JP6546396B2 - マイクロ流体装置への流体接続の処理 - Google Patents

Description

本出願は、２０１２年２月１日に出願された「Ｍａｎａｇｉｎｇ Ｆｌｕｉｄｉｃ Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓ Ｔｏ Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ Ｄｅｖｉｃｅｓ」と題する米国仮特許出願第６１／５９３，５２５号明細書への優先権および利益を主張するもので、この特許の内容全体を参照によって本明細書に組み込まれるものとする。

本開示は一般的に、マイクロ流体装置への流体接続の処理に関する。

例えば、高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）など、キャピラリーまたはナノスケールクロマトグラフィーの分野内で、マイクロ流体装置は、ステンレス鋼、ポリエーテルエーテルケトン、または石英ガラスからできている従来のチューブカラムの代わりに使用されている。そのようなマイクロ流体装置は、当該間の最低デッドボリュームを伴う同じ装置上での、例えば、トラッピングおよび分析チャネルなどの主要流体コンポーネントまたはチャネルの統合、より使い勝手がよいこと、流体接続および関連したヒューマンエラーの低減化、ならびに漏出リスクの低減化を含む、従来のチューブカラムに対して利点を有している。一部の場合、そのようなマイクロ流体装置とのインターフェイスとして機能し、流体経路を制御するための回転せん断バルブを形成するためのローターが組み込まれている。そのようなインターフェイスは、一部の場合、例えば、最高約３０，０００ｐｓｉ（ポンド／平方インチ）以上などの高圧力に耐えることができる、流体密封とともに提供される。そのようなインターフェイスに通常、関連付けられる問題には、摩耗、粒子形成、漏出、および組成障害が含まれる。

本開示は、一部、マイクロ流体装置、マイクロ流体装置とのインターフェイスとして機能するローター、クランピングメカニズム、および流体搬送構造を有するシステム（例えば、クロマトグラフィーシステム）が、ローターとマイクロ流体装置間のインターフェイスに通常、関連付けられる、摩耗、粒子形成、漏出、および組成障害などの問題を回避するため、利点となるように構成されることの認識から生じる。そのような構成は、ローターの回転およびクランピングメカニズムの動作を調整する。そのような構成はさらに、ローターの回転およびクランピングメカニズムの動作により、流体搬送構造を調整する。

一態様では、ローター、マイクロ流体装置、ロータードライバー、クランピングメカニズム、および制御電子回路を含むシステム（例えば、液体クロマトグラフィーシステム、ガスクロマトグラフィーシステム、または超臨界流体クロマトグラフィーシステムなどのクロマトグラフィーシステム）を特徴とする。ローターは複数の第１流体搬送要素を画定する。マイクロ流体装置は、１つ以上のチャネルおよび、１つ以上のチャネルと流体連通する複数の第２流体搬送要素を画定する。ロータードライバーはローターと結合されており、第１位置と第２位置間で、マイクロ流体装置に対して、ローターを回転するように構成され、位置のぞれぞれで、第１流体搬送要素の少なくとも１つが、当該間で流体連通を提供するために、１つ以上のチャネルの少なくとも１つと協働するようになっている。クランピングメカニズムは、ローターとマイクロ流体装置間の流体密封を確立するため、密封力を提供するように動作可能である。制御電子回路は、クランピングメカニズムと動作可能に結合され、密封力がマイクロ流体装置に対するローターの回転の間、低減化されるように、クランピングメカニズムの動作を制御するように構成される。

別の態様では、ローターとマイクロ流体装置間の流量の低減化、ローターとマイクロ流体装置間の密封力の低減化、当該間の流体経路を変更するための低減化された密封力でのマイクロ流体装置に対するローターの回転、ローターとマイクロ流体装置間で流体密封を生成するための密封力の再確立、ローターとマイクロ流体装置間の流量の再確立を含む方法を提供する。

実装形態には、１つ以上の次の特徴を含む場合がある。

一部の実装形態では、ローターによって画定される第１流体搬送要素は溝である。

一部の場合、ローターにはポリマー材料が含まれ、ポリマー材料はマイクロ流体装置に面する表面を画定する。

一部の例では、ポリマー材料には、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド、またはこれらの混合物が含まれる。

一部の例では、マイクロ流体装置に面するローターの表面は磨かれていない表面である。

一部の実装形態では、マイクロ流体装置は、マイクロ流体分離装置である。

特定の実装形態では、マイクロ流体分離装置には分離カラムが含まれる。

一部の実装形態では、マイクロ流体装置によって画定された第２流体搬送要素は、さらにマイクロ流体装置によって画定された１つ以上のチャネルに結合された流体ポートである。

一部の例では、１つ以上のチャネルには、１つ以上のクロマトグラフィーカラムが含まれる。

一部の例では、１つ以上のチャネルは、約３００μｍより小さい内径を有している。

一部の実装形態では、クランピングメカニズムには線形アクチュエータが含まれ、線形アクチュエータはローターに結合されている。

一部の実装形態では、線形アクチュエータは機械式（例えば、ピストンまたはカム作動）、電気式、磁気式、油圧式、または空気式アクチュエータ、あるいはこれらのいずれかの組み合わせである。

