JP6641274B2 - チャネルレスポンプ、方法およびその利用 - Google Patents

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関連出願の参照

本出願は、２０１３年１１月２２日に出願された米国仮出願第６１／９０７６２３号、２０１４年２月１８日に出願された米国仮出願第６１／９４１１１８号、および２０１３年１２月２０日に出願された米国仮出願第６１／９１９１１５号に基づく優先権を主張する。これらの仮出願の内容は参照することにより、その全体が本願明細書に組み込まれる。

政府によるファンディング

なし

発明の実施形態は一般的に、マイクロ流体工学の分野に関し、より具体的には、マイクロ流体装置／システム、その使用方法および製造方法並びにその利用に関し、最も具体的には、マイクロ流体移送チャネルを持たないマイクロ流体ポンプ（すなわち、チャネルレスマイクロ流体ポンプ）、それを用いて流体を移動させる方法、それを製造する方法およびその利用に関する。

マイクロ流体工学の歴史と進展は、小さな（すなわち、マイクロ流体）専用のチャネルの形成に集中している。このようなチャネルは様々な方法によって様々な材料で構築されるとともに、当該チャネルを通じた流体の移動を操作および調節するために、様々な構成に組み立てられる。このようなマイクロ流体デバイスに関連する課題および問題は、チャネル自体の形成、チャネルを通じて流体を制御可能に案内すること、およびチャネルとチャネルを通じて案内される流体との相互作用に関して存在する。さらに重要なのは、可動部を有するマイクロ流体システムの製造が困難なことである。このような可動部は、チャネル内又はチャネル間における流体の移動を調節する際に必要なバルブ又はポンプとして使用される、あるいは、チャネルの長さに沿って流体を実際にポンピングするために使用される若しくは１つのチャネルから別のチャネルに流体をポンプするために使用される。このようなデバイスを作成するには、材料を溝付けするとともに（furrowing materials）、チャネルを囲むように、溝付けされた材料による層を組み立てることが歴史的に必要であった。システムがバルブ又はポンプを備える場合には、バルブ又はポンプに使用される特定のエレメントは、有用なシステムを完成するために、困難な組み立て方法と多くのディスクリート部品を必要とする層の中に組み立てられる。特定の場合には、チャネルは、ダイヤフラムが媒介するチャネルセグメントまで削減されている。ダイヤフラムはその後、マニホールドを通じて調節され、調節されたダイヤフラムと協調するチャネルセグメントによって、流体のポンピングとポンピングされた流体の方向の調節とを行うシステムが製造される。残念ながら、このようなデバイスは依然としてチャネルセグメントを製造することが困難であるとともに、このようなシステムにおいては、ポンプとして構成された場合に、それぞれのポンプに複数のチャネルセグメントが組み込まれているため、デッドスペースが非常に大きくなってしまう。それぞれのチャネルセグメントが、ポンプが作動していないときに、ポンピングされた流体の一部を保持することにより、ポンプ自体の中に流体の一部が残される。これらの課題や問題の根底にある理由は、当技術分野において極めて周知である。

本発明者らは、専用のマイクロ流体移送チャネルを含まない（若しくは非常に低減された数の当該チャネルを含む）又は必要としない形式のデバイスおよびシステムに関する上記課題および問題の解決策を提供することの特徴および利点、並びに、マイクロ流体デバイスおよび／又はそのシステム内で流体を移動（すなわちポンプ）させる「チャネルレス」マイクロ流体デバイスの使用を認識している。このような解決策によれば、マイクロ流体デバイス／システムは簡略化されるとともに改善され（デッドスペースが極端に小さいあるいは０のポンプは小さな液体を移動させるのに有用であるが、大量の流体を容易にポンピングできるように拡張可能でもある）、マイクロ流体デバイス／システムの製造も簡略化され、マイクロ流体デバイス／システムの製造および使用に係るコストも低減され、幅広い範囲の体積の流体を操作できるなど、マイクロ流体デバイス／システムの性能も改善される。具現化される解決策によれば、チャネルレスマイクロ流体ポンプ装置／システム、それを製造・使用するための方法、および当該解決策によって実現可能な利用が提供される。

