JP6607505B2 - 遠心型マイクロ流体チップ制御器 - Google Patents
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- G01N2035/0439—Rotary sample carriers, i.e. carousels
-
- G—PHYSICS
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- G01N35/04—Details of the conveyor system
- G01N2035/0439—Rotary sample carriers, i.e. carousels
- G01N2035/0446—Combinations of the above
- G01N2035/0449—Combinations of the above using centrifugal transport of liquid
Description
ここで、ρは液体の密度、ωは、回転するプラットフォームの角速度、r1及びr2はそれぞれ後退メニスカス及び前進メニスカスの位置、Rhydは流体経路の液圧抵抗であり、また、Qは液体の流量である。なお、方程式と観測される変位との間には非常に良好な一致が存在する。図12a〜図12cは、知識を伴って遠心力及び空気圧の制御を使用して行なわれ得る3つの手順を明らかにする3つのマイクロ流体チップの画像を示す。これらは、完成したチップとして意図されておらず、単に適切に形成されたチップの1つの能力を示すにすぎない。なお、画像は、1.5psiの印加圧力と100msのパルス持続時間とを伴ってチップが(約50g(約500m/s2)の加速度を得るために)600rpmの回転速度を有している状態で撮られた。遠心分離によって生じる加速度ベクトルは、図の下端の方を向く。
である場合に、基本混合が起こり得ることを見出した。ここで、FBは浮力、FSは接触角摩擦力、aは加速度、ρは液体密度、Hはチャネルサイズ、γは液体−ガス表面張力、及び、θa及びθrはそれぞれチャネル壁上の液体の前進接触角及び後退接触角である。この条件は、浮力と表面張力との相対的重要度を表わすボンド数(又はEoetvoes数)に非常に類似している。ここに示される方程式は、気泡がマイクロ流体チャネルの上端と接触するように十分大きくなる前に浮力によって上昇し始めるような簡略化された条件を表わす。幅広くて浅いリザーバにおいては、この条件はあまり正確ではない。そのような幾何学的形態においては、気泡がチャンバの上端及び下端と接触することを考えることにより、異なる方程式を発見的に使用できる。この場合には、気泡が浮力により上昇するときに気泡がチャンバの幅よりも狭ければ、気泡混合が起こり得る。更に、方程式は、いずれの場合にも、厳密に言えば、ゆっくりと移動する気泡においてのみ有効である。観察されるケースでは、気泡が非常に速く移動しており、我々は多くの他の効果を無視できない。
にしたがって液体がsc内で上昇できる高さを制御するために印加圧力及び回転速度が制御される。ここで、ωは角速度、ρは液体密度、r1,r2はそれぞれ、リザーバの上端及び下端における回転中心と液面との間の距離である。
Claims (12)
- 遠心分離機に装着するためのカップリングであり、前記遠心分離機に対してのマイクロ流体チップの同時装着を可能にするカップリングを有する本体であって、該本体及び前記マイクロ流体チップが前記遠心分離機により回転できるようになっており、第1の加圧流体供給源への第1の開口を有する本体と、
第1の端部及び第2の端部を有し、前記第1の端部が前記第1の開口と流体連通するためのものであり、前記第2の端部が前記マイクロ流体チップの第1のポートと流体連通するように構成されている、第1の加圧流体供給ラインと、
前記第1のポートに供給される圧力を選択的に制御するための、前記本体に装着された流量制御デバイスと、
前記流量制御デバイスを制御するための電気回路と
を備えるマイクロ流体チップコントローラであって、
前記遠心分離機に対して前記マイクロ流体チップと共に装着される前記マイクロ流体チップコントローラが、前記マイクロ流体チップの前記第1のポートに接続される前記第1の加圧流体供給ラインを用いて、遠心分離中に前記マイクロ流体チップ内への加圧流体の制御された供給を可能にする、マイクロ流体チップコントローラ。 - 前記第1の加圧流体供給源が、
ガス、
前記マイクロ流体チップの形成のためのマイクロ流体よりも高い又は低い密度を有するとともに前記マイクロ流体との低い混和性又は溶解度を有する加圧流体、
前記マイクロ流体チップのために意図されるプロセスで使用される物質及び反応物質との非反応性のために選択される不活性ガス、
浄化された又は殺菌された空気、
窒素、
0.1〜2.5気圧の絶対圧力を有するガス、
周囲圧力にあるガス、
周囲圧力を少なくとも0.003気圧上回る又は下回る圧力を有するガス、及び、
1.003〜1.8気圧の圧力を有するガス
のうちのいずれから1つを供給する、請求項1に記載のマイクロ流体チップコントローラ。 - 第1の端部で前記本体の第2の開口によって第2の加圧流体供給源と連通する第2の加圧流体供給ラインを更に備え、
前記第2の加圧流体供給ラインが、第2の端部に、前記マイクロ流体チップの第2のポートにシール装着するためのカップリングをもたらし、
前記第1の加圧流体供給源及び前記第2の加圧流体供給源が、異なる圧力に独立に維持されるようになっている、請求項1又は2に記載のマイクロ流体チップコントローラ。 - 本体を前記遠心分離機に装着するための前記カップリングが、