一部の例では、電気式アクチュエータは圧電アクチュエータである。

特定の実装形態では、クランピングメカニズムには、マイクロ流体装置との流体接続を確立するための流体マニホールドが含まれる。

一部の場合、流体マニホールドは、１つ以上の外部流体コンポーネントとのチューブ接続を可能にするための１つ以上の通路を画定する。

一部の例では、流体密封は、最高約３０，０００ｐｓｉ以上の流体密封であり、ローターの回転前および回転中に、０ｐｓｉから５０００ｐｓｉに低減化される。

一部の実装形態では、制御電子回路には、ローターとマイクロ流体装置間の密封力の大きさと方向を制御するよう動作可能な電気回路が含まれる。

一部の場合、制御電子回路は、密封力がローターの回転前に低減化され、ローターの回転後に再確立されるよう、クランピングメカニズムの動作を制御するように構成される。

一部の場合、制御電子回路は、ロータードライバーの動作を制御し、これによってローターの回転を制御するように構成されている。

特定の実装形態では、システムにはさらに、流体を供給するための１つ以上の流体ソース、マイクロ流体装置へ流体を圧送するための、１つ以上の流体ソースとの流体連通における１つ以上のポンプ、１つ以上のポンプからの流体の流量を検出するための、１つ以上のポンプに動作可能に結合された１つ以上の流量センサーが含まれる。制御電子回路は、１つ以上のポンプの動作を制御するために、１つ以上の流量センサーと信号通信を行う。

一部の例では、システムにはさらに、１つ以上のポンプとマイクロ流体装置間に配置されるミキサーが含まれ、１つ以上のポンプからの流体は混ぜられてからマイクロ流体装置に送られる。

特定の実装形態では、方法にはさらに、流量の低減化およびローターとマイクロ流体装置間の密封力の低減化の各ステップの調整が含まれる。

一部の場合、方法の流量の低減化ステップには、流れを流れゼロに低減化することが含まれる。

本明細書で使用されているすべての数字は、当該用語が明確に表示されていない場合でも、「およそ」という用語が前置きされているように読み取られることができる。さらに、本明細書に列挙されているすべての数値範囲は、当該個所で包含されるすべての部分的な範囲を含むことが意図されている。

本明細書で使用されている「サンプル」という用語は最も広い意味で、さらに情報が求められる事柄の組成を指している。例示的な方法で、限定されることなく、用語は、合成物または複数の合成物を指すために使用され、当該物の存在、不在、濃縮、または形成に関することを対象とする場合がある。

本明細書で使用されている「ポート」という用語は、入口ポートまたは出口ポート、例えばポンプの出力ポート、カラムの入力ポート、サンプルインジェクターポート、バルブのポート、またはミキシングＴ字管のポートのいずれかを指す。

本明細書で使用されている「信号通信」という用語は、電気信号の場合には有線、電磁、無線、光、または赤外線伝送装置の場合には無線を指す。本明細書で使用されている「制御電子回路」という用語は、パーソナルコンピューティング装置、サーバー、メインフレームコンピューター、および当技術分野で知られている同様のものなど、コンピューター処理ユニット（ＣＰＵ）の性質を有する一般的に使用されているコンピュータータイプの制御を指す。

本明細書で使用されている「キャピラリー」という用語は、約３００μｍより小さい内径を有するコンジットを指す。本明細書で使用されている「ナノスケール」という用語は、約１００μｍより小さい内径を有するコンジットを指す。本明細書では、文脈に応じて「コンジット」、「カラム」、および「チャネル」という単語は、互換性があるものとして使用される。

他の態様、特徴、および利点は、説明、図面、および請求項に含まれている。

各図面では、同じまたは同様の参照文字および番号は通常、異なる表示図面全体を通して、同じまたは同様の要素を指している。さらに、図面は必ずしも縮尺通りではない。

クロマトグラフィーシステムの概略図である。 図１のシステムで使用される、マイクロ流体装置の立体図である。 図２のマイクロ流体装置の上部および下部表面に面するローターの分解図である。 図２のマイクロ流体装置の上部および下部表面に面するローターの分解図である。 マイクロ流体装置の下部表面に当接するローターを含む、図２のマイクロ流体装置の上部表面の平面図である。 マイクロ流体装置の下部表面に当接するローターを含む、図２のマイクロ流体装置の上部表面の平面図である。 図１のシステムに実装された、クランピングメカニズムの側面図である。 図１のシステムで使用される、流量制御サブシステムの側面図である。 １つの流量制御サブシステムを含む、システムの概略図である。 ２つの流量制御サブシステムを含む、システムの概略図である。 図１のロータードライバーに取り付けられた、クランピングメカニズムの側面図である。 トラップカラムがマイクロ流体装置に組み込まれたシステムの概略図である。

一部の実装形態が図１〜図９に関連してここで説明される。このような実装形態は、本開示の教示を逸脱することなく、修正および変更することができる。

（システムの概要）
図１を参照すると、クロマトグラフィーシステム１００（例えば、キャピラリーまたはナノスケール流体クロマトグラフィーシステム）には、クロマトグラフィーサブシステム１５０、流量制御サブシステム１７０、および両方のサブシステムを制御するための制御電子回路１６０が含まれる。クロマトグラフィーサブシステム１５０はサンプルでクロマトグラフィーを行うように構成されている。流量制御サブシステム１７０は、クロマトグラフィーサブシステム１５０に流体、例えば、クロマトグラフィー分離のための移動相溶媒またはサンプルの搬送および清浄のための洗浄試薬を送出するように構成されている。

クロマトグラフィーサブシステム１５０には、マイクロ流体装置１１０、ローター１２０、ロータードライバー１３０、およびクランピングメカニズム１４０が含まれる。マイクロ流体装置１１０は、対象サンプルのトラッピング、不要な妨害物の分流、および構成部分へのサンプルの分離などの基本的なクロマトグラフィー作業を行うように構築されることが可能である。

異なるクロマトグラフィー作業は、異なる流体通路を通して実行されることができ、マイクロ流体装置１１０に対して、ローター１２０を異なる角度位置にずらすことによって形成されることが可能である。この点で、回転アクチュエータなどのロータードライバー１３０は、ローター１２０に結合され、異なる角度位置間でローター１２０を回転するように構成される。ロータードライバー１３０は、制御電子回路１６０と信号通信を行い、ローター１２０を回転するためのタイミングおよび方向に関して、制御電子回路１６０から送信される１つ以上の信号に応答する。