マイクロ流体工学の歴史と展望には、多くの場合、アッセイを完了するために必要な試薬の全て、ほとんど又はその一部を保存するとともにそれを移動のために利用可能にするカートリッジを備えるシステムの開発が含まれている。当該展望において、流体を移動させることの困難性は多くの場合、カートリッジの使用前における輸送中および保管中に、互いに分離された試薬を維持することの困難性に集中する。従来のマイクロ流体システムによれば、カートリッジ内に形成されたチャネルによって、試薬をその保管場所から使用場所へ移動させることを必要とする。したがって、従来のシステムにおけるチャネルは、使用前に、予め形成された流路に沿って試薬が移動することを防止するための様々なバルブシステムを採用する。その他の例では、試薬容器は、当該容器とチャネルの間にバルブを採用していないが、容器自体は完全に密閉されており、内容物を破裂又は解放するまで穴が開けられるあるいは破砕され、試薬はその後、チャネルを通じて使用場所に案内される。試薬はさらに、多くの場合、高価であるか、又は特定の量で使用される必要がある。従来のチャネルシステムによれば、材料を移動させるためのチャネルに残る材料のデッドボリュームによって負担がかかると同時に、材料が使用されるときに正確な量を測ることが困難である。

本発明者らは、容器と容器の間にチャネルレスポンプシステムを提供することにより、直接接続するチャネル、バルブが介在するチャネルあるいは容器に保存された材料を任意の方法により使用前に移動させることを可能にするチャネルを含まない形式のデバイスおよびシステムに関する上記課題および問題の解決策を提供することの特徴および利点を認識している。このような解決策によれば、マイクロ流体デバイス／システムは簡略化されるとともに改善され（例えば、カートリッジ内に容易に保存されて使用のために容易にアクセス可能な試薬を収容するマイクロ流体システム）、マイクロ流体デバイス／システムの製造も簡略化され、マイクロ流体デバイス／システムの製造および使用に係るコストも低減され、（ｉ）カートリッジ上に試薬を保存できる、（ｉｉ）チャネルの減少によってデッドスペースが低減することにより、保存された試薬をより多く使用できる、（ｉｉｉ）試薬の量をより正確に測定できるなど、マイクロ流体デバイス／システムの性能も改善される。具現化される解決策によれば、チャネルレスマイクロ流体ポンプ装置／システム、それを使用して１つ又は複数の流体を移動させる方法、および当該解決策によって実現可能な利用が提供される。

マイクロ流体工学の歴史と展望には、多くの場合、必要とされる利用可能な試薬の全て又はその一部と、カートリッジに容易に係合する様々な機械的、光学的、電気的、磁気的および熱的な性能とを有する単純なカートリッジにおける完全な生化学的アッセイを含めて、有用な処理を行うシステムの開発が含まれている。当該展望において、流体を移動させることの困難性は多くの場合、使用前におけるカートリッジの輸送中および保管中に、互いに分離されている試薬を維持すること、並びに、試薬が混合されるとともにサンプルが処理される間にサンプルおよびその一部に対して試薬が機能するのに必要な各種手続きを実施することにある。従来のマイクロ流体システムには、試薬を保管場所から使用場所へ移動させるためにカートリッジ内に軽視絵されたチャネルが必要である。チャネルはカートリッジ内に予め形成されるとともに、大きな基板、複雑なバルブシステムおよび／又は試薬にアクセスするための鋭利な点（sharp point）又は破断機構（crushing mechanisms）のようなエレメントが必要であるため、カートリッジの製造が困難なものとなり、カートリッジが使用される器具も非常に複雑になり、また、その使用も大きく制限されてしまう。カートリッジは扱いにくいものとなり、また、試薬の保管と、容器からの試薬の抽出、並びにカートリッジ内における試薬の使用に関しても故障しやすくなる。さらに、カートリッジが大きくかつ複雑であるため、サンプルおよび試薬を容易に操作することは制限されてしまう。

