JP6582050B2 - 分析チップ - Google Patents

Description

背景
感染症および他の内科的疾患は、継続的に人の生命に影響を及ぼす。例えば、患者の病気を診断するために、血液中または他の流体（体液）中の抗原の存在を検出するための開発が行われた。場合によっては、マイクロ流体デバイスを用いて、被検物質（検体）を分析する。

添付図面は、本明細書で説明される原理の様々な例を示し、本明細書の一部をなす。示された例は、例示のためだけに与えられており、特許請求の範囲の範囲を制限しない。

本明細書で説明される原理の一例による、被検物質を分析するためのカセットへ組み込まれたマイクロ流体診断チップの図である。 本明細書で説明される原理の一例による、流体内の粒子を分離するためのマイクロ流体診断チップの平面図である。 本明細書で説明される原理の別の例による、流体内の粒子を分離するためのマイクロ流体診断チップの平面図である。 本明細書で説明される原理の別の例による、流体内の粒子を分離するためのマイクロ流体診断チップの平面図である。 本明細書で説明される原理の一例による、マイクロ流体診断チップ上の被検物質を分析する方法を示す流れ図である。 本明細書で説明される原理の一例による、マイクロ流体診断チップシステムのブロック図である。

図面の全体にわたって、同じ参照符号は、類似するが必ずしも同一でない要素を示す。

詳細な説明
上述したように、マイクロ流体診断チップ（ＭＤＣ）のようなマイクロ流体デバイスは、被検物質を含む流体を受け取り、流体内の病原体または他の異常を検出する。ＭＤＣを実現することに対する代案は、被検物質を含む流体のサンプル（試料）を採取して、分析のための研究室にそのサンプルを移送することである。この分析プロセスは、サンプルを適切に処理するために、デリケートで高価な試薬を用いて一連の正確な工程を行う技師を必要とする。試験を実行する人は通常、当該分析を行うために特別に訓練されている。

被検物質を含む流体の１つの特別な分析において、プロセスは、被検物質の粒子を含む流体中の粒子の数を計数（カウント）することを含むことができる。一例において、粒子は、被検物質としての人間の血液細胞（血球）を含むことができ、これら細胞の計数値は、患者の診断に更に役立つことができる。細胞を計数するＭＤＣは依然として、ＭＤＣへ流体を導入する前に、被検物質および試薬を混合するために訓練を受けた専門家を必要とする可能性がある。たとえこの混合物が正確に準備されたとしても、ＭＤＣは、任意の所与の流体（即ち、血液）が２つ以上のタイプの細胞または粒子を含むという事実に起因して、依然として細胞の数を適切に計数することができない可能性があり、ＭＤＣは２つのタイプを区別することができない。

従って、本明細書は、一例において、マイクロ流体診断チップを説明し、そのマイクロ流体診断チップは、主ポンプを含む主流体チャネルと、主流体チャネルから分岐する二次流体チャネルと、二次流体チャネル内の二次ポンプとを含み、二次ポンプは、主チャネルを通過する流体から第１のサイズの被検物質の粒子を引き寄せることができ、流体は、第１のサイズの被検物質の粒子、及びより大きいサイズの多数の粒子を含む。結果として、未熟練者が、被検物質を含む流体をＭＤＣに追加して、比較的より正確な結果および診断を得ることができる。

本明細書は更に、別の例において診断チップを説明し、その診断チップは、粒子差分モジュールに通信可能に結合され得る第１のセンサを含む第１の流体チャネルと、第１の流体チャネルから延び出ている第２の流体チャネルとを含み、第２の流体チャネルは第１の流体チャネルより小さい直径を有し、第２の流体チャネルは粒子差分モジュールに通信可能に結合され得る第２のセンサを含み、粒子差分モジュールは、第１の流体チャネルを通過した流体内の被検物質の粒子の数を、第１のマイクロポンプを用いて第２の流体チャネルの中を通って引き寄せられた流体の被検物質の粒子の数と比較することができる。

また、本明細書は、更に別の例において、マイクロ流体診断チップ上の被検物質を分析する方法を説明し、その方法は、主マイクロ流体ポンプを用いて、被検物質の粒子を含む流体を、流体スロットに流体連結された主マイクロ流体チャネルに送り出し、二次マイクロ流体ポンプを用いて被検物質の粒子を二次マイクロ流体チャネルへ引き寄せることにより、二次マイクロ流体チャネルを通じて流体内の被検物質の粒子を選別することを含む。

本明細書において及び添付の特許請求の範囲において、用語「流体」は、印加されたせん断応力の下で継続的に変形する（流れる）任意の物質として広く理解されるべきであることが意図されている。一例において、流体は、被検物質を含む。別の例において、流体は、試薬または反応剤を含む。別の例において、流体は、被検物質および試薬または反応剤を含む。更に別の例において、流体は、数ある中でも、被検物質、試薬または反応剤を含む。