制御電子回路１６０は、パーソナルコンピューティング装置、サーバー、メインフレームコンピューター、および当技術分野で知られている同様のものなど、コンピューター処理ユニット（ＣＰＵ）の性質を有する一般的に使用されているコンピュータータイプの制御であり得る。制御電子回路１６０は単一のＣＰＵまたは複数のＣＰＵを有することができる。

制御電子回路１６０によって制御される、クランピングメカニズム１４０は、密封力をマイクロ流体装置１１０に適用して、マイクロ流体装置１１０がローター１２０とクランピングメカニズム１４０間でクランプされるように、マイクロ流体装置１１０をローター１２０に直接接触するように移動させ、これによって、ローター１２０とマイクロ流体装置１１０間で流体密封を形成する。クランピングメカニズム１４０はマイクロ流体装置１１０とローター１２０間のインターフェイスで、最大およそ３０，０００ｐｓｉ以上の流体密封の密封を提供する。このような高圧密封は、キャピラリーまたはナノスケール流体クロマトグラフィー（ＬＣ）に有益となり得、ここでは、いかなる漏出もシステム性能に対して致命傷になる可能性がある。

流体密封がローター１２０の回転中に維持される場合、インターフェイスに含まれる表面の摩耗の原因となり、したがってインターフェイスコンポーネントの寿命を短くする場合がある。インターフェイスコンポーネントの長寿命を促進する１つの方法は、表面を十分磨くことであるが、これには多大なコストがかかる場合がある。一部の場合、ポリマー材料などの適合材料が、ローター１２０の適合材料の層など、インターフェイスの１つ以上の表面に使用され、優れた密封を提供することができる。しかし、これらの材料は、マイクロ流体装置１１０への適合性は優れているが、せん断力を受けると、粒子を発する場合がある。分析スケールの流体クロマトグラフィー（ＬＣ）システム、すなわち、およそ２ｍｍより大きい内径を有するカラムでは、インターフェイスに形成される流体通路の障害物を防止するために、高容量フィルターが粒子をトラップするために使用されることができる。しかも、キャピラリーまたはナノスケールＬＣシステムでは、システム性能をひどく脅かす可能性のある大幅な離散量を採用せずに、そのようなフィルターを設計することは難しい場合がある。

摩耗や粒子の発散の抑制を助けるため、制御電子回路１６０はクランピングメカニズム１４０に指令して、ローター１２０の回転前と回転中に、インターフェイスでの密封力が低減化（例えば、完全に解除される）されることができるような方式で、マイクロ流体装置１１０での動作が行われるようにすることができる。一部の実装形態では、密封力は、ローター１２０の回転前と回転中に、０ｐｓｉから５０００ｐｓｉに低減化されることができる。ローター１２０が次の位置に回転した後、制御電子回路１６０はクランピングメカニズム１４０に信号を送り、密封力を再開して、インターフェイスでの流体密封を再確立する。

ローター１２０とクランピングメカニズム１４０の動作を調整することによって、ローター１２０とマイクロ流体装置１１０間のインターフェイスとして機能することに関連付けられた、摩耗と発散の問題は、インターフェイスで、何らかのフィルターを実装したり、表面を十分磨いたり、設計したりすることなく、低減化または回避されることができる。

一部の場合、クランピングメカニズム１４０の動作とローター１２０の回転とともに流体の搬送をさらに調整することも有益となる場合がある。この点で、クロマトグラフィーサブシステム１５０と流量制御サブシステム１７０は、ローター１２０を次の位置に回転させるため、コマンドをロータードライバー１３０に送る前に、制御電子回路１６０は最初に流量制御サブシステム１７０に信号を送り、インターフェイスを通して流れるいずれかのアクティブな流れを低減化または停止し、次いで、クランピングメカニズム１４０に信号を送り、インターフェイスの密封力を解除するように制御電子回路１６０によって制御される。ローター１２０が次の位置に回転した後、制御電子回路１６０はクランピングメカニズムに信号を送り、密封力を再開して、ローター１２０とマイクロ流体装置１１０間の密封を再確立するようにする。制御電子回路１６０は次に、流量制御サブシステム１７０にフィードバックして、流れを再開する。クランピングメカニズム１４０の動作とローター１２０の回転とともに流体の搬送をさらに調整することによって、システム１００はマイクロ流体装置１１０に対してローター１２０をインターフェイスする機能の利益を維持し、同時に、インターフェイスに通常、関連付けられた漏出や組成障害を回避（例えば、防止）する。

（マイクロ流体装置）
図２は、マイクロ流体装置１１０の立体図である。マイクロ流体装置１１０は、複数のチャネルおよび第１表面Ａ１を有しており、第１表面は流体ポート１１１〜１１７の形で複数の流体搬送要素を画定して、複数のチャネルと流体連通を行う。一部の実装形態では、チャネルには、サンプルのトラッピングおよび／または分離などの基本的なクロマトグラフィー作業を行うために、サンプルループならびに／あるいはトラップおよび／または分析カラムなどの１つ以上のクロマトグラフィーカラムを含むことができる。

例示的な例では、マイクロ流体装置１１０によって画定された、複数のチャネルには、サンプルループとして機能する第１チャネル１１８および分析カラムまたは分析チャネルとして機能する第２チャネル１１９が含まれる。第２チャネル１１９は、Ｃ１８ビーズのベッドなどの分離媒体でパックされることが可能で、ここで、サンプルは構成部分に分離されることができる。

分析チャネル１１９は、検出器への流体接続が流体インターフェイスを介して行われることが可能なように、マイクロ流体装置１１０の第２表面Ａ２上の別のポート１１７で終端可能である。あるいは、分析チャネル１１９は、下流検定器に接続されることが可能な、マイクロ流体装置１１０の側面／エンド表面上の出口に向けて延長することができる。