(a)前記遠心分離機のブレードに対する機械的な取り付けを、前記ブレード上の前記マイクロ流体チップのための装着位置と干渉しない位置で行い、又は、
(b)前記遠心分離機のブレードに装着されるチップに対する機械的な取り付けを行い、又は、
(c)前記マイクロ流体チップの少なくとも一部を装着する又は支持するように形成される前記本体の部分を備える状態で前記遠心分離機のブレードに装着されるチップに対する機械的な取り付けを行い、又は、
(d)前記遠心分離機に対する複数のチップの同時装着を行い、又は、
(e)前記第1の加圧流体供給ラインが、前記複数のチップのそれぞれの第1のポートに対する流体接続のための複数のカップリングをそれぞれ前記第2の端部にもたらすように分岐した状態で、前記遠心分離機に対する複数のチップの同時装着を行う
ようになっている、請求項1〜3のいずれか一項に記載のマイクロ流体チップコントローラ。 - 前記マイクロ流体チップを装着するためのジョイント又は前記マイクロ流体チップのための支持体と、前記遠心分離機の回転平面内での前記マイクロ流体チップの運動を制御するための機械的なアクチュエータとを更に備え、
前記運動が、前記平面上に投影される前記マイクロ流体チップの少なくとも5°以上の回転を含む、請求項1〜4のいずれか一項に記載のマイクロ流体チップコントローラ。 - 前記第1の加圧流体供給源が、
周囲に配置された加圧チャンバ、
負圧源又は陽圧源と連通する加圧チャンバ、
ポンプ、
前記遠心分離機のブレードに作用するモーメントを制限するために前記遠心分離機の回転中心付近で当該マイクロ流体チップコントローラに装着されるポンプ、
前記電気回路により制御されるポンプ、
当該マイクロ流体チップコントローラに装着された電源を有するポンプ、
前記遠心分離機から外れて設けられた電源を有し、スリップリングなどの電気接触回転カップリングによって接続されるポンプ、および、
空気圧スリップリングを介して負圧源又は陽圧源と連通する加圧チャンバ
のうちのいずれか1つを備える、請求項1〜5のいずれか一項に記載のマイクロ流体チップコントローラ。 - 前記本体が、前記遠心分離機と共に回転できるように装着されるスリップリングのロータを備え、当該マイクロ流体チップコントローラが、前記スリップリングのステータを更に備える、請求項1〜6のいずれか一項に記載のマイクロ流体チップコントローラ。
- 前記マイクロ流体チップの特性又は該マイクロ流体チップ内に収容される液体の特性を測定するために前記本体及び/又は前記マイクロ流体チップに装着されるセンサ、又は前記本体及び/又は前記マイクロ流体チップに装着されるアクチュエータを更に備え、
前記センサは、前記電気回路と電子的に連通しており、前記センサが、温度センサ、流体力学的センサ、又は、光センサを含む化学的、物理的、又は、電子的なセンサであり、又は、前記マイクロ流体チップ内の流体の位置の測定を与え、
前記アクチュエータは、前記電気回路と電子的に連通しており、前記アクチュエータが、温度調整器、流体力学的調整器、または、光エミッタを含む科学的、物理的、又は、電子的なアクチュエータであり、又は、前記マイクロ流体チップ内の位置に影響を及ぼす、請求項1〜7のいずれか一項に記載のマイクロ流体チップコントローラ。 - マイクロ流体チップ内への加圧流体の供給を制御するための方法であって、
マイクロ流体チップ制御システムを遠心分離機に装着するとともに、前記マイクロ流体チップを前記遠心分離機に装着して、前記マイクロ流体チップ及び前記制御システムの少
なくとも一部が前記遠心分離機により回転できるようにする、ステップと、
前記制御システムに少なくとも1つの加圧流体供給源を設けるステップと、
前記少なくとも1つの加圧流体供給源と前記マイクロ流体チップのポートとの間を連通させる加圧流体供給ラインを結合するステップと、
遠心分離中に前記マイクロ流体チップに供給される圧力を選択的に制御するように、本体に装着された流量制御デバイスを動作させるステップと
を備える方法。 - 前記流量制御デバイスを動作させる前記ステップが、リザーバ内の液体を泡立てるために前記マイクロ流体チップの第1のポートと第2のポートとの間に圧力差を加える工程を備え、前記第1のポートが、前記液体のメニスカスよりも下側で前記リザーバに結合され、前記第2のポートが、前記メニスカスよりも上側で前記リザーバに結合され、前記第2のポートに印加される圧力が前記第1のポートに印加される圧力よりも低い、請求項9に記載の方法。
- 流量制御デバイスを動作させる前記ステップが、前記チップのマイクロ流体チャネルに圧力を印加して、前記チャネルと接続される第1のリザーバから第2のリザーバへ液体を移動させる工程を備える、請求項9に記載の方法。
- 前記第2のリザーバが、前記第1のリザーバよりも前記遠心分離機の回転中心軸線に近く、
前記第1のリザーバがバイアル瓶内にあり、
前記第2のリザーバが前記マイクロ流体チップ上にあり、
前記圧力を前記チャネルに印加して前記液体を移動させる前記ステップが、前記マイクロ流体チップのサイフォンバルブをプライミングする工程を備え、又は、
前記流量制御デバイスを動作させる前記ステップが、2つ以上の方向のうちの1つで前記液体を選択的に移動させるために複数の供給ライン内の複数の流量制御デバイスを動作させる工程を備える、請求項11に記載の方法。
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