更に、本明細書において及び添付の特許請求の範囲において、用語「被検物質」は、分析されるためにマイクロ流体診断チップ（ＭＤＣ）に配置され得る流体内の任意の物質として理解されることが意図されている。一例において、被検物質は、数ある中でも、以下に限定されないが、動物または人間の血液、動物または人間の尿、動物または人間の糞便、動物または人間の粘液、動物または人間の唾液、又はイーストのような、流体内の任意の構成物質とすることができる。一例において、被検物質は、血液細胞のような流体（体液）内の多数の粒子とすることができる。この例において、特定タイプの血液細胞は、ＭＤＣにより分析されるべきであるという理由により、被検物質である。

更に、本明細書において及び添付の特許請求の範囲において、用語「病原体」は、病気を引き起こす可能性がある任意の物質として理解されることが意図されている。一例において、病原体は、上述したような何らかの流体において見出され得る。

更に、本明細書において及び添付の特許請求の範囲において、用語「試薬」は、化学反応を引き起こすためにシステムに追加される、又は反応が生じる場合に見るために追加される物質または化合物として理解されることが意図されている。反応剤は、化学反応中に消費される物質として理解されることが意図されている。一例において、反応剤は、流体内に含められ得る。

更に、本明細書において及び添付の特許請求の範囲において使用される場合、用語「多数の」又は類似の用語は、１から無限大を含む任意の正数（ゼロは、数ではないが、数が無い）として広く理解されることが意図されている。

以下の説明において、説明のために、多数の特定の細部が、本システム及び方法の完全な理解を提供するために説明される。しかしながら、当業者には明らかなように、本装置、システム、及び方法は、これら特定の細部を用いずに実施され得る。明細書において「例」又は類似の用語に対する言及は、その例に関連して説明された特定の特徴、構造、又は特性が、説明されたように含まれるが、他の例において含まれることができないことを意味する。

さて、図面を参照すると、図１は、本明細書で説明される原理の一例による、被検物質を分析するためのカセット（１０５）へ組み込まれたマイクロ流体診断チップ（１００）の図である。図１に示された例において、ＭＤＣ（１００）はカセットの一部である。カセット（１０５）は更に、ＭＤＣ（１００）に電気結合された電子デバイスインターフェース（１１０）を含む。一例において、ＭＤＣ（１００）は、１〜３０ｍｍの長さ、及び２〜５ｍｍの幅とすることができる。別の例において、ＭＤＣ（１００）の幅は、約２ｍｍ幅である。一例において、ＭＤＣ（１００）は、多数の電気線、キャビティ、ポンプ及びセンサが画定および形成され得るシリコン基板を含むことができる。

電子デバイスインターフェース（１１０）により、ＭＤＣ（１００）が、コンピューティングデバイスのような外部源から命令および電力を受け取ることを可能にすることができる。この例において、ＭＤＣ（１００）は、被検物質を含む流体を受け取るカセット（１０５）の一部であるが、カセット（１０５）及び電子デバイスインターフェース（１１０）は、ＭＤＣを収容するための物理的本体、及びＭＤＣ（１００）を動作させるための電力および命令をそれぞれ提供する。

カセット（１０５）は、ＭＤＣ（１００）及び電子デバイスインターフェース（１１０）が収容されて汚染物質および損傷から保護されるハウジングとしての機能を果たすことができる。また、カセット（１０５）は、電子デバイスインターフェース（１１０）を電子デバイスに接続するためにユーザが圧力を印加することができる構造体としての機能も果たすことができる。

電子デバイスインターフェース（１１０）は、電子デバイスの入力／出力ポートと接続して機能することができる任意の数の電気接点（１２５）を含むことができる。一例において、電子デバイスインターフェース（１１０）は、電子デバイスのＵＳＢポートに電気結合することができるユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）インターフェースである。他の例において、電子デバイスインターフェース（１１０）の電気接点は、数ある中でも、ＰＣＩバス、ＰＣＩＥバス、ＳＡＳバス、及びＳＡＴＡバスに適合するように構成され得る。更に他の例において、電子デバイスインターフェース（１１０）は、特殊コンピューティングデバイスの特殊ポートと接続して機能する電気接点を含むことができる。

ＭＤＣ（１００）は、被検物質および／または反応剤を含む流体が配置される供給トレイ（１１５）を含むことができる。供給トレイ（１１５）は、流体をＭＤＣ（１００）の流体スロット（１２０）へ導く。動作中、例えば、被検物質を含む流体は、供給トレイ（１１５）に配置されて、流体スロット（１２０）へ送り込まれる。図１は単一の供給トレイ（１１５）及び単一の流体スロット（１２０）を示すが、任意の複数の供給トレイ（１１５）及び流体スロット（１２０）が、多数の流体を分析するために使用され得る。

流体が流体スロット（１２０）中にある場合、ＭＤＣ（１００）は、電子デバイスインターフェース（１１０）を介して電気デバイスから電力を受け取ることができる。電気デバイスから受け取った電力は、ＭＤＣ（１００）中に画定された多数のマイクロ流体チャネル内の多数のポンプ、センサ、及びヒータを駆動することができる。

