管等を取り付けるために、マイクロ流体チップ１００の下端に配置される。第１の流出部１１１、第２の流出部１１２及び第３の流出部１１３は、インタロゲーションチャンバ１２９（図２Ａ−４参照）から発する流出チャネル１４０―１４２を介して到達される。

一実施形態において、マイクロ流体チップ１００は、複数のマイクロチャネルが配置される複数の構造層を有する。複数のチャネルは、１つまたは複数の層に、または複数の層の間に配置されてもよい。一実施形態において、図１に示されるように、例として、４つの構造的プラスチック層１０１―１０４が、マイクロ流体チップ１００を備えるものとして示される。しかしながら、当業者であれば、より少ないまたは追加の層が用いられてもよく、本発明の目的が実現される限り、複数のチャネルが、複数の層のいずれに配置されてもよいことは承知であろう。

任意の望ましい形状のガスケットまたはＯリングが、マイクロ流体チップ１００とマイクロ流体チップホルダ２００（図６参照）との間に固い封止を維持するべく設けられてもよい。ガスケットの場合、これは、望ましいように、任意の構成または材料（すなわち、ゴム、シリコン等）の単一のシートまたは複数の成分であってもよい。一実施形態において、図１に示されるように、第１のガスケット１０５は、マイクロ流体チップ１００の１つの端部に配置され、層１０４と結合し、または（エポキシを用いて）これに接着される。複数の孔１４４は、第１のガスケット１０５に設けられ、サンプル投入部１０６、シース／バッファ投入部１０７、シース／バッファ投入部１０８及び換気口１２１、１２２へのアクセスを提供するべく、これらと整合するように構成される。

一実施形態において、第２のガスケット１４３は、第１のガスケット１０５の反対側のマイクロ流体チップ１００の他の端部に配置され、上構造層１０４と結合し、または（エポキシを用いて）これに接着される。第２のガスケット１４３は、マイクロ流体チップホルダ２００（図６参照）におけるマイクロ流体チップ１００の封止、安定化またはバランス維持を助けるように構成される。

一実施形態において、複数の孔及び複数のポスト１４５は、チップ加工中に複数の層（すなわち、層１０１―１０４）を固定及び整合させるべく、マイクロ流体チップ１００における様々な便利な位置に配置される。

一実施形態において、複数の成分１６０を含むサンプル流体混合物１２０は、サンプル投入部１０６に導入され、流体混合物１２０は、主チャネル１６４を通ってインタロゲーションチャンバ１２９（図２Ａ、４および５参照）に向かって流れる。シースまたはバッファ流体１６３は、シース／バッファ投入部１０７、１０８に導入され、それぞれチャネル１１４、１１５および１１６、１１７を通って主チャネル１６４へと流れ、複数の流出チャネル１４０―１４２を通って流出する前にインタロゲーションチャンバ１２９へと向かう。

一実施形態において、チャンバ１３０、１３１が製造中にシースまたはバッファ流体１６３で充填されていない場合に、シースまたはバッファ流体１６３は、マイクロ流体チップ１１０の製造後にチャンバ１３０、１３１を充填するべく、換気口１２１、１２２を通ってジェットチャンバ１３０、１３１に導入されてもよい。上述されたように、用いられるシースまたはバッファ流体１６３は、マイクロ流体の当業者に周知である。

一実施形態において、主チャネル１６４からの流体混合物１２０は、チャネル１１４、１１５からのシースまたはバッファ流体１６３と、マイクロ流体チップ１００の同じ平面の交点１６１において合流する。一実施形態において、チャネル１１６、１１７からのバッファ流体１６３は、混ぜ合わされた流体混合物１２０及び第２の交点１６２の下流側にある第１の交点１６１からのシースまたはバッファ流体１６３に合流する。一実施形態において、チャネル１１４、１１５は、本発明の目的を達成するために望ましい流速が実現される限りにおいて、チャネル１１６、１１７と実質的に同じ寸法である。

一実施形態において、チャネル１１４―１１７、１２３、１２４、１４０―１４２、１２５ａ、１２５ｂ、１２６ａ、１２６ｂ、１２７、１２８は、実質的に同じ寸法を有してもよいが、しかしながら、当業者であれば、本発明の目的を達成するために望ましい流速が実現される限りにおいて、マイクロ流体チップ１００の複数のチャネルのいずれかまたは全てのサイズが、異なる寸法（すなわち、５０から５００ミクロンの間）であってもよいことは承知であろう。

一実施形態において、マイクロ流体チップ１００のチャネル１１４―１１７、１２３、１２４、１４０―１４２、１２５ａ、１２５ｂ、１２６ａ、１２６ｂ、１２７、１２８は、寸法が異なってもよいだけではなく、複数のチャネルを通る流体の流れを制御するべく、チップ１００の複数の他のチャネルへのエントリポイントにおいてテーパ状の形状を有してもよい。例えば、主チャネル１６４は、交点１６１（図５Ｂ参照）へのエントリポイントにおいて、交点１６１へのサンプル１２０の流れを制御し、その速度を上げるためにテーパ状であってもよく、チャネル１１４、１１５からのシースまたはバッファ流体１６３が、（テーパ状のチャネル１６４がチャネル１６４Ａに合流する位置に応じて）全ての側面でない場合には少なくとも２つの側面において、第１の方向（すなわち水平）にサンプル流体混合物１２０を圧縮することを可能にしてもよい。つまり、サンプル流体混合物１２０は、チャネル１６４Ａの層流を維持しつつ、シースまたはバッファ流体１６３によって画定されまたは囲まれた、相対的により小さく、より細い流れとなる。しかしながら、当業者であれば、本発明の目的が得られる限りにおいて、交点１６１に入る主チャネル１６４が、長方形または円形チャネルのような任意の物理的構成たり得ることは承知であろう。

例示的な一実施形態において、チャネル１１６、１１７の少なくとも１つは、マイクロ流体チップ１００において、チャネル１６４が配置される層とは異なる構造層に配置される。例えば、シースまたはバッファ流体１６３が交点１６２において流体混合物１２０に合流する場合、チャネル１１６、１１７が（層１０２にある）他のチャネル１６４および１１４、１１５と異なる平面にあるように、チャネル１１６は、層１０３に配置されてもよく、チャネル１１７は、層１０１（図１参照）に配置されてもよい。一実施形態において、主チャネル１６４は、層１０２、１０３の間に配置されるが（図３参照）、しかしながら、当業者であれば、チャネル１１４―１１７、１６４、１２３、１２４、１４０―１４２、１２５ａ、１２５ｂ、１２６ａ、１２６ｂ、１２７、１２８等が任意の層に、または任意の２つの層の間に配置され得ることは承知であろう。さらに、チャネル１１４―１１７、１６４、１２３、１２４、１４０―１４２、１２５ａ、１２５ｂ、１２６ａ、１２６ｂ、１２７、１２８等は、複数の図に示されるように例示的な複数の実施形態において説明されるが、当業者であれば、本発明の説明される特徴が実現される限りにおいて、チップ１００の複数のチャネルの特定の構成またはレイアウトが、任意の望ましい構成であってもよいことは承知であろう。

一実施形態において、チャネル１１６、１１７のシースまたはバッファ流体は、層１０１―１０３において切断される複数の孔を介して、交点１６２の上及び下の実質的に垂直位置において、流体混合物に合流する。チャネル１１６、１１７からのシースまたはバッファ流体は、流体混合物１２０の複数の成分１６０が圧縮または押し潰され、選択されたまたは望ましい方向（下記参照）に方向付けされるように、チャネル１６４Ｂの層流をさらに維持しつつ、流体混合物１２０の流れをチャネル１６４Ｂに対して垂直に圧縮する。

一実施形態において、図１及び図２Ａから図２Ｃに示されるように、チャネル１１４、１１５および１１６、１１７は、サンプル投入部１０６によって画定された中央のポイントに対して互いに部分的に同軸となるように図示される。つまり、一実施形態において、チャネル１１４、１１５および１１６、１１７は、主チャネル１６４から等距離のチャネル１１４、１１５および１１６、１１７と実質的に平行な構成で配置される。しかしながら、当業者であれば、図示された構成が、本発明の望ましい特徴を実現する限りにおいて、異なってもよいことを認識するであろう。

さらに、一実施形態において、チャネル１１４、１１５は、好ましくは、同じ平面の交点１６１に、４５度またはそれより小さい角度で合流し、サンプル投入チャネル１６４Ａに平行なチャネル１１６、１１７は、異なる層から、実質的に９０度の角度で交点１６２に合流する。しかしながら、当業者であれば、マイクロ流体チップ１００の複数の層及び複数のチャネルの図示された複数の構成、複数の角度及び複数の構造的構成が、これらが本発明の望ましい特徴を実現するものである限りにおいて、異なってもよいことを理解するであろう。

一実施形態において、交点１６２の下流側では、流体混合物１２０の複数の成分１６０は、チャネル１６４Ｂを通ってインタロゲーションチャンバ１２９に流れ、ここで、複数の成分１６０は、インタロゲートされる。