本発明者らは、容器と容器の間にチャネルレスポンプシステムを提供することにより、直接接続するチャネル、バルブが介在するチャネルあるいは容器に保存された材料を任意の方法により使用前に移動させることを可能にするチャネルを含まない形式のマイクロ流体デバイスおよびシステムに関する上記課題および問題の解決策を提供することの特徴および利点を認識している。このような解決策によれば、マイクロ流体デバイス／システムは簡略化されるとともに改善され（例えば、カートリッジ内に容易に保存されて使用のために容易にアクセス可能な試薬を収容するマイクロ流体システムであって、カートリッジに対して様々な機械的、光学的、電気的、磁気的および熱的な入力を供給するホスト器具とカートリッジとの相互作用が単純化される）、マイクロ流体デバイス／システムの製造も簡略化され、マイクロ流体デバイス／システムの製造および使用に係るコストも低減され、（ｉ）カートリッジ上に試薬を保存するとともにカートリッジに対して様々な機械的、光学的、電気的、磁気的および熱的な入力を供給できるなど、マイクロ流体デバイス／システムの性能も改善される。具現化される解決策によれば、チャネルレスマイクロ流体装置／システム、それを使用して１つ又は複数の流体を移動させる方法、および当該解決策によって実現可能な利用が提供される。

発明の一態様は、チャネルレスマイクロ流体ポンプである。例示的な実施形態において、チャネルレスマイクロ流体ポンプは、互いに対向する複数の外側表面を有する基板と、基板の一方側の外側表面上に配置される作動可能フィルム層とを備えるカートリッジと、少なくとも３つの分離した作動可能キャビティを有し、作動可能キャビティによって少なくとも部分的に表面が形成されたマニホールドと、を備え、それぞれの作動可能キャビティは作動機構を備え、ポンプの動作中において、非作動状態では、作動可能フィルム層は、基板の表面に直接隣接して配置され、作動状態では、作動可能フィルム層の少なくとも一部が、対応するキャビティ内に偏向されることにより、その一部と基板の表面との間に流体ボリュームが形成され、さらに、直接隣接する流体ボリューム同士の間に流体ギャップが形成される。
チャネルレスマイクロ流体ポンプの各種実施形態は、以下の付加的な特徴、限定および特性を、単独又は組み合わせて含むものである：
―少なくとも３つのキャビティのそれぞれは、少なくとも２つの壁部を備える；
―基板の中又は基板の上に設けられた少なくとも１つの容器と、当該容器およびフィルム層と連通した少なくとも１つのビアと、をさらに備える；
―フィルム層と外部の流体源とに連通するように基板内に設けられた少なくとも１つのビアをさらに備える；
―作動機構は、空気圧式又は油圧式のアクチュエータを備える；
―マニホールドの上面に配置された作動可能かつ可撓性の層であって、作動可能フィルム層とインタフェースする位置に配置可能な層をさらに備える；
―作動機構は、空気圧式、油圧式、電磁石式又は機械的なアクチュエータを備える；
―作動可能かつ可撓性の層は、少なくとも１つの磁気領域を備える；
―少なくとも３つのキャビティのそれぞれは、少なくとも２つの壁部を備える；
―基板の中又は基板の上に設けられた少なくとも１つの容器と、当該容器およびフィルム層と連通した少なくとも１つのビアと、をさらに備える；
―フィルム層と外部の流体源とに連通するように基板内に設けられた少なくとも１つのビアをさらに備える；
―キャビティは、作動可能な発泡材料を有する；
―基板は、ブリスター材料の少なくとも一部およびビアと連通する少なくとも１つのポケットを備える；
―基板は、ビアを含むフィルム層であり、カートリッジは、１つ又は複数のポケットが形成された固定具と、固定具内に設けられた少なくとも１つの真空ポートと、固定具の外側表面上に配置されて当該固定具の表面と基板のフィルム層の間に介在することによりブリスター容器を形成するブリスター材料とを備え、作動可能フィルム層は、ブリスター容器をシールするように配置される；
―基板が配置される側とは反対側のブリスター材料の表面上に配置された保護カバーをさらに備える。

発明の一態様は、マイクロ流体デバイス内で流体を移動させる方法である。当該方法は、例示的な実施形態において、上述したチャネルレスマイクロ流体ポンプを提供するステップ；第１のキャビティを作動させるステップ；第１のキャビティの流体ボリューム内にある量の流体を配置するために、第１のキャビティの流体ギャップを通じて流体源を提供するステップ；第１のキャビティに直接隣接する第２のキャビティを作動させることにより、第２のキャビティ内に流体ボリュームを形成し第１のキャビティと第２のキャビティの間に流体ギャップを形成するステップ；第１のキャビティの作動を解除して第２のキャビティに直接隣接する第３のキャビティを作動させることにより、第３のキャビティ内に流体ボリュームを形成し第２のキャビティと第３のキャビティの間に流体ギャップを形成して、第１のキャビティから第２のキャビティに流体を流し、第２のキャビティから第３のキャビティに流体を流すステップ、を含む。