ＭＤＣ（１００）のセンサは、流体がセンサ上を通過する際に流体のインピーダンス値を測定することができるインピーダンスセンサとすることができる。一例において、センサは、流体内の粒子の数を測定することができる。より詳細に後述されるように、センサは、二次マイクロ流体チャネルよりも比較的大きい横断面体積を有することができる主マイクロ流体チャネルから分岐する二次マイクロ流体チャネルに配置され得る。結果として、二次マイクロ流体チャネルは、流体内の粒子をサイズにより制限することができる。

ＭＤＣ（１００）のポンプは、流体を、それらの個々のマイクロ流体チャネルに送り出すことができる。個々のマイクロ流体チャネルの幅は、行われるべき分析のタイプ、及び分析中に使用される流体中の粒子のタイプ（即ち、特定の被検物質）に応じて変化することができる。一例において、マイクロ流体チャネルの幅は、血液細胞のような単一の被検物質の粒子のサイズより僅かに大きくなることができる。別の例において、マイクロ流体チャネルの幅は、１〜１００μｍの直径とすることができる。更に別の例において、マイクロ流体チャネルの幅は、６〜２０μｍとすることができる。

ポンプは、電圧がポンプに印加された場合に、流体と接触する薄膜の表面において気泡を核にする抵抗器である。この急速なジュール加熱方法は、薄膜抵抗器と親密に接触する流体を過熱する。気泡の形成および崩壊により、流体がマイクロ流体チャネルを介して押される／引き寄せられる。例えば、薄膜抵抗器は、タンタル、白金、金、炭化ケイ素、窒化ケイ素、タングステン、又はそれらの組み合わせから作成され得る。一例において、印加される電圧は、１〜１００ｋＨｚの速さで印加されることができ、５〜３５Ｖの範囲にわたることができる。他の例において、電圧は３５Ｖより大きくする又は５Ｖ未満にすることができ、異なる周波数で印加され得る。このように抵抗器が付勢される周波数は、流体が主および二次マイクロ流体チャネルを介して流れる速度に影響することができる。更に、より詳細に後述されるように、ポンプは、マイクロ流体チャネルの異なる直径を介して流体および粒子を押す又は引き寄せるために、協働して付勢され得る。

図２Ａは、本明細書で説明される原理の一例による、流体内の粒子を分離するためのマイクロ流体診断チップ（ＭＤＣ）（１００）の平面図である。図２Ｂは、本明細書で説明される原理の別の例による、流体内の粒子を分離するためのマイクロ流体診断チップ（ＭＤＣ）（１００）の平面図である。さて、ＭＤＣ（１００）は、これら２つの図面に関連して説明される。ＭＤＣ（１００）は、流体スロット（１２０）、主チャネル（２０５）、二次チャネル（２１０）、主チャネルポンプ（２１５）、二次チャネルポンプ（２２０）、及び二次チャネルセンサ（２２５）を含むことができる。流体スロット（１２０）は、被検物質を含む流体が供給トレイ（図１、１１５）を介して送られるトラフである。流体スロット（１２０）が流体でいっぱいになると、流体は多数の主チャネル（２０５）へ入れられる。流体スロット（１２０）及び主チャネル（２０５）は、マイクロメートルの尺度とすることができる。一例において、主チャネル（２０５）は、流体が主チャネル（２０５）へ入る前に全流体スロット（１２０）が満杯になるように流体スロット（１２０）の上部で流体スロット（１２０）に流体連結され得る。別の例において、主チャネル（２０５）は、ひとたび流体が流体スロット（１２０）に入ると、流体が主チャネル（２０５）に即座に入ることができるように、流体スロット（１２０）の底部で流体スロット（１２０）に流体連結され得る。

主チャネル（２０５）は、主チャネルポンプ（図２Ｂ、２１５）を含むことができる。上述したように、主チャネルポンプ（２１５）は、電圧が印加された際に流体内に気泡を核にする抵抗器の形態とすることができる。これは、薄膜抵抗器と親密に接触する流体を過熱する。次いで、気泡が崩壊し、それにより流体が、図２Ａ及び図２Ｂに示された矢印により示された方向に主流体チャネルに送り出される。

ＭＤＣ（１００）は更に、主チャネル（２０５）から分岐する二次チャネル（２１０）を含むことができる。一例において、二次チャネル（２１０）の終端部は、二次チャネル（２１０）へ送られた流体内の何らかの粒子がＭＤＣ（１００）から放出されて、分析の廃棄物としてリザーバに保持されるように、排出リザーバに結合される。別の例において、二次チャネル（２１０）の終端部は、二次チャネル（２１０）を介して送られた流体内のこれら粒子が主チャネル（２０５）を通過する流体と再び一緒になるように、主チャネル（２０５）へ向け直される。この例において、主チャネル（２１０）を通過する全ての粒子は、二次チャネル（２１０）の下流のセンサにより再度分析され、次いでそれらをリザーバへ送ることにより廃棄され得る。