一実施形態において、ステンレス鋼、真鍮、チタン、ニッケル合金、ポリマまたは望ましい弾性応答を有する他の適した材料の１つのような、適した材料で形成された柔軟な隔膜１７０、１７１（図１参照）は、ジェットチャンバ１３０、１３１をカバーする。一実施形態において、アクチュエータは、チャネル１６４Ｂ及びインタロゲーションチャンバ１２９（図２Ａおよび２Ｂ参照）の少なくとも１つの側面に配置されることにより、隔膜１７０、１７１を機械的に変位させ、シースまたはバッファ流体１６３を、チャネル１４６Ｂの当該側面にあるジェットチャンバ１３０、１３１の１つから噴出させまたは押し出し、複数の成分１６０を、チャネル１６４Ｃからチャネル１６４Ｂの他の側面にある流出チャネル１４０、１４２の１つに押し出す。換言すると、アクチュエータは、シースまたはバッファ流体１６３を、ジェットチャンバ１３０からチャネル１６４Ｃに噴出させ、流体混合物１２０からの複数の目標成分を分離するべく、チャネル１６４Ｃの複数の目標成分１６０を、流出チャネル１４２に押し出す。本実施形態は、複数の目標成分１６０のうち１つの種類のみが分離される場合に有用である（例えば、３つの流出チャネル１４０―１４２の代わりに、２つの流出チャネル１４１、１４２のみを必要としてもよい）（図２Ｂ参照）。

アクチュエータは、圧電、磁力、静電、油圧または空気圧型のアクチュエータの１つであってもよい。ディスク形アクチュエータアセンブリ（すなわち、１０９、１１０）が、図１及び図２Ａから図２Ｃに示されるが、当業者であれば、必要とされる機能を実行する任意の種類または形状のアクチュエータが利用可能であることは承知であろう。

他の実施形態において、アクチュエータは、（図２Ａに示されるように）チャネル１６４Ｂのいずれかの側面に配置されるが、他の実施形態において、（相対的に小さいサイズの）１つより多くのアクチュエータが、チャネル１６４Ｂの１つまたは複数の側面に配置され、ジェットチャネル（図２Ｃ参照）を介してチャネル１６４Ｂに接続されてもよい。

アクチュエータの機能の以下の説明は、図２Ａを参照してなされるが、当業者であれば、それが本発明の複数の特徴を実現する限りにおいて、チップ１００上の位置に配置される任意の種類のアクチュエータが適用可能であることは承知であろう。

一実施形態において、隔膜１７０、１７１をアクティブ化し、シースまたはバッファ流体１６３をチャンバ１３０、１３１からチャネル１６４Ｂに噴出させるべく、２つの外部積層圧電アクチュエータアセンブリ２０９、２１０が設けられ（図６および７参照）、隔膜１７０、１７１と整合し、これらを作動させる。外部積層圧電アクチュエータアセンブリ２０９、２１０は、マイクロ流体チップホルダ２００に配置される。積層圧電アクチュエータアセンブリ２０９、２１０の各々は、それぞれ圧電アクチュエータ２１９、２２０を含み、これらは、高共振周波数を有し、これらの各々は、シースまたはバッファ流体１６３をチャンバ１３０、１３１からチャネル１６４Ｃへ押し出すべく、隔膜１７０、１７１の中央位置に配置され、これらと接触する。

マイクロ流体チップホルダ２００は、当業者に公知な任意の種類であってもよく、圧電アクチュエータ２１９、２２０がマイクロ流体チップ１００の隔膜１７０、１７１との一定の接触を維持し得るように、圧電アクチュエータ２１９、２２０を正確に位置決めするように構成される。例えば、一実施形態において、これは、圧電アクチュエータアセンブリ２０９、２１０の各々によって達成され、これらは、圧電アクチュエータ２１９、２２０を隔膜１７０、１７１のそれぞれに対する位置に移動させる固定可能な複数の調節ねじ２０１と、複数のねじ２０２を安定化のために隔膜１７０、１７１に対して移動させるように作用するねじ切りされた本体を有する複数のつまみねじ２０２と、に搭載（または適切なエポキシを用いて接着）される。圧電アクチュエータ２１９、２２０に取り付けられたスペーサ２０３は、それとマイクロ流体チップ１００の隔膜１７０、１７１との間に実行可能な接触を可能にする。複数の調節ねじ２０１は、ユーザが、圧電アクチュエータ２０９、２１０の位置の調節を、マイクロ流体チップ１００に対して粗いまたは微細な調節の両方を行うために可能にする。複数のつまみねじ２０２は、圧電アセンブリ２０９、２１０を、主チップ本体１００に対して固定するように締められてもよく、圧電アクチュエータアセンブリ２０９、２１０を主チップ本体１００から取り外すように緩められてもよい。

一実施形態において、少なくとも１つの圧電アクチュエータ（２０９または２１０）は、プレート（図示せず）上に搭載され、これは、マイクロ流体チップ１００の隔膜（１７０または１７１）に直交する方向に並進可能である。調節ねじ２０１は、ホルダ２００に搭載され、ねじ２０１を回転させることによって、伸び縮み可能である。調節ねじ２０１の先端は、プレートに当接している。ねじ２０１が伸びると、圧電アクチュエータ２０９、２１０に沿ったプレートは、圧電アクチュエータ２０９、２１０と隔膜１７０、１７１との間で実行可能な接触が生じるように、並進動作で隔膜１７０、１７１に向かって押し出される。この方法により、圧電アクチュエータ２０９、２１０の位置決定は、圧電アクチュエータ２０９、２１０の並進のみを通して調節されるが、圧電アクチュエータ２０９、２１０が調節ねじ２０１に直接搭載される前述の実施形態においては、圧電アクチュエータ２０９、２１０の位置決定は、圧電アクチュエータ２０９、２１０の並進及び回転の組み合わせであり、この間に繊細な圧電アクチュエータ２０９、２１０への損傷が生じ得る。

他の実施形態において、電子回路は、積層圧電アクチュエータアセンブリ２０９、２１０の駆動前に、これに接続される。積層圧電アクチュエータ２１９、２２０の各々が隔膜１７０、１７１のそれぞれと接触する場合、隔膜１７０、１７１からの抵抗力は、電子信号を生成する積層圧電アクチュエータ２１９、２２０に歪みを生じさせる。つまり、電子回路は、電子信号を、ＬＥＤ（発光ダイオード）のトリガとなる予め定められた値に増幅可能である。積層圧電アクチュエータ２１９、２２０が隔膜１７０、１７１と接触する場合、ＬＥＤは自動的にオンにされ、積層圧電アクチュエータ２１９、２２０と隔膜１７０、１７１との間に接触が生じたことを示す。この接触検知は、流体１６３をチャネル１６４Ｂに噴出させるべく、アクチュエータ２１９、２２０がチャンバ１３０、１３１を圧縮するのに十分な力を可能にする。

当業者にとっては、ＬＥＤが接触インジケータの一例であることは明らかであろう。例えば、一度接触が生じて、電子信号が設定閾値を超えると、ユーザへのフィードバックが生成され、これは、以下の複数の形式、すなわち、光（すなわち、ＬＥＤ）、音（すなわち、ブザー）、触感（すなわち、バイブレータ）、またはこれらの任意の組み合わせのいずれであってもよい。つまり、ユーザは、接触の調節を停止し、接触を維持することができる。勿論、一実施形態において、上述された処理は、自動化されてもよい。

代替的な実施形態において、少なくとも１つの外部積層圧電アクチュエータアセンブリの代わりに、隔膜１７０、１７１のそれぞれを変位させ（撓ませ）、ジェットチャンバ１３０、１３１のそれぞれの複数の流体をそれぞれチャネル１６４Ｃに駆動させるように、少なくとも１つの圧電アクチュエータアセンブリ１０９、１１０（図２Ａおよび４参照）を形成するべく、（当業者に周知な）圧電材料の薄膜が、少なくとも１つの隔膜１７０、１７１の上面に直接配置される。圧電材料は、付着メカニズムによって、前述された柔軟な隔膜１７０、１７１に、永久的に接着される。つまり、本実施形態において、電圧が圧電アクチュエータアセンブリの複数の電極１０９、１１０に加えられる場合、隔膜１７０、１７１全体がチャンバ１３０、１３１内へと撓み、その中の流体１６３をチャネル１６４Ｃ内へと押し出すことにより、複数の目標または選択成分１６０を側方の流出チャネル１４０、１４２へ向けて逸らせる。

上述されたように、外部積層圧電アクチュエータアセンブリ２０９、２１０または圧電アクチュエータアセンブリ１０９、１１０のいずれかに対して、一実施形態において、１つの圧電アクチュエータアセンブリのみが、図２Ｂに示されるように、複数の目標成分を流体混合物１２０から分離するべく、シースまたはバッファ流体１６３をジェットチャンバ１３０からチャネル１６４Ｃに噴出させ、チャネル１６４Ｃの複数の目標成分１６０を流出チャネル１４２に押し出すために必要とされてもよい。