発明の例示的な実施形態によるチャネルレスマイクロ流体ポンプのカートリッジ部品の断面図 発明の例示的な実施形態によるチャネルレスマイクロ流体ポンプのマニホールド部品の断面図 発明の例示的な態様による、図２Ａのマニホールド内の３つのキャビティの平面図 発明の例示的な実施形態による、流体を内部で輸送するチャネルレスポンプの操作を連続的に示す図 発明の例示的な実施形態による、流体を内部で輸送するチャネルレスポンプの操作を連続的に示す図 発明の例示的な実施形態による、流体を内部で輸送するチャネルレスポンプの操作を連続的に示す図 発明の例示的な実施形態による、流体を内部で輸送するチャネルレスポンプの操作を連続的に示す図 発明の例示的な実施形態による、流体を内部で輸送するチャネルレスポンプの操作を連続的に示す図 発明の例示的な実施形態による、流体を内部で輸送するチャネルレスポンプの操作を連続的に示す図 発明の例示的な実施形態による、基板の中／上に配置される少なくとも１つ（図示では２つ）の容器と、容器および作動可能フィルム層の間を接続する少なくとも１つのビアとを備えるチャネルレスポンプの側断面図 発明の例示的な態様による、３つの容器と関連するビアとを含む図４Ａに示すチャネルレスポンプの平面図 発明の例示的な実施形態による、基板内に配置されて作動可能フィルム層と連通する少なくとも１つ（図示では２つ）のビアと、流体供給チャネルを通じてビアに接続されている関連する外部容器とを備えるチャネルレスポンプの側断面図 発明の例示的な実施形態による、３つの外部容器と関連する流体供給チャネルとを含む図４Ｃに示すチャネルレスポンプの平面図 発明の例示的な実施形態による、容器／ビア／供給チャネルの数が異なりキャビティの数および形状が異なることを除いて、図４Ａ−４Ｄに示すチャネルレスポンプと類似するチャネルレスポンプを示す図 発明の例示的な実施形態による、容器／ビア／供給チャネルの数が異なりキャビティの数および形状が異なることを除いて、図４Ａ−４Ｄに示すチャネルレスポンプと類似するチャネルレスポンプを示す図 発明の例示的な実施形態による、容器／ビア／供給チャネルの数が異なりキャビティの数および形状が異なることを除いて、図４Ａ−４Ｄに示すチャネルレスポンプと類似するチャネルレスポンプを示す図 発明の例示的な実施形態による、容器／ビア／供給チャネルの数が異なりキャビティの数および形状が異なることを除いて、図４Ａ−４Ｄに示すチャネルレスポンプと類似するチャネルレスポンプを示す図 発明の例示的な実施形態による、流体を内部で輸送するチャネルレスポンプの別の構成の動作を連続的に示す図 発明の例示的な実施形態による、流体を内部で輸送するチャネルレスポンプの別の構成の動作を連続的に示す図 発明の例示的な実施形態による、流体を内部で輸送するチャネルレスポンプの別の構成の動作を連続的に示す図 発明の例示的な実施形態による、流体を内部で輸送するチャネルレスポンプの別の構成の動作を連続的に示す図 発明の例示的な実施形態による、流体を内部で輸送するチャネルレスポンプの別の構成の動作を連続的に示す図 発明の例示的な実施形態による、流体を内部で輸送するチャネルレスポンプの別の構成の動作を連続的に示す図 発明の例示的な実施形態による、電気的作動を用いたチャネルレスマイクロ流体ポンプの別のマニホールド部品の断面図 発明の例示的な実施形態による、機械的作動を用いたチャネルレスマイクロ流体ポンプの別のマニホールド部品の断面図 発明の例示的な実施形態による、開放された空間の代わりに崩壊可能な発泡構造を使用したチャネルレスマイクロ流体ポンプの代替的なマニホールド部品の３つのバリエーションを示す断面図 発明の例示的な実施形態による、開放された空間の代わりに崩壊可能な発泡構造を使用したチャネルレスマイクロ流体ポンプの代替的なマニホールド部品の３つのバリエーションを示す断面図 発明の例示的な実施形態による、開放された空間の代わりに崩壊可能な発泡構造を使用したチャネルレスマイクロ流体ポンプの代替的なマニホールド部品の３つのバリエーションを示す断面図 