二次チャネル（２１０）は、二次チャネル（２１０）を通過する際に流体の粒子の特性を測定する二次チャネルセンサ（２２５）を更に含むことができる。一例において、センサ（２２５）は、血液細胞のような粒子の存在を検出し、どれぐらいの数のこれら粒子が二次チャネル（２１０）を通過するかを計数するインピーダンスセンサ（２２５）とすることができる。各二次チャネルセンサ（２２５）は、電源から電力を受け取り、電気信号を電子デバイスインターフェース（１１０）の電気接点（１２５）に送るための多数の電気接続を含むことができる。図２は、これら電気接続を破線で示す。

二次チャネル（２１０）は、主チャネル（２０５）の横断面体積よりも小さい横断面体積を有する。これにより、様々な直径の粒子を含む流体が、より小さい二次チャネル（２１０）を何とか通り抜けることを可能にする一方で、より大きな粒子が除外される。一例において、流体は、多数の様々なタイプの血液細胞を含む血液サンプルであり、各タイプの血液細胞は、異なるサイズの直径を有する。一例において、二次チャネル（２１０）の幅は、分析されるべきターゲットタイプの血液細胞または粒子よりも僅かに大きく（即ち、１マイクロメートルの数十分の一）することができる。

流体内に存在する異なるサイズの粒子を分離するために、主チャネルポンプ（２１５）及び二次チャネルポンプ（２２０）がそれぞれ協働して、主チャネル（２０５）及び二次チャネル（２１０）を介して個々の細胞を押す及び引き寄せることができる。一例において、主チャネルポンプ（２１５）は、図２Ａ及び図２Ｂに示された矢印により示されたような方向に流体が流れるように、主チャネル（２０５）に位置し且つ形成され得る。二次チャネルポンプ（２２０）は、二次チャネル（２１０）へ引き込まれるべきターゲットの細胞が二次チャネルポンプ（２２０）により二次チャネル（２１０）へ引き寄せられるように、位置することができる。一例において、主チャネルポンプ（２１５）及び二次チャネルポンプ（２２０）の活性化は交互に起こり、一方のポンプ（２１５、２２０）が活性化されている間に、他方のポンプ（２１５、２２０）は非活性化される。主チャネルポンプ（２１５）と二次チャネルポンプ（２２０）との間の活性化（付勢）のこの交互パターンは、二次チャネル（２１０）が主チャネル（２０５）から分岐している場所で生成されるべき直交流（クロスフロー）を提供する。これにより、流体内のより大きい粒子が、二次チャネル（２１０）に入ることにより集合することが防止され、それにより意図された粒子が二次チャネル（２１０）に入ることが防止される。

一例において、二次チャネル（２１０）に類似する任意の数の粒子除外チャネルは、主チャネル（２０５）から分岐することができ、この場合、各粒子除外チャネルは、主チャネル（２０５）を通過する流体から異なるサイズの粒子を排除するために、異なる横断面体積を有する。この例において、多数の粒子除外チャネルは、より小さい多数の粒子除外チャネルが、何らかの他の粒子除外チャネルの上流に存在し、各粒子除外チャネルは、流体が下流に流れるにつれて横断面体積が増加していくように配列され得る。その結果として、流体中に存在する最も小さい粒子は、比較的より大きな粒子が比較的より大きな粒子除外チャネルにより除去される前に、流体から除去される。多数の粒子除外チャネルのそれぞれはセンサを含むことができ、それにより、流体内の各タイプの粒子が検出されることが可能となり、幾つかの例では計数されることが可能となる。結果として、本明細書のＭＤＣ（１００）は、ＭＤＣ（１００）へ置かれる多くの被検物質を有する単一の流体を用いて多数の試験を行うことができる。更に、被検物質から受け取ったデータのタイプは、任意の数の診断を行う又は結論を下すために使用され得る。

二次チャネルにおいて被検物質のサイズに基づいて流体内の多くの被検物質を検知するための能力を有することは、比較的より正確で精密な粒子の計数を可能にする。被検物質が血液内の細胞のタイプ（種類）である例において、血液中で見出される特定タイプの細胞の適切な計数値は、数ある中でも、癌、ＨＩＶ、インフルエンザのような病気を良好に診断することに役立つことができる。精度および正確さは、特に１つのタイプのターゲット細胞の大きさになっているチャネル内のセンサ（２２５）の上に当該ターゲット細胞のみを通過させることにより達成される。ターゲット細胞を二次チャネル（２１０）へ送るポンプ（２１５、２２０）を用いない場合、全てのタイプの細胞は、複数の細胞が同時に通過することを可能にする直径を有する主チャネル内のセンサ（２３０）を横切って通過することができ、それによりインダクタンスの誤った読み取りを生じ、血液サンプル内のターゲット細胞の数の数え違いを生じる可能性がある。一例において、センサ（２２５、２３０）に通信可能に結合された粒子差分モジュールを用いて、二次チャネルセンサ（２２５）により検出されたターゲット細胞の数と主チャネルセンサ（２３０）により検出された細胞の数との間で、比較が行われ得る。一例において、粒子差分モジュール（２３５）は、プロセッサにより実行された場合に、二次チャネル（２１０）のセンサ（２２５）の出力と主チャネル（２０５）のセンサ（２３０）の出力との間の差を比較するためのコンピュータ可読命令を有するコンピュータ可読媒体として実現され得る。別の例において、粒子差分モジュール（２３５）は、二次チャネル（２１０）のセンサ（２２５）の出力と主チャネル（２０５）のセンサ（２３０）の出力との間の差を比較するハードウェア回路とすることができる。