一実施形態において、圧電アクチュエータアセンブリ１０９、１１０は、ジェットチャンバ１３０、１３１のそれぞれを、例えば、層１０３において封止するために用いられてもよいが、当業者であれば、チャンバ１３０、１３１がシースまたはバッファ流体１６３で充填された後、マイクロ流体チップ１００に流体の漏れを透過させないような任意の構造層であってもよいことは承知であろう。

つまり、非常に高い流速での作用を可能にする外部積層圧電アクチュエータアセンブリ２０９、２１０によって加えられる大きい変位及び強い力と対照的に、圧電アクチュエータアセンブリ１０９、１１０は、隔膜１７０、１７１の相対的に小さい撓み変位及びそこに加わる小さい応力を考慮すると、低流速の要件を満たす。しかしながら、当業者であれば、アクチュエータアセンブリ１０９、１１０、２０９、２１０が、異なる動作速度及び流速の要件に基づいてマイクロ流体チップ１００で用いられるべく独立して選択可能であることは承知であろう。

一実施形態において、隔膜１７０、１７１の上に配置された圧電薄膜は、外部積層圧電アクチュエータアセンブリ２０９、２１０が電子信号によってトリガされて隔膜１７０、１７１のそれぞれを変位させた場合に、これらが生成する歪みまたは変位の量を判断するための歪みセンサとして作用する。圧電薄膜の直径及び厚さは、外部積層圧電アクチュエータ２１９、２２０の断面と、隔膜１７０、１７１に生成された力に応じて異なる。圧電薄膜及び隔膜１７０、１７１は、代替的な実施形態において、上述されたものと異なってもよい。

ここで、ジェットチャンバ１３０、１３１が説明される。一実施形態において、換気口１２１、１２２は、製造後、チャンバ１３０、１３１がシースまたはバッファ流体１６３で充填され、換気口１２１、１２２を通して空気を排出する場合に、チャンバ１３０、１３１がその中のシースまたはバッファ流体１６３で封止される前に、ジェットチャンバ１３０、１３１のそれぞれ（図２Ａ参照）から空気を除去するために設けられる。代わりに、他の実施形態において、換気口１２１、１２２が開いたままの場合、シースまたはバッファ流体１６３は、製造中に行われるのでなければ、口１２１、１２２を通してチャンバ１３０、１３１に導入されてもよい。ジェットチャンバ１３０、１３１に配置されるシースまたはバッファ、または他の流体１６３は、チャネル１１４、１１５、１１６または１１７を通して投入されるシースまたはバッファ流体１６３と同じであってもよく、異なってもよい。

一実施形態において、シースまたはバッファ流体１６３がジェットチャンバ１３０、１３１を充填するために用いられる場合、これらは、投入部１２１、１２２を通して投入され、それぞれチャネル１２３、１２４を通して流れ、チャネル１２５ａおよび１２５ｂを介してジェットチャンバ１３０に入り、かつチャネル１２６ａおよび１２６ｂを介してジェットチャンバ１３１に入ってもよい。

一実施形態において、ジェットチャネル１２７は、ジェットチャンバ１３０から離れ、ジェットチャネル１２８は、ジェットチャンバ１３１から離れ、ジェットチャネル１２７、１２８の両方は、インタロゲーションチャンバ１２９（図２Ａ参照）に入る。ジェットチャネル１２７、１２８は、チップ１００の任意の層に配置され、チャネル１６４Ｃに同じ平面の任意の角度で入ってもよい。

一実施形態において、強い瞬間的な噴流を形成するべく、ジェットチャネル１２７、１２８は、これらが主チャネル１６４Ｃと接続する場合、テーパ状であってもよい。しかしながら、当業者であれば、ジェットチャネル１２７、１２８が、これらが本発明の説明される特徴を実現する限りにおいて、特定の角度または異なる構造を有してもよいことは承知であろう。

一実施形態において、ジェットチャネル１２７、１２８は、隔膜１７０、１７１をそれぞれ変位させまたは撓ませ、シースまたはバッファ流体１６３をチャネル１６４Ｃへと噴出させまたは押し出すように作用する。しかしながら、隔膜１７０、１７１がニュートラルな（撓まない）位置に戻る場合、ジェットチャンバ１３０、１３１から生じるジェットチャネル１２７、１２８は、ジェットチャンバ１３０、１３１からチャネル１６４Ｃへの流体の正味体積が維持され、チャンバ１３０、１３１をシースまたはバッファ流体１６３で容易に再充填することを確実にするべく、ディフューザとして作用する。

一実施形態において、流出チャネル１４０―１４２は、インタロゲーションチャンバ１２９内のチャネル１６４Ｃから発して流出部１１１―１１３に至る。上述されたように、一実施形態において、（任意のサイズまたは位置の）１つより多くのオンチップ圧電アクチュエータアセンブリ１０９、１１０または外部積層圧電アクチュエータアセンブリ２０９、２１０は、シースまたはバッファ流体１６３をジェットチャンバ１３０、１３１からチャネル１６４Ｃに噴出させるための追加のパワーを与えるべく、ジェットチャネル１２７、１２８の各々と接続するために用いられてもよい。一実施形態において、ジェットチャネル１２７、１２８のチャネル１６４Ｃへの入口の各々から流出チャネル１４０―１４２の各々への距離は、複数の目標成分１６０が望ましくない複数の成分１６０（さらに後述）と混合されることを防止するべく、複数の成分１６０間の距離より短くなければならない。一実施形態において、流出チャネル１４０―１４２の断面及び長さは、流出チャネル１４０―１４２の望ましい油圧抵抗を得るべく、予め定められた体積率（すなわち、２：１：２または１：２：１等）に維持されなければならない。

一実施形態において、インタロゲーション装置は、チャネル１１６、１１７がチャネル１６４Ｂに入る点より下流側に配置される。一実施形態において、チャネル１６４Ｂは、インタロゲーションチャンバ１２９に向かってテーパ状となり、インタロゲーションチャンバ１２９を通る流体混合物の流れを加速する。しかしながら、当業者であれば、本発明が望ましい複数の要件に従って実行する限りにおいて、チャネル１６４Ｂがテーパ状となる必要はなく、任意の寸法及びサイズたり得ることは承知であろう。

インタロゲーション装置は、インタロゲーションチャンバ１２９を通過するチャネル１６４Ｂの流体混合物の複数の成分１６０をインタロゲート及び特定するために用いられる。チャネル１６４Ｂは、単一の層（すなわち、層１０２）に配置されてもよく、複数の層（すなわち、層１０２、１０３）の間に配置されてもよいことに留意されたい。一実施形態において、インタロゲーションチャンバ１２９は、開口または窓１４９（図３参照）を含み、これは、少なくとも最上層（すなわち、層１０４またはその他）においてマイクロ流体チップ１００に切り込まれ、他の開口または窓１５２は、少なくとも最下層（すなわち、層１０１またはその他）においてチップ１１０に切り込まれる。

一実施形態において、開口１５０は、層１０１―１０４を通してマイクロ流体チップに切り込まれる。一実施形態において、上窓１４９は、第１のカバー１３３を受容するように構成され、下窓１５２は、第２のカバー１３２を受容するように構成される。しかしながら、窓１４９、１５２は、任意の適した層に位置してもよく、最上／最下層にある必要はない。カバー１３３、１３２は、プラスチック、ガラスのような望ましい透過要件を有する任意の材料から生成されてもよく、さらにはレンズであってもよい。窓１４９、１５２及び開口１５０の相対的な直径が図３に示されるが、これらは、製造の留意事項に従って異なってもよい。

一実施形態において、上述された第１及び第２のカバー１３３、１３２は、インタロゲーションチャンバ１２９を囲むように構成される。窓１４９、１５２及びカバー１３３、１３２（図３参照）は、インタロゲーションチャンバ１２９を通ってチャネル１６４Ｂ（図５Ａ参照）の流体混合物１２０を流れる複数の成分１６０が、開口１５０を通して見られ、流体混合物１２０中の励起可能成分に合致する任意の波長を有する高強度ビーム１４８を発するように構成される適切な光源１４７による作用を受けることを可能にする。レーザ１４７が示されるが、発光ダイオード（ＬＥＤ）、アーク灯等のような、成分を励起するビームを発する任意の適した他の光源が利用可能である。

一実施形態において、３５５ｎｍ連続波（ＣＷ）（または準ＣＷ）レーザ１４７のような予め選択された波長の適切なレーザ１４７からの高強度レーザビーム１４８は、流体混合物の複数の成分１６０（すなわち、複数の精子細胞）を励起ために必要とされる。一実施形態において、レーザ１４７（図３参照）は、層１０４の窓１４９を通して、チップ１００の最上部のカバー１３３を通して、開口１５０を通して、かつ、チップ１００の層１０１のカバー１３２及び窓１５２を通して、チップ１００のインタロゲーション領域１２９においてチャネル１６４Ｂを通って流れる複数の成分１６０を照射するべく、レーザビーム１４８を発する。