発明の例示的な実施形態による、マニホールド内に３つのキャビティを形成するために使用される代替的な幾何学的形状（セグメント化された円形）の平面図 発明の例示的な実施形態による、水平配置されたマニホールド部品、選択的な固定部品および選択的な光学系を備える器具を示す図 発明の例示的な実施形態による、垂直配置されたマニホールド部品、選択的な固定部品および選択的な光学系を備える器具の代替構成を示す図 発明の例示的な実施形態による、カートリッジ部品上において試薬をパウチ又はブリスターの形態で保管するカートリッジ部品の代替構成を示す断面図 発明の例示的な実施形態による、カートリッジ部品上において試薬をパウチ又はブリスターの形態で保管するカートリッジ部品の代替構成を示す断面図 発明の例示的な実施形態による、カートリッジ部品上において試薬をパウチ又はブリスターの形態で保管するカートリッジ部品の代替構成を示す断面図 発明の例示的な実施形態による、カートリッジ部品を使用する代替的な構成および方法を示す断面図 図１４Ａの代替構成を示す平面図 発明の例示的な実施形態による、カートリッジ部品を使用する代替的な構成および方法を示す断面図 図１４Ｃの代替構成を示す平面図 発明の例示的な実施形態による、非常に薄い基板を含むとともに選択的な保護カバーを提供するカートリッジ部品を構築する代替的な方法を示す断面図 発明の例示的な実施形態による、非常に薄い基板を含むとともに選択的な保護カバーを提供するカートリッジ部品を構築する代替的な方法を示す断面図 発明の例示的な実施形態による、非常に薄い基板を含むとともに選択的な保護カバーを提供するカートリッジ部品を構築する代替的な方法を示す断面図 発明の例示的な実施形態による、非常に薄い基板を含むとともに選択的な保護カバーを提供するカートリッジ部品を構築する代替的な方法を示す断面図 発明の例示的な実施形態による、非常に薄い基板を含むとともに選択的な保護カバーを提供するカートリッジ部品を構築する代替的な方法を示す断面図 発明の例示的な実施形態による、図３Ａ−３Ｆ、６Ａ−６Ｆに示したチャネルレスポンピングを用いる図１５Ａ−１５Ｅで示されたカートリッジ部品の代替構成の使用を示す断面図 発明の例示的な実施形態による、図３Ａ−３Ｆ、６Ａ−６Ｆに示したチャネルレスポンピングを用いる図１５Ａ−１５Ｅで示されたカートリッジ部品の代替構成の使用を示す断面図 図１６Ａの代替構成の平面図 図１６Ｂの代替構成の平面図 発明の例示的な実施形態による、図３Ａ−３Ｆ、６Ａ−６Ｆに示したチャネルレスポンピングを用い、流体、ガス又はスラリーを受ける又は保管するための代替チャンバとして保護カバーが使用される、図１５Ａ−１５Ｅ、１６Ａ−１６Ｃで示されたカートリッジ部品の代替構成の使用を示す断面図 発明の例示的な実施形態による、図３Ａ−３Ｆ、６Ａ−６Ｆに示したチャネルレスポンピングを用い、流体、ガス又はスラリーを受ける又は保管するための代替チャンバとして保護カバーが使用される、図１５Ａ−１５Ｅ、１６Ａ−１６Ｃで示されたカートリッジ部品の代替構成の使用を示す断面図 図１７Ａの代替構成の平面図 図１７Ｂの代替構成の平面図 核酸分析を実施するために生物学的サンプルを処理するように構成されたカートリッジ部品の一部を示す平面図 図１８Ａに対応する断面図 核酸分析を実施するために生物学的サンプルを処理するように構成されたカートリッジ部品の一部を示す平面図 図１９Ａに対応する断面図 核酸分析を実施するために生物学的サンプルを処理するように構成されたカートリッジ部品の一部を示す平面図 図２０Ａに対応する断面図 核酸分析を実施するために生物学的サンプルを処理するように構成されたカートリッジ部品の一部を示す平面図 図２１Ａに対応する断面図 核酸分析を実施するために生物学的サンプルを処理するように構成されたカートリッジ部品の一部を示す平面図 図２２Ａに対応する断面図 核酸分析を実施するために生物学的サンプルを処理するように構成されたカートリッジ部品の一部を示す平面図 