粒子差分モジュール（２３５）による比較は、比較的高いターゲット細胞の計数値または比較的低いターゲット細胞の計数値が血液サンプル中に存在するか否かを判定するように行われ得る。更に、この比較は、上述したように多数の粒子除外チャネルにわたって行われることができ、行われる分析の精度および正確さに更にもっと寄与する。

本ＭＤＣ（１００）は、分析を行うために必要な知識や技能を低減する。例えば、患者は、自身の体液を医療従事者に提供することができ、次いで当該医療従事者は、分析のために当該体液をＭＤＣ（１００）に配置することができる。別の例において、患者が、自身の体液をＭＤＣ（１００）に直接的に配置してもよい。電子デバイスインターフェース（１１０）及びコンピューティングデバイスを通じて、結果は、それらの結果に基づいた診断のために医療従事者に伝えられ得る。比較的より高度な熟練医療技術者が使用されないので、ＭＤＣ（１００）を配備して試験を行うコストは、特に低減される。更に、主チャネル及び二次チャネル（２０５、２１０）のサイズは、マイクロ流体の尺度で血液サンプルの分析を可能にし、結果と診断の精度にも寄与する。

本明細書は血液サンプルであるような被検物質または内部の要素を説明するが、ターゲット粒子を含む任意のタイプの流体が、本明細書を超えることなくＭＤＣ（１００）を通過させられ得る。従って、血液サンプルとして被検物質を説明することは、単なる例であり、本明細書は、多数の異なる微粒子、又は多数の異なる流体内の被検物質を分析するために本明細書で説明されたＭＤＣ（１００）の使用を企図する。

図３は、本明細書で説明される原理の別の例による、流体内の粒子を分離するためのマイクロ流体診断チップ（１００）の平面図である。図３が二次チャネル（２１０）の下流に別の三次チャネル（３０５）を含むことを除いて、図３は、図２Ａ及び図２Ｂに類似する。三次チャネル（３０５）は、二次チャネルセンサ（２２５）に類似する三次チャネルセンサ（３１０）を含むことができる。しかしながら、三次チャネル（３０５）は、二次チャネル（２１０）より比較的大きい幅を含むが、主チャネル（２０５）より小さい幅を含むことができる。図３に示されたＭＤＣ（１００）の動作は、図２Ａ及び図２Ｂに関連して説明されたＭＤＣ（１００）の動作に類似する。しかしながら、図３において、主チャネル（２０５）を通過した流体内の第２のタイプの粒子が、三次チャネルセンサ（３１０）により分析され得る。第２のタイプの粒子は、三次チャネル（３０５）を何とか通り抜けることができるこれら粒子を除く何らかの他の粒子を含まないこれら粒子とすることができる。図３において、二次チャネル（２１０）が三次チャネル（３０５）をバイパスするので、二次チャネルポンプ（２２０）により二次チャネル（２１０）へ引き寄せられる第１のタイプの粒子の全ては、三次チャネル（３０５）へ引き寄せられない。二次チャネルポンプ（２２０）に酷似し、三次チャネル（３０５）内に位置する三次チャネルポンプ（３１５）は、主チャネルの流体から第２のタイプの粒子を引き寄せる。更に、三次チャネルポンプ（３１５）は二次ポンプ（２２０）及び主ポンプ（２１５）と協働して、三次チャネル（３０５）に対する入口の上に直交流を生成することができる。この例において、各ポンプ（２１５、２２０、３１５）は交互に逐次に駆動することができる。

上述したように、二次チャネル（２１０）及び三次チャネル（３０５）に類似する任意の数の粒子除外チャネルは、主チャネル（２０５）内の流体から様々なサイズの粒子をサイズ毎に除去するために使用され得る。更に、全てのセンサにより取得されたデータは、粒子差分モジュール（図２Ａ、２３５）を用いて多数の態様で互いに比較され又はコンパイルされることができ、多数の診断が結果として行われ得る。

図４は、本明細書で説明される原理の一例による、ＭＤＣ上の被検物質を分析する方法（４００）を示す流れ図である。方法は、主マイクロ流体ポンプを用いて、被検物質の粒子を含む流体を、流体スロットに流体結合された主マイクロ流体チャネル（２０５）に送り出す（４０５）ことから始めることができる。上述したように、主チャネルポンプ（２１５）は、上述したような抵抗器を用いて或る量の流体を主チャネル（２０５）に押し通すことができる。