複数のポート１１１〜１１７には、スルーポート１１２、１１５、および１１６、ならびにブラインドポート１１１、１１３、１１４、および１１７が含まれる。スルーポート１１２、１１５、および１１６は、第１表面Ａ１から反対側、第２表面Ａ２（図３Ｂ）までマイクロ流体装置１１０全体を通り延長している。ブラインドポート１１１、１１３、および１１４は、第１表面Ａ１から延長して、チャネル１１８および１１９で終端している。ブラインドポート１１７は第２表面Ａ２（図３Ｂ）から延長して、チャネル１１９で終端している。

一部の場合、マイクロ流体装置１１０は、積層、溶接、または拡散接合などによって、ともに接着される複数の基板層から形成される基板から基本的に構成されることができる。基板および／または個々の基板層は、ポリイミド、セラミック、金属、またはこれらの組み合わせから形成されることができる。溝とバイアは、基板を形成するためにともに組み合わされる場合、溝はチャネル１１８、１１９を形成するために密閉され、バイアはポート１１１〜１１６を形成するように、基板層で（例えば、機械加工、化学エッチング、またはレーザー切断によって）形成されることができ、基板および／またはチャネルを通して流体連通を提供できる。チャネル１１９は媒体（例えば、疎水性媒体またはクロマトグラフィー粒子）でパックされることができ、フリットはパックされた媒体を適切な場所でロックするために、チャネルの終端で形成されることができる。

（ローター）
図３Ａは、マイクロ流体装置１１０の第１表面Ａ１に面する表面Ｂを有するローター１２０を例示しており、この例示された例では、マイクロ流体装置１１０は基本的なクロマトグラフィー作業を行うために使用される。ローター１２０は、図３の実装形態では３つの溝１２１〜１２３である、複数の流体搬送要素を含み、これは、例えば、エッチングまたは機械加工によって表面Ｂに形成されることができる。溝１２１〜１２３は、マイクロ流体装置１１０の流体ポート１１１〜１１６と協働する時、流体コンジットとして機能する。２つの表面ＢとＡ１が直接接触するようになる場合、ローター１２０がある位置に応じて、溝１２１〜１２３は流体ポート１１１〜１１６の３つの組に選択的に接続し、流体ポート間で３つの流体通路を形成する。ローター１２０を次の位置に回転することによって、溝１２１〜１２３は流体ポート１１１〜１１６の３つの異なる組とオーバーラップし、これによって、当該間で３つの異なる流体通路が形成される。溝１２１〜１２３の深さは約２００ｕｍである。

一部の場合、ローター１２０には、ローター本体１２４、およびローター本体１２４に配置され、表面Ｂを形成する適合材料１２５の層を含めることができる。適合材料１２５の層は、約１．０ｕｍから約３．０ｕｍの範囲の厚さを有することができる。ローター本体１２４は、金属またはセラミック材料から構築されることができ、適合材料１２５の層は、英国、ランカシャー州のＶｉｃｔｒｅｘ ＰＬＣから市販されているＰＥＥＫポリマー、および米国、デラウェア州のＤｕｐｏｎｔ ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎからのＶＥＳＰＥＬポリマー、またはこれらの混合物などの、適合ポリマーのコーティングとすることができる。

図３Ｂは、マイクロ流体装置１１０の第１表面Ａ１に面するローター１２０を伴う、図３Ａのマイクロ流体装置１１０の第２表面Ａ２からの表示図である。図３Ｂに示されているように、スルーポート１１２、１１５、および１１６は、マイクロ流体装置１１０を通過して延び、第２表面Ａ２で行われる流体接続が可能である。

ローター１２０は、ロード位置（図４Ａ）およびインジェクト位置（図４Ｂ）の間で、マイクロ流体装置１１０に対して回転されることが可能である。図４Ａに例示されているように、ローター１２０がロード位置の場合、溝１２１〜１２３は、それぞれ、マイクロ流体装置１１０の３つの流体ポートの組、１１２／１１３、１１４／１１５、１１１／１１６と協働し、これによって、当該間で３つの流体通路を形成する。一般的に、ロード位置の場合、サンプルソースから送出された対象の１つ以上の検体を搬送する可能性のあるサンプル流体は、ポート１１６を通してマイクロ流体装置１１０に入り、溝１２１を横切って、サンプルループとして動作するチャネル１１８に到達する。この点で、サンプルは、ポート１１６に接続されたシリンジを介してチャネル１１８にインジェクトされることができ、過剰分はポート１１５を介して廃棄するために搬送される。あるいは、サンプルはポート１１５と連通してアスピレータ（例えば、シリンジ）の動作を通して、サンプルソースから吸引されることができる。この間に、必要な溶媒組成の移動相がポート１１２を介してマイクロ流体装置１１０に送出され、次に、クロマトグラフィーカラムとして機能するチャネル１１９に向けられる。

図４Ｂに例示しているインジェクト位置では、溝１２１〜１２３は、流体ポートの３つの異なる組、１１１／１１２、１１３／１１４、および１１５／１１６にリンクするように向けられており、こうして、当該間で３つの異なる流体通路を形成する。一般的に、インジェクト位置では、１つ以上のポンプ、例えば、ナノポンプまたはナノ二元溶媒マネージャー（ＢＳＭ）から圧送された必要な溶媒組成の移動相がポート１１２を通してマイクロ流体装置１１０に入り、溝１２１を横切って、チャネル１１８に到達する。移動相はチャネル１１８で保持されたサンプルと同化して、サンプルを分析チャネル１１９の方へ搬送し、ここで、サンプルは構成部分に分離される。次に、カラム流出物はマイクロ流体装置１１０を出て、さらなる分析のために、例えば、質量分析計などの検出器に流れ出る。