図２３Ａに対応する断面図 核酸分析を実施するために生物学的サンプルを処理するように構成されたカートリッジ部品の一部を示す平面図 図２４Ａに対応する断面図 核酸分析を実施するために生物学的サンプルを処理するように構成されたカートリッジ部品の一部を示す平面図 図２５Ａに対応する断面図 核酸分析を実施するために生物学的サンプルを処理するように構成されたカートリッジ部品の一部を示す平面図（図１８Ａ−２６Ｂは、発明の例示的な実施形態による、生物学的サンプルからの核酸分子の最初のサンプルの浄化および捕捉に含まれるステップを示す） 図２６Ａに対応する断面図 図１８Ａ−２６Ｂに示すデバイスの代替構成の断面図（図示される代替構成は、発明の例示的な実施形態による、サンプル容器の形状にバリエーションを有する水平位置の使用に適するものである） 発明の例示的な実施形態による、図１８Ａ−２６Ｂに示すデバイスの代替構成の平面図 発明の例示的な実施形態による、１つ又は複数の磁気アセンブリの代替的な配置を有する図２７Ａに示すデバイスの断面図 発明の例示的な実施形態による、核酸アッセイを実行するように構成されたマニホールド部品の平面図 発明の例示的な実施形態による、図２９のマニホールド部品とインタフェースするように構成されたカートリッジ部品の平面図 発明の例示的な実施形態による、図２９のマニホールド部品とインタフェースされる図３０のカートリッジ部品の平面図 発明の例示的な実施形態による、核酸アッセイで実行される連続的なステップを示す図 発明の例示的な実施形態による、核酸アッセイで実行される連続的なステップを示す図 発明の例示的な実施形態による、核酸アッセイで実行される連続的なステップを示す図 発明の例示的な実施形態による、核酸アッセイで実行される連続的なステップを示す図 発明の例示的な実施形態による、核酸アッセイで実行される連続的なステップを示す図 発明の例示的な実施形態による、核酸アッセイで実行される連続的なステップを示す図 発明の例示的な実施形態による、核酸アッセイで実行される連続的なステップを示す図 発明の例示的な実施形態による、核酸アッセイで実行される連続的なステップを示す図 発明の例示的な実施形態による、核酸アッセイで実行される連続的なステップを示す図 発明の例示的な実施形態による、核酸アッセイで実行される連続的なステップを示す図 発明の例示的な実施形態による、核酸アッセイで実行される連続的なステップを示す図 発明の例示的な実施形態による、核酸アッセイで実行される連続的なステップを示す図 発明の例示的な実施形態による、核酸アッセイで実行される連続的なステップを示す図 発明の例示的な実施形態による、核酸アッセイで実行される連続的なステップを示す図 発明の例示的な実施形態による、核酸アッセイで実行される連続的なステップを示す図 発明の例示的な実施形態による、核酸アッセイで実行される連続的なステップを示す図 発明の例示的な実施形態による、核酸アッセイで実行される連続的なステップを示す図 発明の例示的な実施形態による、核酸アッセイで実行される連続的なステップを示す図 発明の例示的な実施形態による、核酸アッセイで実行される連続的なステップを示す図 発明の例示的な実施形態による、核酸アッセイで実行される連続的なステップを示す図 発明の例示的な実施形態による、付加的なキャビティを有するマニホールド部品の代替構成を示す平面図 発明の例示的な実施形態による、光学的システムおよび超音波処理システムを含むマニホールド部品の平面図 発明の例示的な実施形態による、図３４に示したマニホールド部品とインタフェースするように構成されたカートリッジ部品の平面図 発明の例示的な実施形態による、図３４に示したマニホールド部品とインタフェースされる図３５に示すカートリッジ部品の平面図 核酸ベースのアッセイに関して本明細書に記載されたデバイスおよび方法を使用した比較結果を示す図 核酸ベースのアッセイに関して本明細書に記載されたデバイスおよび方法を使用した反復可能な比較結果を示す図