方法（４００）は、二次マイクロ流体ポンプ（２２０）を用いて、粒子を二次マイクロ流体チャネル（２１０）へ引き寄せることにより、二次マイクロ流体チャネル（２１０）を通じて被検物質内の粒子を選別する（４１０）ことを続けることができる。主マイクロ流体ポンプ（２１５）に類似して、二次マイクロ流体ポンプ（２２０）も抵抗器とすることができる。しかしながら、この場合、気泡の核生成および崩壊により、或る量の流体、存在する場合には流体内の少なくとも１つの粒子が、二次マイクロ流体チャネル（２１０）へ引き寄せられる。２つのポンプ（２１５、２２０）はそれぞれ、少なくとも１つの粒子を二次マイクロ流体チャネル（２１０）へ押す及び引き寄せるように互いに動作する。一例において、ポンプ（２１５、２２０）のあらゆる活性化を用いて二次マイクロ流体チャネル（２１０）へ引き寄せられるべき流体内の粒子が存在しないかもしれない。しかしながら、存在する場合、二次マイクロ流体チャネル（２１０）の入口に近づく粒子は、二次マイクロ流体チャネル（２１０）へ引き寄せられる。

図５は、本明細書で説明される原理の一例による、マイクロ流体診断チップシステム（５００）のブロック図である。システム（５００）は、コンピューティングデバイス（５０５）及びコンピューティングデバイス（５０５）に選択的に電気結合されるカセット（１０５）を含む。カセット（１０５）は、図１に関連して上述されたような、ＭＤＣ（１００）及び電子デバイスインターフェース（１１０）を含む。一例において、カセット（１０５）は、ＵＳＢコネクタを介して、コンピューティングデバイス（５０５）に通信可能に結合され得る。

コンピューティングデバイス（５０５）は、様々なハードウェア構成要素を含む。これらハードウェア構成要素の中で、多数のプロセッサ（５１０）、多数のデータ記憶デバイス（５１５）、多数の周辺デバイスアダプタ（５３５）、多数のネットワークアダプタ（５４０）、及びディスプレイデバイス（５４５）が存在することができる。これらハードウェア構成要素は、多数のバス（５５０）及び／又はネットワーク接続の使用を通して相互接続され得る。一例において、プロセッサ（５１０）、データ記憶デバイス（５１５）、周辺デバイスアダプタ（５３５）、ネットワークアダプタ（５４０）、及びディスプレイデバイス（５４５）は、バス（５５０）を介して通信可能に結合され得る。

プロセッサ（５１０）は、データ記憶デバイス（５１５）から実行可能コードを読み出して当該実行可能コードを実行するためのハードウェアアーキテクチャを含むことができる。実行可能コードは、プロセッサ（５１０）により実行された場合に、本明細書で説明された本発明の方法に従って電子デバイスインターフェース（１１０）及び周辺デバイスアダプタ（５３５）を介してＭＤＣ（１００）から多数の電気信号を少なくも受け取る機能を、プロセッサに実施させることができる。コード実行中に、プロセッサ（５１０）は、多数の残りのハードウェアユニットからの入力を受け取り且つ当該ユニットに対して出力を供給することができる。

データ記憶デバイス（５１５）は、プロセッサ（５１０）又は他の処理デバイスにより実行される実行可能プログラムコードのようなデータを格納することができる。説明されるように、データ記憶デバイス（５１０）は特に、プロセッサが本明細書で説明される機能を少なくとも実施するように実行する多数のアプリケーションを表すコンピュータコードを格納することができる。

データ記憶デバイス（５１５）は、揮発性および不揮発性メモリを含む、様々なタイプのメモリモジュールを含むことができる。例えば、本例のデータ記憶デバイス（５１５）は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）（５３０）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）（５２５）、及びハードディスクドライブ（ＨＤＤ）メモリ（５２０）を含む。多くの他のタイプのメモリも利用されることができ、本明細書は、本明細書で説明された原理の特定のアプリケーションに適合することができるように、データ記憶デバイス（５１５）において多くの様々なタイプ（単数または複数）のメモリの使用を企図する。特定の例において、データ記憶デバイス（５１５）の異なるタイプのメモリは、異なるデータ記憶のニーズのために使用され得る。例えば、特定の例において、プロセッサ（５１０）は、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）（５２５）からブートされて、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）メモリ（５２０）に不揮発性記憶を維持し、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）（５３０）に格納されたプログラムコードを実行することができる。