一実施形態において、光線１４８は、マイクロ流体チップ１００の開口１５０に組み込まれる光ファイバによって、複数の成分１６０に供給されてもよい。

高強度ビーム１４８は、複数の成分１６０（下記の詳細な説明を参照）と相互作用し、第１及び第２のカバー１３３、１３２を通過して、ビーム１４８によって誘導された発せられた光１５１が対物レンズ１５３に受容されるように、下窓１５２から出る。対物レンズ１５３は、マイクロ流体チップ１００に対して任意の適した位置に配置されてもよい。インタロゲーションチャンバ１２９は第１及び第２のカバー１３３、１３２によって封止されるため、高強度ビーム１４８は、マイクロ流体チップ１００に作用せず、層１０１―１０４に損傷を与えることもない。つまり、第１及び第２のカバー１３３、１３２は、高強度ビーム１４８及びマイクロ流体チップ材料（すなわち、プラスチック）から誘導されるフォトニックノイズによるマイクロ流体チップ１００への損傷を回避する助けとなる。

一実施形態において、対物レンズ１５３によって受容される発せられた光１５１は、光電子倍増管（ＰＭＴ）またはフォトダイオード等のような光学センサ１５４によって、電子信号に変換される。電子信号は、アナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）１５５によってデジタル化され、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）ベースのコントローラ１５６に送信されてもよい。ＤＳＰベースのコントローラ１５６は、電子信号を監視し、次に、２つの圧電アクチュエータアセンブリ（１０９、１１０または２０９、２１０）のうち関連する１つを駆動するべく、２つのアクチュエータドライバ（すなわち、１５７ａ、１５７ｂ）の１つを予め定められた値でトリガしてもよい。

（図２Ａに示される）一実施形態において、複数の圧電ドライバ及び複数の圧電アクチュエータ（１５８ａ、１５８ｂまたは２１９、２２０）は、それぞれ、２つの圧電アクチュエータアセンブリ（１０９、１１０または２０９、２１０）の一部であり、インタロゲーションチャンバ１２９のいずれかの側面に配置される。複数の圧電アクチュエータ（１０９、１１０または２１９、２２０）に送信されるトリガ信号は、複数の選択成分が検出された場合に、特定の圧電アクチュエータアセンブリ（１０９、１１０、２０９、２１０）をアクティブ化するべく、センサ生信号によって決定される。

接着された圧電アクチュエータアセンブリ１０９、１１０を有する実施形態において、隔膜１７０、１７１の厚さは、異なってもよく、チップ１００のアクチュエータアセンブリ１０９、１１０を通して、複数の電線を介して加えられる電圧に応じて異なる。電子信号が電子回路を通して複数のアクチュエータアセンブリ（すなわち、１０９、１１０）に直接送信される場合、隔膜１７０、１７１は、撓み、チャンバ１３０、１３１の圧力を変化（増大）させる。

複数の圧電アクチュエータアセンブリ（１０９、１１０または２０９、２１０）の少なくとも１つは、インタロゲーション後に複数の成分１６０が開口１５０を離れてインタロゲーションエリア１２９に向かうため、チャネル１６４Ｃの流体混合物の複数の望ましい成分１６０に作用するために用いられる。アクチュエータドライバ１５７ｂ及び圧電アクチュエータアセンブリ１１０は、図４に示されていないが、アクチュエータドライバ１５７ｂ及び圧電アクチュエータアセンブリ１１０の動作及び構成は、アクチュエータドライバ１５７ａ及び圧電アクチュエータアセンブリ１０９のものと同じである。つまり、圧電アクチュエータ１５７ｂは、チャネル１６４Ｃの流れの複数の成分１６０を、右の流出チャネル１４２へ、及び第３の流出部１１３へ向けて逸らせるように作用する。同じ動作は、圧電アクチュエータアセンブリ１１０に適用され、これは、シースまたはバッファ流体１６３をジェットチャンバ１３１からジェットチャネル１２８を介して噴出させ、複数の目標または選択成分１６０を左の流出チャネル１４０及び第３の流出部１１３へ向けて逸らせる。

代替的な実施形態において、圧電アクチュエータアセンブリ１０６Ａ（すなわち、圧電アクチュエータアセンブリ同様の、適したサイズの１０９、１１０圧電ディスク。図２Ｃ参照）または適した圧送システム（図９参照、例えば、後述のもの）が、チャネル１６４のサンプル流体１２０を交点１６１に向けて圧送するために用いられる。サンプル圧電アクチュエータアセンブリ１０６Ａは、サンプル投入部１０６に配置される。サンプル流体混合物１２０を主チャネル１６４に圧送することによって、制御の手段は、複数の成分１６０が主チャネル１６４に入る際に、これらの間により制御された関係が形成され得るように、その中の複数の成分１６０のスペースをとることに関して形成されてもよい。

圧電アクチュエータアセンブリ１０９、１１０が用いられない場合、複数の（目標）成分１６０は、主チャネル１６４から中央流出チャネル１４１へ、及び第２の流出部１１２へと進み、シースまたはバッファ流体１６３は、流出チャネル１４０、１４２を通って、それぞれ流出部１１０、１１２へと進む。

一実施形態において、流出チャネル１４０―１４２は、複数の分離成分１６０の濃縮についての流出率が関連するチャネルを通して増大するように、チャネル１６４Ｃからインタロゲーションチャンバ１２９を離れて、寸法を増大させる。

［チップの動作］
一実施形態において、マイクロ流体チップ１００は、滅菌状態で提供され、１つまたは複数の溶液（すなわち、シースまたはバッファ流体１６３）とともに用意されてもよく、または、複数の公知の方法に従って、マイクロ流体チップ１００をドレーンすること、または、シースまたはバッファ流体１５３もしくは他の複数の溶液をマイクロ流体チップ１００を通して流すことのいずれかによって、任意の複数の流体もしくは複数の材料から浄化されてもよい。一度マイクロ流体チップ１００が用意され、ジェットチャンバ１３０、１３１がシースまたはバッファ流体１６３で充填されると、製造時または（上述されたように）その後のいずれかにおいて、換気口１２１、１２２は、封止される。上述されたように、他の実施形態において、換気口１２１、１２２は、動作中に追加のシースまたはバッファ流体１６３がチャンバ１３０、１３１に加えられるように、開いたままであってもよい。

一実施形態において、上述されたように、分離されるべき複数の成分１６０は、例えば、生存運動精子を非生存または非運動精子から分離すること、性別及び他の性別分類バリエーションによって精子を分離すること、複数の幹細胞を集団細胞から分離すること、複数の望ましい／望ましくない特性を明確にして、１つまたは複数の標識細胞を複数の未標識細胞から分離すること、異なる望ましい複数の特性を有する複数の精子細胞、特定の特徴に係る核ＤＮＡの遺伝子を分離すること、複数の表面マーカに基づいて複数の細胞を分離すること、膜完全性（生存性）、可能なまたは予測される再生ステータス（受精率）、凍結生存能力等に基づいて複数の細胞を分離すること、複数の汚染物質または破片から複数の細胞を分離すること、複数の損傷細胞（すなわち、癌性細胞）を（骨髄抽出におけるように）から複数の健康な細胞を分離すること、プラズマ混合物の複数の白血球及び血小板からの複数の赤血球細胞、複数の任意の他の細胞成分から対応する断片に複数の任意の細胞を分離すること、複数の損傷細胞または複数の汚染物質または破片、または分離されることが望ましい複数の任意の他の生物学的材料を含む。複数の成分１６０は、複数のリンカー分子で処理もしくは被覆され、または蛍光または発光標識分子に組み込まれる、複数の細胞または複数のビーズであってもよい。複数の成分１６０は、サイズ、形状、材料、触感等のような様々な物理的または化学的特性を有してもよい。

一実施形態において、複数の成分１６０の異種集団は、同時に測定されてもよく、ここで、各成分１６０は、同様の量における異なる量または型について検査（例えば、多重化測定）され、または、複数の成分１６０は、標識（例えば、蛍光）、画像（サイズ、形状、異なる吸収、散乱、蛍光、発光特性、蛍光または発光を発する統計、蛍光または発光の減衰期間）、及び／または粒子位置等に基づいて検査及び明確化されてもよい。

一実施形態において、本発明による成分分類システムの２段階集中化方法は、図５Ａに示されるように、複数の成分１６０を、インタロゲーションチャンバ１２９におけるインタロゲーションのためのために、チャネル１６４Ｂに位置決めするべく用いられてもよい。

一実施形態において、本発明の第１の集中段階は、複数の精子細胞等のような複数の成分１６０を含む流体サンプル１２０を、サンプル投入部１０６を通して投入することと、シースまたはバッファ流体１６３を、シースまたはバッファ投入部１０７、１０８を通して投入することとによって達成される。一実施形態において、複数の成分１６０は、蛍光を可能とするべく、かつ、検出されるべき画像分析のために、染料（例えば、ヘキスト染料）によって予め着色される。一実施形態において、シースまたはバッファ流体１６３は、ジェットチャンバ１３０、１３１に配置され、投入部１２１、１２２は、封止される。