（クランピングメカニズム）
次に図５を参照すると、クランピングメカニズム１４０には、流体マニホールド１４２および流体マニホールド１４２に取り付けられている線形アクチュエータ１４４が含まれる。制御電子回路１６０によって制御される、クランピングメカニズム１４０は、マイクロ流体装置１１０がローター１２０と流体マニホールド１４２間でクランプされるよう、マイクロ流体装置１１０をローター１２０の表面Ｂと接触するように移動するため、密封力をマイクロ流体装置１１０の第２表面Ａ２に適用する。線形アクチュエータ１４４は、機械式（例えば、ピストンまたはカム駆動アクチュエータ）、電気式（例えば、圧電アクチュエータ）、磁気式、油圧式、または空気式アクチュエータ、あるいはこれらのいずれかの組み合わせとすることができる。したがって、クランピングメカニズム１４０により適用される力は機械的力、起電力、電磁力および／または他のいずれかの適切なタイプの力とすることができる。クランピングメカニズム１４０は、最高およそ３０，０００ｐｓｉ以上の流体密封が可能な密封をインターフェイスで提供する。

図５に示されているように、流体マニホールド１４０は、流体マニホールド１４２を通して延長している複数のチャネル１４３、１４５、１４７、１４９を有し、これらによって、マイクロ流体装置１１０のポート１１２、１１５、１１６、および１１７と、ポンプ、バルブ、継ぎ手、カラム、ミキサー、インジェクターおよび／または同様のものなどの外部流体コンポーネント間の流体接続が可能になる。

一部の場合、クランピングメカニズム１４０は、マイクロ流体装置１１０がクランピングメカニズム１４０とともに移動するようマイクロ流体装置１１０を支えるように構成されることができる。例えば、流体マニホールド１４２には、マイクロ流体装置を保持するためのスプリングクリップ１４６を含めることができる。

一部の例では、流体マニホールド１４２は、代替または追加的に、アライメントピン１４８を含めることができ、これによって、マイクロ流体装置１１０のアライメント穴（図示せず）と結合することができる。アライメントピン１４８の使用によって、マイクロ流体装置１１０の流体ポート１１２、１１５、および１６６と流体マニホールド１４２のチャネル１４３、１４５、１４７、１４９の位置合わせを支援することができ、さらにマイクロ流体装置１１０を支えるのに役立つこともできる。

（流量制御サブシステム）
図６は、流量制御サブシステム１７０を例示している。流量制御サブシステム１７０は、ポンプ１７４からの流体の流量を検出し、信号を制御電子回路１６０に送信するために、流体を供給するための流体ソース１７２、例えば、サンプル分離のための移動相、流体をポンプでクロマトグラフィーサブシステム１５０に圧送するために、流体ソース１７２と流体連通するポンプ１７４、例えば、ナノポンプまたはナノＢＳＭ、およびポンプ１７４に動作可能に結合された流量センサー１７６を含んでいる。制御電子回路１６０は、流量センサー１７６から送信された信号に応答して、クロマトグラフィーサブシステム１５０に含まれるローター１２０（図１）、ならびにポンプ１７４および１７５の動作を調整する。

（使用の方法）
使用する場合、図７で示されているように、マイクロ流体装置１１０はクランピングメカニズム１４０の流体マニホールド１４２とローター１２０の間に配置される。次に、マイクロ流体装置１１０はローター１２０と流体密封接触するように促される。より具体的には、制御電子回路１６０は、流体マニホールド１４２を移動させる線形アクチュエータ１４４を駆動させ、今度は、流体マニホールドがマイクロ流体装置１１０を押して、ローター１２０と流体密封接触するようにする。

最初に、ローター１２０は、マイクロ流体装置１１０に対してロード位置にある。このロード位置では、サンプルは通路１４５を介してマイクロ流体装置１１０に流れ、それからチャネル１１８に流れる（ポート１１６、溝１２１、およびポート１１１間の流体連通を介して）。この点で、サンプルは、通路１４５を介してポート１１６と連通するシリンジを介してチャネル１１８にインジェクトされることができ、過剰サンプルはポート１１５および通路１４７を介して廃棄するために搬送される。あるいは、サンプルは通路１４７を介してポート１１５と連通するアスピレータ（例えば、シリンジアセンブリ）の動作を通して、サンプルソースから吸引されることができる。この間に、必要な溶媒組成の移動相がポート１１２を介してマイクロ流体装置１１０に送出され、次に、クロマトグラフィーカラムとして機能するチャネル１１９に向けられる。

サンプルは、マイクロ流体装置１１０によって画定された、チャネル１１８（図２）に保持される。ローター１２０がインジェクト位置に切り換えられる前に、流量センサー１７６と信号通信する、制御電子回路１６０はポンプ１７４を制御して、移動相溶媒の流れを低減化または停止する。一部の場合、ローター１２０の回転前に、流れが流れゼロに低減化されることが可能である。この低減化された、例えば、ゼロの流れの状態の下で、制御電子回路１６０は線形アクチュエータ１４４に信号を送り、ローター１２０からマイクロ流体装置１１０を移動させ、これによって、インターフェイスでの密封力を解除する。次に、制御電子回路１６０はロータードライバー１３０に指令して、低減化された密封力で、ローター１２０をインジェクト位置に回転させる。一部の実装形態では、密封力は、ローター１２０の回転前と回転中に、０ｐｓｉから５０００ｐｓｉに低減化される。