一般に、データ記憶デバイス（５１５）は、数ある中でも、コンピュータ可読媒体、コンピュータ可読記憶媒体、又は持続性コンピュータ可読媒体を含むことができる。例えば、データ記憶デバイス（５１５）は、以下に限定されないが、電子、磁気、光、電磁気、赤外線、又は半導体システム、装置、又はデバイス、又は上記の任意の適切な組み合わせとすることができる。コンピュータ可読記憶媒体のより具体的な例は、例えば以下のもの、即ち、多数のワイヤを有する電気接続、携帯用コンピュータのディスケット、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、消去可能ＰＲＯＭ（ＥＰＲＯＭ又はフラッシュメモリ）、ＣＤ−ＲＯＭ、光記憶デバイス、磁気記憶デバイス、又は上記の任意の適切な組み合わせを含むことができる。本明細書の文脈において、コンピュータ可読記憶媒体は、命令実行システム、装置またはデバイスにより、又はそれらに関連して使用するためのコンピュータ使用可能プログラムコードを含む又は格納することができる任意の有形媒体とすることができる。別の例において、コンピュータ可読記憶媒体は、命令実行システム、装置またはデバイスにより、又はそれらに関連して使用するためのプログラムを含む又は格納することができる任意の持続性媒体とすることができる。

コンピューティングデバイス（５０５）のハードウェアアダプタ（５３５、５４０）により、プロセッサ（５１０）が、コンピューティングデバイス（５１０）の外部および内部の様々な他のハードウェア要素と接続して機能することが可能になる。例えば、周辺デバイスアダプタ（５３５）は、例えばディスプレイデバイス（５４５）、マウス、又はキーボードのようなデバイスに入力／出力するためのインターフェースを提供することができる。また、周辺デバイスアダプタ（５３５）は、外部記憶デバイスのような他の外部デバイス、例えばサーバ、交換機、及びルータのような多数のネットワークデバイス、クライアントデバイス、他のタイプのコンピューティングデバイス、及びそれらの組み合わせに対するアクセスを提供することができる。

ディスプレイデバイス（５４５）は、コンピューティングデバイス（５０５）のユーザがコンピューティングデバイス（５０５）の機能と相互作用し、且つ当該機能を実施することを可能にするために設けられ得る。また、周辺デバイスアダプタ（５３５）は、プロセッサ（５１０）とディスプレイデバイス（５４５）、プリンタ、又は他の媒体出力デバイスとの間のインターフェースをもたらすことができる。ネットワークアダプタ（５４０）は、例えばネットワーク内の他のコンピューティングデバイスにインターフェースを提供することができ、これによりコンピューティングデバイス（５０５）とネットワーク内に位置する他のデバイスとの間でのデータ伝送が可能になる。

本システム及び方法の態様は、本明細書で説明された原理の例に従って、方法、装置（システム）及びコンピュータプログラム製品の流れ図および／またはブロック図に関連して本明細書で説明されている。流れ図およびブロック図の各ブロック、及び流れ図およびブロック図のブロックの組み合わせは、コンピュータ使用可能プログラムコードにより実現され得る。コンピュータ使用可能プログラムコードは、汎用コンピュータ、特殊用途コンピュータ、又は他のプログラム可能データ処理装置のプロセッサに提供されて、例えばコンピューティングデバイス（５０５）又は他のプログラム可能データ処理装置のプロセッサを介して実行された際に、当該コンピュータ使用可能プログラムコードが流れ図および／またはブロック図のブロック（単数または複数）に指定された機能または動作を実現するようにマシンを生成することができる。一例において、コンピュータ使用可能プログラムコードは、コンピュータ可読記憶媒体、コンピュータプログラム製品の一部であるコンピュータ可読記憶媒体内に埋め込まれ得る。一例において、コンピュータ可読記憶媒体は、持続性コンピュータ可読媒体である。

明細書および図面は、流体から粒子を分離することができる診断チップを説明する。幾つかの例において、この診断チップは、分析を行う医療従事者の知識や技能の要件を低減することができる。幾つかの例において、本明細書で説明されたＭＤＣ（１００）により、素人がＭＤＣ（１００）へ被検物質を配置して、その被検物質の分析データを読み出すことを可能にすることができる。従って、幾つかの例において、ＭＤＣ（１００）を配備するコストは、場合によっては専門的な研究所において被検物質を分析するために専門家に支払う数千ドルを費やすことよりも比較的安価にすることができる。更に、幾つかの例において、ＭＤＣ（１００）の構成要素のサイズにより、被検物質がミクロンレベルで分析されることを可能にすることができ、比較的より少ない量の流体サンプルを用いた被検物質の良好な精度および正確さが提供される。

上記の説明は、説明された原理の例を例示および説明するために提示された。この説明は、網羅的にする、又はこれら原理を開示された何らかの全く同一の形態に制限することが意図されていない。多くの変更および変形が上記の教示に鑑みて可能である。

Claims (15)