一実施形態において、図５Ａに示されるように、サンプル流体混合物１２０の複数の成分１６０は、主チャネル１６４を通して流れ、ランダムな向き及び位置をとる（挿入図のＡを参照）。交点１６１において、主チャネル１６４を流れるサンプル混合物１２０は、チャネル１１４、１１５からのシースまたはバッファ流体１６３によって、シースまたはバッファ流体１６３がサンプル混合物１２０に合流する場合、第１の方向に（すなわち、少なくとも水平に、主チャネル１６４が交点１６１に入る位置に応じて全ての側面でない場合、少なくとも流れの両側で）圧縮される。結果として、複数の成分１６０は、チャネル１６４の中央周りに集中し、チャネル１６４Ａの深さにわたって薄片に圧縮されてもよい。チャネル１６４Ａに至る交点１６１は、集中領域である。つまり、交点１６１において、サンプル１２０がチャネル１１４、１１５からのシースまたはバッファ流体１６３によって、チャネル１６４Ａの中央に向かって圧縮されると、複数の成分１６０（すなわち、複数の精子細胞）は、チャネル１６４の幅の中央に向かって移動する。

一実施形態において、本発明は、第２の集中化段階を含み、ここで、複数の成分１６０を含むサンプル混合物１２０は、シースまたはバッファ流体１６３によって、交点１６２においてチャネル１１６、１１７から入る第２の方向（すなわち、上から下への垂直方向）から、さらに圧縮される。チャネル１６４Ｂに至る交点１６２は、第２の集中領域である。チャネル１１６、１１７から交点１６２への複数の入口は長方形として示されるが、当業者であれば、任意の他の適切な構成（すなわち、テーパ、円）が用いられてもよいことを理解するであろうことに留意されたい。チャネル１１６、１１７のシースまたはバッファ流体１６３（チャネル１６４Ａ―Ｂからマイクロ流体チップ１００の異なる層に配置され得る）は、幅及び深さの両方（すなわち、水平及び垂直）だけチャネル１６４Ｂの中央の複数の成分１６０を整合させるべく、これらがチャネル１６４Ｂに沿って流れる際に、異なる平面においてチャネル１６４Ａ―Ｂに入る。

つまり、本発明の第２の集中化段階を有する一実施形態において、サンプル混合物１２０は、チャネル１１６、１１７に入る垂直のシースまたはバッファ流体１６３によって再び圧縮され、サンプル１２０の流れは、図５Ａに示されるように、チャネル１６４Ｂの深さの中央に集中し、複数の成分１６０は、ほぼ一列形式でチャネル１６４Ｂの中央に沿って流れる。

一実施形態において、複数の成分１６０は、複数の精子細胞１６０であり、パンケーキ型または平坦な涙形の頭であることから、複数の精子細胞１６０は、第２の集中化段階を受けると、すなわち、光線１４８（図５Ａ参照）の方向に垂直なこれらの複数の平坦面により、予め定められた方向に自らを再方向付けする。つまり、複数の精子細胞１６０は、２段階集中化処理を通りつつ、これらの体の向きについて優先傾向を確立する。具体的には、複数の精子細胞１６０は、これらの平坦な体が圧縮方向に垂直であることによって、より安定する傾向がある。そこで、シースまたはバッファ流体１６３の制御により、ランダムな向きで開始する複数の精子細胞１６０は、ここで、均一な向きを実現する。つまり、複数の精子細胞１６０は、チャネル１６４Ｂの中央において一列形式をなすのみならず、これらは、第２の集中化段階における圧縮方向に直交するこれらの平坦面によって均一な向きをさらに実現する。

つまり、サンプル投入部１０６に導入された全成分１６０は、上述されたように他の種類の細胞または他の材料等であってもよいが、複数の成分１６０がチャネル１６４Ｂを通って一列形式で、より均一な向き（複数の成分１６０の種類に応じて）で移動することを可能にする２段階集中化段階を受けて、より容易な成分１６０のインタロゲーションを可能にする。

一実施形態において、チャネル１６４Ｂのさらなる下流側で、複数の成分１６０は、光源１４７を用いて、インタロゲーションチャンバ１２９の開口１５０において、カバー１３２、１３３を通して検出される。光源１４７は、光線１４８を発し（光ファイバを介してもよい）、これは、開口１５０においてチャネル１６４Ｃの中央に集中する。一実施形態において、複数の精子細胞１６０のような複数の成分１６０は、複数の集中流（すなわち、サンプル流１２０も作用するシースまたはバッファ流体１６３の流れ）によって、複数の成分１６０の平坦面がビーム１４８を向くように、方向付けられる。さらに、全成分１６０は、これらがビーム１４８下を通過する際に、集中化によって一列形式で移動させられる。複数の成分１６０が光源１４７下を通過し、ビーム１４８の作用を受けるため、複数の成分１６０は、複数の望ましい成分１６０を示す蛍光を発する。例えば、複数の精子細胞に対して、複数のＸ染色体細胞は、複数のＹ染色体細胞とは異なる強度で蛍光を発し、または、１つの特性を有する複数の細胞は、複数の特性の異なるセットを有する複数の細胞とは異なる強度または波長の蛍光を発することがある。さらに、複数の成分１６０は、形状、サイズまたは任意の他の複数の明確化インジケータに対して見られ得る。

ビーム誘導蛍光の実施形態において、（図３において）発せられた光ビーム１５１は、次に、対物レンズ１５３によって収集され、次に、光学センサ１５４によって電子信号に変換される。電子信号は、次に、アナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）１５５によってデジタル化され、信号処理のために電子コントローラ１５６に送信される。電子コントローラは、ＤＳＰ、マイクロコントローラユニット（ＭＣＵ）、フィールドプログラマブルゲートアレー（ＦＰＧＡ）またはさらに中央処理装置（ＣＰＵ）のような、適切な処理パワーを有する任意の電子プロセッサであってもよい。一実施形態において、ＤＳＰベースのコントローラ１５６は、電子信号を監視し、次に、望ましい成分１６０が検出された場合に、２つの圧電アクチュエータアセンブリ（圧電アクチュエータアセンブリ１０９、１１０、２０９、２１０のそれぞれの一部である１０９、１１０または２１９、２２０）の１つを駆動するべく、少なくとも１つのアクチュエータドライバ（すなわち、１５７ａまたは１５７ｂ）をトリガしてもよい。他の実施形態において、ＦＰＧＡベースのコントローラは、電子信号を監視し、次に、望ましい成分１６０が検出された場合に、２つの圧電アクチュエータアセンブリ（圧電アクチュエータアセンブリ１０９、１１０、２０９、２１０のそれぞれの一部である１０９、１１０または２１９、２２０）の１つを駆動するべく、ＤＳＰコントローラと通信を行うか、または、少なくとも１つのアクチュエータドライバ（すなわち、１５７ａまたは１５７ｂ）を独立してトリガするべく作用する。

つまり、一実施形態において、インタロゲーションチャンバ１２９のチャネル１６４Ｃにおける複数の選択されたまたは望ましい成分１６０は、複数の選択成分１６０に望ましい流出チャネル１４０、１４２に応じて、ジェットチャネル１２７、１２８の１つからの噴流またはバッファまたはシース流体１６３によって分離される。例示的な一実施形態において、電子信号は、複数の目標または選択成分１６０がジェットチャネル１２７、１２８及び主チャネル１６４Ｃの断面ポイントに到達した時点で、ドライバをアクティブ化し、外部積層圧電アクチュエータ２１９をトリガさせる（または、ドライバ１５７をアクティブ化し、アクチュエータ１０９をトリガさせる）。これにより、外部積層圧電アクチュエータアセンブリ２０９（または１０９）は、隔膜１７０に接触してこれを押し、ジェットチャンバ１３０を圧縮し、バッファまたはシース流体１６３の強い噴出をジェットチャンバ１３０からジェットチャネル１２７を介して主チャネル１６４Ｃへと押し出し、これにより、選択されたまたは望ましい成分１６０を流出チャネル１４２に押す。積層外部圧電アクチュエータアセンブリ２０９の性能と同様に、圧電アクチュエータアセンブリ２１０（または１１０）のトリガは、望ましい成分１６０を、噴出１２８と反対側にある流出チャネル１４０に押し出すことになろうことに留意されたい。

つまり、ジェットチャネル１２７、１２８の１つから噴出したシースまたはバッファ流体１６３は、複数の目標または選択成分１６０を、チャネル１６４Ｃのこれらの通常の経路から選択されたまたは望ましいそれぞれの流出チャネル１４０、１４２の１つに向けて迂回させ、これらの複数の目標成分１６０を分離し、これらの流出チャネル１４０、１４２の流れを濃縮し、もしあれば未選択成分と共に流出チャネル１４１を通って直進し続けるサンプル流体１２０の流れを激減させる。つまり、圧電アクチュエータアセンブリ１０９、１１０のトリガがないということは、流体混合物１２０の複数の未選択成分１６０が、流出チャネル１４１を通って直進し続けることを意味する。

一実施形態において、複数の分離成分１６０は、第１の流出部１１１または第３の流出部１１３の１つから、格納のために、さらなる分離のために、または、凍結保存のような処理のために、当技術分野において公知の複数の方法を用いて収集される。勿論、流出部１１１、１１３へ分離されなかった複数の成分１６０も、第２の流出部１１２から収集されてもよい。第１、第２及び第３の流出部１１１―１１３の一部は、成分濃度、ｐＨ測定、細胞カウント、電解質濃度等を検出するべく、電子的に特徴づけられてもよい。