ローター１２０がインジェクト位置に回転した後、制御電子回路１６０は線形アクチュエータ１４４に信号を送り、密封力を再開して、ローター１２０とマイクロ流体装置１１０間の密封を再確立するようにする。次に制御電子回路１６０は、ポンプ１７４に信号を送り、マイクロ流体装置１１０への移動相の流れを再開する。移動相は、チャネル１１８のサンプルと同化して、クロマトグラフィー分離のために、サンプルを分析チャネル１１９の方へ搬送する。分離が行われた後、流出物がマイクロ流体装置１１０を出て、例えば、さらなる分析のために検出器に流れ出る。

さらに繰り返して、ローター１２０がロード位置に戻される前に、制御電子回路１６０は、流量センサー１７６と通信して、ポンプ１７４に信号を送り、移動相のいずれかのアクティブな流れを低減化または停止する。この低減化された、例えば、ゼロの流れの状態の下で、制御電子回路１６０は線形アクチュエータ１４４に指令を送り、ローター１２０からマイクロ流体装置１１０を移動させ、これによって、インターフェイスでの密封力を低減化または完全に解除する。次に、制御電子回路１６０はロータードライバー１３０に指令して、低減化された密封力で、ローター１２０をロード位置に回転させる。ローター１２０がロード位置に戻された後、制御電子回路１６０は線形アクチュエータ１４４を使って、密封力を再開して、ローター１２０とマイクロ流体装置１１０間の密封を再確立するようにする。次に、制御電子回路１６０は信号をポンプ１７４に送り、流れを再開する。

（他の実装形態）
上記でいくつかの実装形態が詳細に説明されたが、他の修正形態も可能である。例えば、無勾配分離のために、単一の移動相送出路（例えば、単一のポンプまたはＢＳＭ）を組み込むシステムが説明されたが、一部の実装形態では、複数の移動相送出路（例えば、２つのポンプまたはＢＳＭ）が、例えば、勾配分離のために活用されることができる。図８には、２つのポンプの例示的な使用が図示されている。クロマトグラフィーシステム２００には、流体ソース１８２、ポンプ１８４、および流量センサー１８６を含む追加の移動相送出路が含まれる。ポンプ１７４、１８４からの溶媒を混合して必要な組成の移動相を形成するために、ミキサーまたはミキシングＴ字管１９０がポンプ１７４と１８４の下流に配置される。再度、システム２００は高流体圧で実行することができ、ローター１２０とマイクロ流体装置１１０間で流体密封を提供する密封力は、ローター１２０が再配置される前に、例えば、ゼロに減らされることができる。さらに、漏出および組成障害を回避するために、ローター１２０の回転前および回転中に、移動相の流れが低減化または完全停止され、インターフェイスでの密封力を低減化することができる。ローター１２０がロータードライバー１３０によって再配置されると、流れおよび密封力の再開はポンプ１７４および１８４によって確立されることができ、それぞれ、流量センサー１７６および１８６に配線される。

一部の実装形態では、クロマトグラフィーシステム１００または２００は、高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）システムまたは超高速液体クロマトグラフィーシステムである。

図１で例示しているように、線形アクチュエータ１４４はローター１２０のようにマイクロ流体装置の反対側の流体マニホールド１４２に取り付けられるが、図９で示しているように、ロータードライバー１３０にも同様に取り付けられることができる。この場合、制御電子回路１６０は線形アクチュエータ１４４‘を制御するように構成されることができ、そして次に、線形アクチュエータはローター１２０を制御し、マイクロ流体装置１１０に対して、ローター１２０の線形移動に影響を与える。このような制御によって、ローター１２０の回転前および回転中に、ローター１２０が、線形アクチュエータ１４４‘を介して、マイクロ流体装置１１０の表面から離れて移動することを確実にすることができ、結果的に、インターフェイスでの密封力は低減化または完全に解除される。ローター１２０が（ロータードライバー１３０を介して）回転して再配置された後、制御電子回路１６０は、この場合、基本的に線形アクチュエータ１４４‘から構成されることができる、クランピングメカニズム１４０に指令して、密封力を再開して、インターフェイスでの流体密封を再確立する。再度、このような実装形態では、線形アクチュエータ１４４‘は機械式（例えば、ピストンまたはカムなど）、電気式、磁気式、油圧式、または空気式アクチュエータ、あるいはこれらのいずれかの組み合わせとすることができる。

あるいは、一部の実装形態の場合、デュアルモーションアクチュエータ（すなわち、独立した線形および回転運動を提供する単一のアクチュエータ）が採用され、マイクロ流体装置に対するローターの回転運動だけではなく、ローターをマイクロ流体装置と接触させるようにするためのローターの線形変位も制御することができ、これによって、当該間で流体密封を形成する。したがって、デュアルモーションアクチュエータが採用されると、ロータードライバーとクランピングメカニズムの両方の機能を行うことができる。デュアルモーションアクチュエータは、コネティカット州、ウォーターベリーのＨａｙｄｏｎ Ｋｅｒｋ Ｍｏｔｉｏｎ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ，Ｉｎｃ．から市販されている。

一部の実装形態では、２つ以上の線形アクチュエータが使用され、少なくとも１つがインターフェイスの各側に取り付けられ、例えば、１つが流体マニホールド１４２に、１つがロータードライバー１３０に取り付けられ、ローター１２０の線形運動およびマイクロ流体装置１１０を使うことができ、これによって、インターフェイスでの密封力を解除し、摩耗と発散を全体的に低減化する。

マイクロ流体装置１１０と外部流体コンポーネント、例えば、移動相またはサンプルソースなどの間の流体接続が流体マニホールド１４０によって画定されたチャネルを通して行われる実装形態が説明されてきたが、一部の実装形態では、流体接続はマイクロ流体装置１１０の反対側から、例えば、ローター１２０を通して行われることができ、この場合、ローター１２０はローター１２０を通して延長し、溝１２１〜１２３とオーバーラップする複数の流体通路を有し、外部流体コンポーネントへのマイクロ流体装置１１０のチューブ接続を可能にすることができる。