1. マイクロ流体分析チップであって、
   主マイクロ流体ポンプを含む主マイクロ流体チャネルと、
   前記主マイクロ流体チャネルから分岐し、その分岐した場所から下流側で前記主マイクロ流体チャネルに再び結合し、前記主マイクロ流体チャネルよりも小さい直径からなる二次マイクロ流体チャネルと、
   前記二次マイクロ流体チャネル内の二次マイクロ流体ポンプとを含み、
   前記二次マイクロ流体ポンプが、前記主マイクロ流体チャネルを通過する流体から第１のサイズの被検物質の粒子を引き寄せることができ、前記流体が、前記第１のサイズの被検物質の粒子、及び前記第１のサイズより大きいサイズの多数の粒子を含む、マイクロ流体分析チップ。
2. 前記主マイクロ流体ポンプ及び前記二次マイクロ流体ポンプの活性化は交互に起こり、一方のマイクロ流体ポンプが活性化されている間に、他方のマイクロ流体ポンプは非活性化される、請求項１に記載のマイクロ流体分析チップ。
3. 前記二次マイクロ流体チャネルが、そこを通過する前記第１のサイズの多数の粒子を計数するための第１のセンサを含む、請求項１又は２に記載のマイクロ流体分析チップ。
4. 前記二次マイクロ流体チャネルの直径が、前記第１のサイズより大きいサイズの多数の粒子を除外する、請求項１〜３の何れか１項に記載のマイクロ流体分析チップ。
5. 前記主マイクロ流体チャネルが、そこを通過する前記第１のサイズ及び前記第１のサイズより大きいサイズの被検物質の粒子を計数するための第２のセンサを含む、請求項１〜４の何れか１項に記載のマイクロ流体分析チップ。
6. 前記第１のサイズの粒子の検出された数、及び前記第１のサイズより大きなサイズの粒子の検出された数を受け取り、前記第１のサイズの粒子の数を前記流体内の前記第１のサイズより大きなサイズの粒子と比較するための粒子差分モジュールを更に含む、請求項５に記載のマイクロ流体分析チップ。
7. 前記主マイクロ流体ポンプ及び前記二次マイクロ流体ポンプがそれぞれ、前記第１のサイズの粒子を前記二次マイクロ流体チャネルへと押す及び引き寄せるように協働することができる、請求項１〜６の何れか１項に記載のマイクロ流体分析チップ。
8. 分析チップであって、
   粒子差分モジュールに通信可能に結合され得る第１のセンサを含む第１のマイクロ流体チャネルと、
   前記第１のマイクロ流体チャネルから分岐し、その分岐した場所から下流側で前記第１のマイクロ流体チャネルに再び結合し、前記第１のマイクロ流体チャネルよりも小さい直径を有し、前記粒子差分モジュールに通信可能に結合され得る第２のセンサを含む第２のマイクロ流体チャネルとを含み、
   前記第１のセンサは、前記第１のマイクロ流体チャネルを通過する流体内の被検物質の多数の粒子を計数し、
   前記第２のセンサは、前記第２のマイクロ流体チャネルを通過する流体内の被検物質の多数の粒子を計数し、
   前記粒子差分モジュールが、前記第１のマイクロ流体チャネルを通過した流体内の被検物質の粒子の数を、前記第２のマイクロ流体チャネル内の第１のマイクロ流体ポンプを用いて前記第２のマイクロ流体チャネルの中を通って引き寄せられた流体の被検物質の粒子の数と比較することができる、分析チップ。
9. 前記第２のマイクロ流体チャネルは、前記第２のマイクロ流体チャネルの直径よりも大きい前記第１のマイクロ流体チャネルを通過した前記流体の被検物質の粒子の通過を妨げる、請求項８に記載の分析チップ。
10. 前記第１のマイクロ流体チャネルが、被検物質の粒子を前記第１のマイクロ流体チャネルに送り出すための第２のマイクロ流体ポンプを含む、請求項８又は９に記載の分析チップ。
11. 前記第１及び第２のマイクロ流体ポンプは、前記流体の粒子が前記第２のマイクロ流体チャネルの開口において蓄積しないように、前記開口により流体の直交流を生成するように協働する、請求項１０に記載の分析チップ。
12. 前記第１のマイクロ流体ポンプ及び前記第２のマイクロ流体ポンプの活性化は交互に起こり、一方のマイクロ流体ポンプが活性化されている間に、他方のマイクロ流体ポンプは非活性化される、請求項１０又は１１に記載の分析チップ。
13. 前記第１及び第２のセンサがインピーダンスセンサである、請求項８〜１２の何れか１項に記載の分析チップ。
14. マイクロ流体チップ上の被検物質を分析する方法であって、
    主マイクロ流体ポンプを用いて、被検物質の粒子を含む流体を、流体スロットに流体連結された主マイクロ流体チャネルに送り出し、
    前記主マイクロ流体チャネルから分岐し、その分岐した場所から下流側で前記主マイクロ流体チャネルに再び結合し、前記主マイクロ流体チャネルよりも小さい直径からなる二次マイクロ流体チャネルへ、二次マイクロ流体ポンプを用いて前記被検物質の粒子を引き寄せることにより、前記二次マイクロ流体チャネルを通じて流体内の被検物質の粒子を選別することを含む、方法。
15. 前記二次マイクロ流体チャネルを通過した被検物質の粒子の数の計数は、前記主マイクロ流体チャネル内のセンサを用いて主マイクロ流体チャネルを通過した流体内の全粒子の数の計数と比較される、請求項１４に記載の方法。

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