一実施形態において、複数の成分１６０（すなわち、生物学的材料）を含むサンプル１２０のインタロゲーションは、他の複数の方法によって達成される。つまり、マイクロ流体チップ１００の一部またはその複数の流出部は、光学的にまたは視覚的に検査されてもよい。概して、複数のインタロゲーション方法は、カメラなどによる直接の視覚的画像分析を含んでもよく、直接の高照度光画像分析または蛍光画像分析を利用してもよい。あるいは、分光法、透過分光法、スペクトル画像分析、または動的光散乱もしくは拡散波分光法のような散乱のような、より高度な複数の技術が、用いられてもよい。

いくつかの場合において、光インタロゲーション領域１２９は、サンプル混合物１２０の複数の成分に結合し、もしくはこれらに影響する複数の化学物質、または特定の材料もしくは疾病の存在下で結合する及び／または蛍光を発するように機能化される複数のビーズのような、複数の添加物と併せて用いられてもよい。これらの技術は、複数の疾病を検出するべく、または、複数の成分１６０を特徴づける複数の他のパラメータを検出するべく、複数の細胞濃度を測定するために用いられてもよい。

しかしながら、他の実施形態において、蛍光が用いられない場合には、複数の偏光後方散乱方法も、用いられてもよい。複数の分光学的方法を用いて、複数の成分１６０は、上述されたようにインタロゲートされる。有意な結果を出し、蛍光を発したこれらの成分１６０（すなわち、標識による反応を示したこれらの成分１６０）のスペクトルは、圧電アセンブリ１０９、１１０、２０９、２１０のアクティブ化による分離のために特定される。

一実施形態において、複数の成分１６０は、複数の添加物もしくはシースまたはバッファ流体１６３に対する当該成分の反応もしくは結合に基づいて、または、複数の成分１６０の自然蛍光もしくは複数の成分１６０に関連づけられた物質の蛍光を特定タグもしくはバックグラウンドタグとして用いることによって、または、分離のために選択された、選択されたサイズ、寸法もしくは表面特徴等を満たすことによって、特定されてもよい。

一実施形態において、アッセイが完了すると、（電子信号を監視し、圧電アセンブリ１０９、１１０、２０９、２１０をトリガする）コンピュータ１８２及び／またはオペレータを介して、破棄及び収集されるべき成分１６０の選択がなされてもよい。

一実施形態において、コンピュータシステム１８２のユーザインタフェースは、ＣＣＤカメラ１８３によって得られたマイクロ流体チップ１００に対する視野における複数の成分１６０を表示するコンピュータスクリーンを含む。

一実施形態において、コンピュータ１８２は、複数のポンプ（すなわち、図９の圧送メカニズム）のような外部デバイスが、あらゆるサンプル流体１２０、シースまたはバッファ流体１６３をマイクロ流体チップ１００に圧送するために用いられる場合には、これらの全てを制御し、マイクロ流体チップ１００に投入される流体１２０、１６３の温度を設定するあらゆる加熱デバイスをさらに制御する。

［チップカセット及びホルダ］
マイクロ流体チップ１００は、チップホルダ２００に搭載されるチップカセット２１２に装填される。チップホルダ２００は、ホルダ２００の微細な位置決定を可能とするべく、並進ステージ（図示せず）に搭載される。マイクロ流体チップホルダ２００は、光線１４８が上述の態様で開口１５０において複数の成分１６０を妨害し得る位置に、マイクロ流体チップ１００を保持するように構成される。マイクロ流体チップ１００が閉位置にある場合、ガスケット層１０５（図１参照）は、本体２１１とマイクロ流体チップ１００との間で実質的に漏れのない封止を形成する。

図６に示されるように、一実施形態において、マイクロ流体チップホルダ２００は、アルミニウム合金または他の適切な金属／ポリマ材料のような、適した材料で形成され、本体２１１と、少なくとも１つの積層外部圧電アクチュエータ２０９、２１０とを含む。

ホルダ２００の本体２１１は、任意の適した形状であってもよいが、その構成は、チップ１００のレイアウトに応じて異なる。例えば、積層外部圧電アクチュエータ２０９、２１０は、圧電アクチュエータ２１９、２２０の先端とマイクロ流体チップ１００の隔膜１７０、１７１との間に接触が形成されるように、隔膜１７０、１７１上に配置されなければならない。ホルダ２００の本体２１１は、複数の流体／サンプルをマイクロ流体チップ１００と連通させるように、外部管（図９参照）を受容し、これと係合するように構成される。

これらのカセット２１２及びホルダ２００の詳細と、チップ１００をカセット２１２及びホルダ２００に取り付けるためのメカニズムとは、何ら詳細に説明されないが、それは、当業者であれば、これらのデバイスが周知であり、本発明の複数の目的が満たされる限りにおいて、マイクロ流体チップ１００を収容するような任意の構成を取り得ることは承知であろうことによる。

図９に示されるように、一実施形態において、圧送メカニズムは、サンプル流体混合物１２０を貯留部２３３（すなわち、サンプル管）からチップ１００のサンプル投入部１０６に圧送するための圧力を付与する加圧ガス２３５を有するシステムを含む。

シースまたはバッファ流体１６３を中に有する折り畳み式コンテナ２３７は、加圧管２３６に配置され、加圧ガス２３５は、流体１６３が管２３１ａ、２３１ｂを介してそれぞれチップ１００のシースまたはバッファ投入部１０７、１０８に供給されるように、複数の異なる流出部を有するマニホルド２３８に流体１６３を押し出す。

圧力調整器２３４は、貯留部２３３内における気体２３５の圧力を調節し、圧力調整器２３９は、管２３６内における気体２３５の圧力を調節する。質量流量調整器２３２ａ、２３２ｂは、それぞれ管２３１ａ、２３１ｂを介して、それぞれシースまたはバッファ投入部１０７、１０８に圧送される流体１６３を制御する。つまり、管２３０、２３１ａ、２３１ｂは、複数の流体１２０をチップ１００に初期充填するために用いられ、チップ１００全体で、サンプル流体１２０をサンプル投入部１０６またはシースまたはバッファ投入部１０７、１０８に充填するために用いられてもよい。さらに、一実施形態において、管（図示せず）は、例えば、チャンバ１３０、１３１を充填するべく、流体１６３をマニホルド２３８から換気口１２１、１２２に与えてもよい。

例示的な実施形態によれば、複数の動作、複数の段階、複数の制御オプション等のいずれかは、コンピュータメモリ、データベース等のようなコンピュータ可読媒体に格納される複数の命令によって実装されてもよい。コンピュータ可読媒体に格納された複数の命令を実行すると、複数の命令は、コンピューティングデバイスに、本明細書で説明される複数の動作、複数の段階、複数の制御オプション等のいずれかを実行させてもよい。

本明細書で説明される複数の動作は、データ処理装置、または、１つまたは複数のコンピュータ可読ストレージデバイスに格納されたもしくは他の複数のソースから受信されたデータに対する処理回路によって実行される、複数の動作として実装されてもよい。コンピュータプログラム（プログラム、ソフトウェア、ソフトウェアアプリケーション、スクリプトまたはコードとしても公知である）は、コンパイルまたはインタープリタ言語、宣言型または手続き型言語を含む任意の形式のプログラミング言語で書き込み可能であり、これは、スタンドアロンプログラムとして、またはモジュール、コンポーネント、サブルーチン、オブジェクト、もしくはコンピューティング環境での使用に適した他のユニットとしての形式を含む任意の形式で配置されてもよい。コンピュータプログラムは、必要ではないが、ファイルシステムのファイルに対応してもよい。プログラムは、他の複数のプログラムまたはデータ（例えば、マークアップ言語ドキュメントに格納された１つまたは複数のスクリプト）を保持するファイルの一部に、問題のプログラム専用の単一のファイルに、または、複数の連携ファイル（例えば、１つまたは複数のモジュール、サブプログラム、もしくはコードの一部を格納する複数のファイル）に、格納されてもよい。コンピュータプログラムは、１つのコンピュータで、または、１つのサイト位置するもしくは複数のサイトに分散され、通信ネットワークによって相互接続される複数のコンピュータで実行されるように、配置されてもよい。コンピュータプログラムの実行に適した複数の処理回路は、例として、汎用及び特殊目的マイクロプロセッサの両方、及び任意の種類のデジタルコンピュータの任意の１つまたは複数のプロセッサを含む。