代替または追加的に、外部流体コンポーネントとマイクロ流体装置間の流体接続は、マイクロ流体装置の表面での流体チューブ接続などによって、マイクロ流体装置に直接行われることができる。このような場合、流体マニホールドは、同様の構造のプレートで置き換えられるが流体チャネルなしで、または線形アクチュエータがマイクロ流体装置で直接動作するように構成されることができる。

マイクロ流体装置がクランピングメカニズムによって支えられる実装形態が説明されてきたが、一部の実装形態では、マイクロ流体装置が他の一部のシステム要素によって支えられることが可能である。例えば、マイクロ流体装置は、システムシャーシによって支えられたり、これからつり下げされたりすることが可能である。

さらに、図８に図示されたシステムは高圧ミキシング技術を採用しており、ここで、溶媒は溶媒送出ポンプ１７４および１８４の高圧側で混合されるが、低圧ミキシング技術も同様に、互いにインターフェイスとして機能する、ローターとマイクロ流体装置を含むシステムに適用することができる。

マイクロ流体装置がサンプルループとして機能するチャネルを含む実装形態が説明されてきたが、一部の場合、マイクロ流体装置は、代替または追加的に、トラップカラムとして機能するチャネルを含むことができる。例えば、図２に例示されたマイクロ流体装置１１０では、第１チャネル１１８はトラップカラムとして代替的に機能することができる。この点で、第１チャネルは疎水性または他の媒体でパックされることができ、ここで、対象のサンプルが維持されることができる。図１０は、このような機構（すなわち、トラップカラムとして機能するチャネルを含む）を備えるマイクロ流体装置１１０を活用するシステム３００を例示している。

図１０のシステム３００では、流量制御サブシステム１７０‘に追加の流体送出路が含まれる。追加の流体送出路には、流体を供給するための流体ソース１７３、例えば、溶媒または溶媒混合物で、サンプルインジェクションバルブ１７８からインジェクトされたサンプルをクロマトグラフィーサブシステム１５０に搬送し、サンプルをクリーンアップするための洗浄試薬として同様に機能する流体ソース、流体をクロマトグラフィーサブシステム１５０に圧送するために、流体ソース１７３と流体連通する、ナノポンプなどのポンプ１７５、およびポンプ１７５からの流体の流量を検出し、信号を制御電子回路１６０に送信するために、ポンプ１７５に動作可能に結合された流量センサー１７７が含まれる。

使用する場合、図１０で示されているように、マイクロ流体装置１１０はクランピングメカニズム１４０の流体マニホールド１４２とローター１２０の間に配置される。次に、マイクロ流体装置１１０はローター１２０と流体密封接触するように促される。より具体的には、制御電子回路１６０は、流体マニホールド１４２を移動させる線形アクチュエータ１４４を駆動させ、今度は、流体マニホールドがマイクロ流体装置１１０を押して、ローター１２０と流体密封接触するようにする。

最初に、ローター１２０は、マイクロ流体装置１１０に対してロード位置にある。流体ソース１７３によって供給され、ポンプ１７５によって駆動される溶媒（例えば、純粋な溶媒または混合物）は、マイクロ流体装置１１０に向けて流れる。流れる溶媒はサンプルインジェクションバルブ１７８によって取り入れられたサンプルを同化し、通路１４５を通ってサンプルをマイクロ流体装置１１０に搬送する。サンプルは、マイクロ流体装置１１０によって画定された、トラップチャネル１１８（図２）でトラップされ、同時に、流体の不要な物質はマイクロ流体装置１１０から洗い流さされ、通路１４７により廃棄される。

ローター１２０がインジェクト位置に切り換えられる前に、流量センサー１７７と信号通信する、制御電子回路１６０はポンプ１７５を制御して、流れる溶媒を低減化または停止する。一部の場合、ローター１２０の回転前に、流れが流れゼロに低減化されることが可能である。この低減化された、例えば、ゼロの流れの状態の下で、制御電子回路１６０は線形アクチュエータ１４４に信号を送り、ローター１２０からマイクロ流体装置１１０を移動させ、これによって、インターフェイスでの密封力を解除する。次に、制御電子回路１６０はロータードライバー１３０に指令して、低減化された密封力で、ローター１２０をインジェクト位置に回転させる。一部の実装形態では、密封力は、ローター１２０の回転前と回転中に、０ｐｓｉから５０００ｐｓｉに低減化される。

ローター１２０がインジェクト位置に回転した後、制御電子回路１６０は線形アクチュエータ１４４に信号を送り、密封力を再開して、ローター１２０とマイクロ流体装置１１０間の密封を再確立するようにする。次に場合によっては、制御電子回路１６０は、ポンプ１７５に信号を送り、流れを再開させ、この流れは通路１４７を通じて廃棄に向けられる。

ローターがインジェクト位置の場合、流体ソース１７２によって供給される、移動相、純粋な溶媒または混合物のいずれかは、ポンプ１７４によってマイクロ流体装置１１０に圧送される。移動相は、トラップチャネル１１８でトラップされたサンプルと同化して、クロマトグラフィー分離のために、サンプルを分析チャネル１１９の方へ搬送する。分離が行われた後、流出物がマイクロ流体装置１１０を出て、例えば、さらなる分析のために検出器に流れ出る。

さらに繰り返して、ローター１２０がロード位置に戻される前に、制御電子回路１６０は、流量センサー１７６と通信して、ポンプ１７４に信号を送り、移動相のいずれかのアクティブな流れを低減化または停止する。この低減化された、例えば、ゼロの流れの状態の下で、制御電子回路１６０は線形アクチュエータ１４４に指令を送り、ローター１２０からマイクロ流体装置１１０を移動させ、これによって、インターフェイスでの密封力を低減化または完全に解除する。次に、制御電子回路１６０はロータードライバー１３０に指令して、低減化された密封力で、ローター１２０をロード位置に回転させる。ローター１２０がロード位置に戻された後、制御電子回路１６０は線形アクチュエータ１４４を使って、密封力を再開して、ローター１２０とマイクロ流体装置１１０間の密封を再確立するようにする。次に、制御電子回路１６０は信号をポンプ１７５に送り、流れを再開する。