様々な要素の向きは、他の例示的な実施形態に従って異なることがあり、このような複数の変形は、本開示によって包含されることが意図されることに留意されたい。

マイクロ流体チップの複数の構造及び複数の構成は、様々な例示的実施形態に示されるように、例示目的のみである。本開示において、いくつかの実施形態のみが詳細に説明されているが、本明細書で説明される主題の新規な教示及び利点から実質的に逸脱することなく、多くの修正（例えば、様々な要素のサイズ、寸法、構造、形状及び比率、パラメータの値、搭載構成、材料の用途、色、向き等の変形）が可能である。一体的に形成されるものとして示されるいくつかの要素は、複数の部分または要素から構成されてもよく、複数の要素の位置は、反対であってもよく、またはそれ以外に異なっていてもよく、個別の要素または位置の性質または数は、変更されてもよく、または異なってもよい。あらゆる処理、論理アルゴリズムまたは方法の段階の順序または順番は、複数の代替的な実施形態に従って、異なってもよく、または、順番を変更されてもよい。他の複数の置換、複数の修正、複数の変更及び複数の省略も、様々な例示的実施形態のデザイン、動作条件及び構成において、本開示の範囲から逸脱することなく、なされてもよい。

Claims (43)

1. 複数のチャネルが配置される複数の層を備えるマイクロ流体チップであって、
   前記複数のチャネルは、
   分離されるべき複数の成分のサンプル流体混合物が投入されるサンプル投入チャネルと、
   複数のシース流体が投入される第１の複数のシース流体チャネルであって、第１の交点において前記サンプル投入チャネルと交差することで、層流を前記サンプル投入チャネルに維持しつつ、前記複数のシース流体が少なくとも２つの側面において前記サンプル流体混合物を圧縮し、これにより、前記サンプル流体混合物が、前記複数のシース流体によって画定される相対的により小さな細い流れとなる、第１の複数のシース流体チャネルと、
   前記第１の複数のシース流体チャネルと実質的に同じ寸法であり、複数のシース流体が投入される第２の複数のシース流体チャネルであって、前記サンプル投入チャネルより実質的に９０度上及び下に向かう第２の方向において、前記第１の交点の下流側にある第２の交点で前記サンプル投入チャネルと交差することで、前記サンプル投入チャネルに層流をさらに維持しつつ、前記第２の複数のシース流体チャネルからの複数のシース流体が前記サンプル流体混合物を圧縮し、前記サンプル流体混合物の前記複数の成分が圧縮され、予め定められた方向に方向付けられる、第２の複数のシース流体チャネルと、
   前記サンプル投入チャネルから延びる複数の流出チャネルであって、前記複数の成分及び前記複数のシース流体を前記マイクロ流体チップから除去する複数の流出チャネルと、
   を含み、
   前記複数の層は、前記第１の交点および前記第２の交点よりも下流で前記サンプル投入チャネルと交差する貫通孔を有し、
   前記貫通孔の両端に配置されて前記サンプル投入チャネルを封止する第１のカバーおよび第２のカバーを更に備えるマイクロ流体チップ。
2. 前記第２の交点の下流側に配置されるインタロゲーションチャンバにおいて、前記サンプル投入チャネルの前記サンプル流体混合物の前記複数の成分を、インタロゲート及び特定するインタロゲーション装置をさらに備える、請求項１に記載のマイクロ流体チップ。
3. 前記サンプル投入チャネルにおける前記サンプル流体混合物の流れの軌道を変位させ、前記変位されたサンプル流体混合物の流れにおける複数の選択成分を前記インタロゲーションチャンバから延びる前記複数の流出チャネルの１つに押し出すことによって、前記インタロゲーションチャンバの下流側にある前記サンプル流体混合物の前記複数の成分から前記複数の選択成分を分離する分離メカニズムをさらに備える、請求項２に記載のマイクロ流体チップ。
4. 少なくとも１つのジェットチャンバであって、少なくとも１つの換気口によって前記ジェットチャンバに導入された複数のシース流体を含む少なくとも１つのジェットチャンバと、
   前記少なくとも１つのジェットチャンバに接続される少なくとも１つのジェットチャネルであって、前記インタロゲーションチャンバにおいて前記サンプル投入チャネルに入る、少なくとも１つのジェットチャネルと、
   をさらに備える、請求項３に記載のマイクロ流体チップ。
5. 前記分離メカニズムは、前記サンプル投入チャネルの少なくとも１つの側面に配置される少なくとも１つの圧電アクチュエータアセンブリを含む、請求項４に記載のマイクロ流体チップ。
6. 前記圧電アクチュエータアセンブリは、外部積層圧電アクチュエータアセンブリである、請求項５に記載のマイクロ流体チップ。
7. 前記ジェットチャンバの各々をカバーする隔膜をさらに備え、
   前記外部積層圧電アクチュエータアセンブリは、前記ジェットチャンバにおける前記複数のシース流体を、前記サンプル投入チャネルへと駆動し、前記サンプル投入チャネルにおける前記サンプル流体混合物の前記流れの前記軌道を、前記複数の流出チャネルの１つに変位させるべく、前記隔膜に整合するとともにこれを変位させる、請求項６に記載のマイクロ流体チップ。
8. 前記外部積層圧電アクチュエータアセンブリは、マイクロ流体チップホルダに配置される、請求項７に記載のマイクロ流体チップ。
9. 前記圧電アクチュエータアセンブリに接続される電子回路をさらに備え、前記電子回路は、前記隔膜と接触する前記圧電アクチュエータアセンブリからの抵抗力によって生成される電子信号を増幅させる、請求項７に記載のマイクロ流体チップ。
10. 前記圧電アクチュエータアセンブリからの電気信号は、前記外部積層圧電アクチュエータアセンブリによって生成される歪みの量を示す、請求項９に記載のマイクロ流体チップ。
11. 接触のインジケータは、前記圧電アクチュエータアセンブリと前記隔膜との間に接触が生じた場合に、自動的にオンにされる、請求項９に記載のマイクロ流体チップ。
12. 前記電子信号は、設定閾値を超えた場合に、前記インジケータをアクティブ化する、請求項１１に記載のマイクロ流体チップ。
13. 接触の前記インジケータは、光、音、触感またはこれらの任意の組み合わせを含む、請求項１２に記載のマイクロ流体チップ。
14. 前記圧電アクチュエータアセンブリは、
    前記ジェットチャンバをカバーする柔軟な隔膜と、
    付着メカニズムによって前記隔膜の上面に接着される圧電材料と、
    を含む、請求項５に記載のマイクロ流体チップ。
15. 前記圧電アクチュエータアセンブリの複数の電極に電圧が加えられた場合、前記柔軟な隔膜は、前記複数の選択成分を前記複数の流出チャネルの１つへと逸らせるべく、前記ジェットチャンバへと撓み、前記複数のシース流体を前記ジェットチャンバから前記サンプル投入チャネルへと押し出す、請求項１４に記載のマイクロ流体チップ。
16. 前記ジェットチャネルは、前記サンプル投入チャネルに接続する場合にテーパ状となる、請求項４に記載のマイクロ流体チップ。
17. 前記複数の流出チャネルの複数の端部に配置される複数の流出部をさらに備える、請求項１から１６のいずれか１項に記載のマイクロ流体チップ。
18. 前記複数の流出チャネルは、前記サンプル投入チャネルより寸法が増大する、請求項１７に記載のマイクロ流体チップ。
19. 前記複数の流出部を分離するべく、前記マイクロ流体チップの下端に配置される複数の切欠きをさらに備える、請求項１８に記載のマイクロ流体チップ。
20. 前記サンプル投入チャネル及び前記第１及び第２の複数のシース流体チャネルは、前記マイクロ流体チップの１つまたは複数の平面に配置される、請求項２に記載のマイクロ流体チップ。
21. 前記サンプル投入チャネル及び前記第１及び第２の複数のシース流体チャネルは、前記マイクロ流体チップの１つまたは複数の構造層に、または複数の構造層の間に配置される、請求項２に記載のマイクロ流体チップ。
22. 前記第１及び第２の複数のシース流体チャネルの少なくとも１つは、前記サンプル投入チャネルが配置される平面と異なる平面に配置される、請求項２０に記載のマイクロ流体チップ。
23. 前記第１及び第２の複数のシース流体チャネルの少なくとも１つは、前記サンプル投入チャネルが配置される構造層と異なる構造層に配置される、請求項２１に記載のマイクロ流体チップ。
24. 前記サンプル投入チャネルは、前記第１の複数のシース流体チャネルとの前記第１の交点、および、前記第２の複数のシース流体チャネルとの前記第２の交点へのエントリポイントにおいてテーパ状となる、請求項１から２３のいずれか１項に記載のマイクロ流体チップ。
25. 前記サンプル投入チャネルは、前記インタロゲーションチャンバに向かってテーパ状となる、請求項２に記載のマイクロ流体チップ。
26. 前記第１の交点での前記サンプル投入チャネルへの複数のエントリポイントにおける前記第１の複数のシース流体チャネル、および、前記第２の交点での前記サンプル投入チャネルへの複数のエントリポイントにおける前記第２の複数のシース流体チャネルの少なくとも一方はテーパ状となる、請求項１から２５のいずれか１項に記載のマイクロ流体チップ。
27. 前記インタロゲーションチャンバは、前記マイクロ流体チップの前記複数の構造層を通って切断される前記貫通孔を含み、
    上窓は、前記複数の構造層の少なくとも１つの層の貫通孔において前記第１のカバーを受容し、
    下窓は、前記複数の構造層の少なくとも１つの層の貫通孔において前記第２のカバーを受容する、請求項２１に記載のマイクロ流体チップ。
28. 前記インタロゲーションチャンバは、前記マイクロ流体チップの前記複数の平面を通って切断される前記貫通孔を含み、
    上窓は、前記マイクロ流体チップの前記複数の平面のうち少なくとも１つの平面の貫通孔において前記第１のカバーを受容し、
    下窓は、前記マイクロ流体チップの前記複数の平面のうち少なくとも１つの平面の貫通孔において前記第２のカバーを受容する、請求項２０に記載のマイクロ流体チップ。
29. 前記インタロゲーション装置は、前記サンプル流体混合物の前記複数の成分を照射及び励起するべく、第１のカバーを通してビームを発する光源を含み、
    前記ビームによって誘導され発せられた光は、第２のカバーを通過し、対物レンズによって受容される、請求項２に記載のマイクロ流体チップ。
30. 前記インタロゲーション装置は、前記サンプル流体混合物の前記複数の成分を照射及び励起するべく、前記マイクロ流体チップの複数の構造層を通してビームを発する光源を含み、
    前記ビームによって誘導され発せられた光は、対物レンズによって受容される、請求項２７に記載のマイクロ流体チップ。
31. 前記インタロゲーション装置は、前記サンプル流体混合物の前記複数の成分を照射及び励起するべく、前記マイクロ流体チップの前記複数の平面を通してビームを発する光源を含み、
    前記ビームによって誘導され発せられた光は、対物レンズに受容される、請求項２８に記載のマイクロ流体チップ。
32. 前記サンプル投入チャネルにおける前記サンプル流体混合物の流れの軌道を変位させ、前記変位されたサンプル流体混合物の流れにおける複数の選択成分を前記インタロゲーションチャンバから延びる前記複数の流出チャネルの１つに押し出すことによって、前記インタロゲーションチャンバの下流側にある前記サンプル流体混合物の前記複数の成分から前記複数の選択成分を分離する分離メカニズムをさらに備え、
    前記分離メカニズムは、前記サンプル投入チャネルの少なくとも１つの側面に配置される少なくとも１つの圧電アクチュエータアセンブリを含み、
    前記対物レンズによって受容された前記発せられた光は、前記圧電アクチュエータアセンブリのトリガとなる電子信号に変換される、請求項３０に記載のマイクロ流体チップ。
33. 前記サンプル投入チャネルにおける前記サンプル流体混合物の流れの軌道を変位させ、前記変位されたサンプル流体混合物の流れにおける複数の選択成分を前記インタロゲーションチャンバから延びる前記複数の流出チャネルの１つに押し出すことによって、前記インタロゲーションチャンバの下流側にある前記サンプル流体混合物の前記複数の成分から前記複数の選択成分を分離する分離メカニズムをさらに備え、
    前記分離メカニズムは、前記サンプル投入チャネルの少なくとも１つの側面に配置される少なくとも１つの圧電アクチュエータアセンブリを含み、
    前記対物レンズによって受容された前記発せられた光は、前記圧電アクチュエータアセンブリのトリガとなる電子信号に変換される、請求項３１に記載のマイクロ流体チップ。
34. 前記サンプル流体混合物または前記複数のシース流体の１つは、圧送装置によって、前記マイクロ流体チップに圧送される、請求項１から３３のいずれか１項に記載のマイクロ流体チップ。
35. 外部管は、複数の流体を、前記マイクロ流体チップに連通させる、請求項１から３４のいずれか１項に記載のマイクロ流体チップ。
36. 前記複数の成分は、複数の細胞である、請求項１から３５のいずれか１項に記載のマイクロ流体チップ。
37. 分離されるべき前記複数の細胞は、非生存または非運動精子からの生存運動精子、性別及び他の性別分類バリエーションによって分離された精子、集団細胞から分離された複数の幹細胞、複数の精子細胞を含む複数の未標識細胞から分離された１つまたは複数の標識細胞、望ましいまたは望ましくない特性によって明確にされる、複数の精子細胞を含む複数の細胞、特定の特徴に係る核ＤＮＡにおいて分離された複数の遺伝子、複数の表面マーカに基づいて分離された複数の細胞、膜完全性または生存性に基づいて分離された複数の細胞、可能なまたは予測される再生ステータスに基づいて分離された複数の細胞、凍結生存能力に基づいて分離された複数の細胞、複数の汚染物質または破片から分離された複数の細胞、複数の損傷細胞から分離された複数の健康な細胞、プラズマ混合物の複数の白血球及び血小板から分離された複数の赤血球細胞、または、複数の任意の他の細胞成分から複数の対応する断片に分離された複数の任意の細胞の少なくとも１つを含む、請求項３６に記載のマイクロ流体チップ。
38. 前記分離されるべき複数の成分は、前記複数の流出チャネルの１つに移動させられ、複数の未選択成分は、前記複数の流出チャネルのうち他のものを通って流出する、請求項１から３７のいずれか１項に記載のマイクロ流体チップ。
39. 前記サンプル流体混合物または前記複数のシース流体の前記１つの前記マイクロ流体チップへの前記圧送を制御するコンピュータをさらに備える、請求項３４に記載のマイクロ流体チップ。
40. 前記マイクロ流体チップの前記貫通孔上に配置されるＣＣＤカメラによって取得された視野内に前記複数の成分を表示するコンピュータをさらに備える、請求項２７に記載のマイクロ流体チップ。
41. 前記マイクロ流体チップの前記貫通孔上に配置されるＣＣＤカメラによって取得された視野内に前記複数の成分を表示するコンピュータをさらに備える、請求項２８に記載のマイクロ流体チップ。
42. マイクロ流体チップホルダに搭載されるマイクロ流体チップカセットに装填されたマイクロ流体チップであって、複数の成分を含むサンプル流体を前記マイクロ流体チップに導入するためのサンプル投入部、シース流体を前記マイクロ流体チップに導入するための複数のシース投入部、及び、第１の交点で前記サンプル投入部に接続され、第２の交点で前記複数のシース投入部に接続され、前記サンプル流体および前記シース流体を下流に流すチャネルを有するマイクロ流体チップと、
    前記サンプル流体を貯留部から前記マイクロ流体チップの前記サンプル投入部に圧送し、前記シース流体を前記マイクロ流体チップの前記複数のシース投入部に圧送し、前記サンプル流体および前記シース流体を、前記サンプル投入部および前記複数のシース投入部から前記チャネルを通じて下流に圧送する圧送メカニズムと、
    を備え、
    前記マイクロ流体チップは、前記第１の交点および前記第２の交点よりも下流で前記チャネルと交差する貫通孔を有し、前記貫通孔の両端に配置されて前記チャネルを封止する第１のカバーおよび第２のカバーを更に有する、マイクロ流体チップシステム。
43. 複数の成分を含むサンプル流体混合物をマイクロ流体チップのサンプル投入チャネルに投入する段階と、
    前記マイクロ流体チップの複数の第１のシース流体チャネルに複数のシース流体を投入する段階であって、前記複数の第１のシース流体チャネルからの複数のシース流体は、前記複数の第１のシース流体チャネル及び前記サンプル投入チャネルの第１の交点において、前記サンプル投入チャネルの前記サンプル流体混合物に合流し、前記複数の第１のシース流体チャネルからの前記複数のシース流体は、前記サンプル流体混合物の前記複数の成分を前記サンプル投入チャネルの中央の周りに集中させるべく、前記サンプル投入チャネルの一方向に前記サンプル流体混合物を圧縮する、段階と、
    前記マイクロ流体チップの複数の第２のシース流体チャネルに複数のシース流体を投入する段階であって、前記複数の第２のシース流体チャネルからの前記複数のシース流体は、前記第１の交点の下流側にある、複数の第２のシース流体チャネル及び前記サンプル投入チャネルの第２の交点において、前記サンプル投入チャネルの前記サンプル流体混合物に合流し、前記複数の第２のシース流体チャネルからの前記複数のシース流体は、前記複数の成分が前記サンプル投入チャネルを通って流れる際、幅及び深さの両方だけ、前記複数の成分が前記サンプル投入チャネルの中央に集中及び整合するように、前記サンプル流体混合物を、前記第２の交点において第２の方向にさらに圧縮し、前記複数のシース流体は、前記複数の成分が前記サンプル投入チャネルを通って流れる際、前記複数の成分を選択方向に圧縮及び方向付けるべく、前記複数の成分に作用する、段階と、
    を備え、
    前記マイクロ流体チップは、前記第１の交点および前記第２の交点よりも下流で前記サンプル投入チャネルと交差する貫通孔を有し、前記貫通孔の両端には、前記サンプル投入チャネルを封止する第１のカバーおよび第２のカバーが配置され、
    前記複数の成分をインタロゲートすべく、前記第１のカバー、前記貫通孔および前記第２のカバーを介して、前記サンプル投入チャネルを通って流れる前記複数の成分にレーザビームを照射する段階を更に備える、
    流体混合物の複数の成分を方向付けする方法。

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