したがって、他の実装形態も次の請求項の範囲内である。

Claims (24)

1. 複数の第１流体搬送要素を画定するローターと、
   １つ以上のチャネルおよび、１つ以上のチャネルと流体連通する複数の第２流体搬送要素を画定するマイクロ流体装置と、
   ローターと結合されており、第１位置と第２位置間で、マイクロ流体装置に対して、ローターを回転するように構成され、位置のそれぞれで、第１流体搬送要素の少なくとも１つが、当該間で流体連通を提供するために、１つ以上のチャネルの少なくとも１つと協働するようになっている、ロータードライバーと
   ローターとマイクロ流体装置間の流体密封を確立するため、密封力を提供するように動作可能である線形アクチュエータを備えたクランピングメカニズムと、
   ロータードライバーおよびクランピングメカニズムと信号通信し、密封力がマイクロ流体装置に対するローターの回転の間、低減化されるように、ローターの回転を制御し、クランピングメカニズムの動作を制御するように構成される制御電子回路とを備え、
   ロータードライバーによるローターの変位は、線形アクチュエータによる変位から切り離されている、システム。
2. 第１流体搬送要素が溝である、請求項１に記載のシステム。
3. ローターがポリマー材料から構成され、ポリマー材料がマイクロ流体装置に面する表面を画定する、請求項１に記載のシステム。
4. ポリマー材料がポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド、またはこれらの混合物である、請求項３に記載のシステム。
5. 表面が磨かれていない表面である、請求項３に記載のシステム。
6. マイクロ流体装置がマイクロ流体分離装置である、請求項１に記載のシステム。
7. マイクロ流体分離装置が分離カラムを備える、請求項６に記載のシステム。
8. 第２流体搬送要素が１つ以上のチャネルに結合された流体ポートである、請求項１に記載のシステム。
9. １つ以上のチャネルが１つ以上のクロマトグラフィーカラムを備える、請求項１に記載のシステム。
10. １つ以上のチャネルが約３００μｍより小さい内径を有する、請求項１に記載のシステム。
11. クランピングメカニズムが線形アクチュエータを備え、線形アクチュエータがローターと結合されている、請求項１に記載のシステム。
12. 線形アクチュエータが機械式、電気式、磁気式、油圧式、または空気式アクチュエータ、あるいはこれらのいずれかの組み合わせである、請求項１１に記載のシステム。
13. 電気式アクチュエータが圧電アクチュエータである、請求項１２に記載のシステム。
14. クランピングメカニズムがマイクロ流体装置との流体接続を確立するための流体マニホールドを備える、請求項１に記載のシステム。
15. 流体マニホールドが１つ以上の外部流体コンポーネントとのチューブ接続を可能にするための１つ以上の通路を画定する、請求項１４に記載のシステム。
16. 流体密封が最高約３０，０００ｐｓｉ以上の流体密封であり、ローターの回転前および回転中に、０ｐｓｉから５０００ｐｓｉに低減化される、請求項１に記載のシステム。
17. 制御電子回路がローターとマイクロ流体装置間の密封力の大きさと方向を制御するよう動作可能な電気回路を備える、請求項１に記載のシステム。
18. 制御電子回路が、密封力がローターの回転前に低減化され、ローターの回転後に再確立されるよう、クランピングメカニズムの動作を制御するように構成される、請求項１に記載のシステム。
19. 制御電子回路がロータードライバーの動作を制御し、これによってローターの回転を制御するように構成される、請求項１に記載のシステム。
20. 流体を供給するための１つ以上の流体ソースと、
    流体をマイクロ流体装置に圧送するために、１つ以上の流体ソースと流体連通する、１つ以上のポンプと、
    １つ以上のポンプからの流体の流量を検出するために、１つ以上のポンプに動作可能に結合された１つ以上の流量センサーとをさらに備え、
    制御電子回路が１つ以上のポンプの動作を制御するために、１つ以上の流量センサーと信号通信を行う、請求項１に記載のシステム。
21. １つ以上のポンプとマイクロ流体装置間に配置されるミキサーをさらに備え、１つ以上のポンプからの流体が混ぜられてからマイクロ流体装置に送られる、請求項２０に記載のシステム。
22. 方法において、
    密封力がマイクロ流体装置に対するローターの回転の間、低減化されるように、制御電子回路により、ロータードライバーおよびクランピングメカニズムと信号通信し、ローターの回転と、線形アクチュエータを備えた前記クランピングメカニズムの動作とを制御し、ロータードライバーによるローターの変位は、線形アクチュエータによる変位から切り離されている、ことを含み、
    前記制御することは、
    ローターとマイクロ流体装置間の流量を低減化することと、
    ローターとマイクロ流体装置間の、線形アクチュエータを備えたクランピングメカニズムによって確立される密封力を低減化することと、
    当該間の流体経路を変更するために、低減化された密封力でマイクロ流体装置に対してローターを回転することと、
    ローターとマイクロ流体装置間の流体密封を作成するために密封力を、線形アクチュエータを備えたクランピングメカニズムによって再確立することと、
    ローターとマイクロ流体装置間の流量を再確立することとを含む方法。
23. 流量の低減化およびローターとマイクロ流体装置間の密封力の低減化の各ステップの調整をさらに含む、請求項２２に記載の方法。
24. 流量の低減化が流れを流れゼロに低減化することを含む、請求項２２に記載の方法。

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