図１は、図３Ａ、６Ａのそれぞれに示されるようなチャネルレスマイクロ流体ポンプ（１−１、１−２）の基礎カートリッジ部品（２）を示す。カートリッジ部品（２）は、基板（３）と、作動可能フィルム層（４）とを備える（基板（３）の厚みは、フィルムの厚み（すなわち、１ミリメートルよりも短い又はそれに等しい）から、１ミリメート以上から数センチメートルの厚みに至るまで、任意の有用な厚みとすることができる）。作動可能フィルム層（４）は、基板（３）の表面（底面）上に配置されている。作動可能フィルム層（４）のうち選択された部分を作動させるとともに、基板（３）の表面から離脱させることができ、さらには、作動を解除して基板（３）の表面に戻すこともできる。

容器、ビア、供給チャネルを含むがこれらに限定されないその他の特徴が、基板（３）の中又はその上に含まれてもよく、あるいは、様々な機能を発揮できるように基板（３）および／又は他のデバイスに対して操作可能に接続されてもよい。図４Ａ−Ｄおよび図５Ａ−Ｄは、内部／外部容器（８）、接続流体供給チャネル（１０）、ビア（９）などの付加的な特徴を含むチャネルレスマイクロ流体ポンプ（１−１又は１−２）の別の態様を示す。しかしながら、注目すべきことに、カートリッジ部品（２）（および以下で説明される、典型的には図１１および図１２の器具（７０）に収容されるマニホールド部品（２０））は、基板（３）と作動可能フィルム層（４）の間の流体の移動を調節するための「専用」の（マイクロ、ナノ、又はその他の）流体輸送チャネルを含まない。（本明細書では、「専用」の流体輸送チャネルとは、従来からマイクロ流体デバイスの特徴として知られる、永続的に形成あるいは作成されたマイクロ流体輸送チャネルなどを意味する。これは単なる容器からの供給ラインではなく、マイクロ流体デバイス内のある場所から別の場所へ流体を輸送する管として使用される。）流体源（例えば、容器）から、基板（３）と作動可能フィルム層（４）の間の流体の移動を調節するように構成されたカートリッジ部品（２）の領域へと流体を供給するために、選択的なビア（９）又は流体供給チャネル（１０）を基板（３）に形成してもよい。作動可能フィルム層（４）は、機械的圧力又は空気圧力を使用して基板（３）とマニホールド部品（２０）の上面の間に挟まれてもよく、あるいは、作動可能フィルム層（４）が（当該分野で公知の手段を用いて）基板（３）の表面の選択的な領域に接合／接続／結合されてもよい。作動可能フィルム層（４）が基板（３）の選択的な領域に接合されている場合には、例えば、超音波接合、ＲＦ接合、レーザ溶接、熱接合、接着ラミネーション、溶剤接着、又は米国特許出願第１０／９６４２１６号、１１／２４２６９４号に記載の方法など、当該分野で公知の任意の方法により接合してもよい。作動可能フィルム層（４）と基板（３）は、同一又は異なる材料で形成されてもよい。例えば、ガラス、石英、セラミックス、シリコン、金属（例えば、アルミニウム、ステンレス鋼）、ポリマー（例えば、ＣＯＣ、ポリエチレン、ポリカーボネート、アクリル、ＡＢＳ、ＰＶＣ、ポリスチレン、アセタール（デルリン）、ポリオレフィン共重合体（ＰＯＣ）、ポリプロピレン、ナイロンなど）、シリコン、ＰＤＭＳなどの特定の材料、および、その他の類似の材料を組み合わせて使用してもよく、あるいは、本明細書に記載のように機能する限り、基板（３）と作動可能フィルム層（４）に同じ材料を使用してもよい。しかしながら、重要なこととして、以下でさらに説明するように、作動可能フィルム層（４）は、図１に示されるように基板（３）の表面上に配置されながら、基板（３）におけるフィルム層が接触している（すなわち非作動状態にある）表面との間に流体が流れないようにする。また、作動可能フィルム層（４）における１つ又は複数の選択的領域が、基板（３）の表面と作動可能フィルム層（４）の偏向された部分との間に流体ボリューム（５、５ｎ）を形成する基板（３）の表面から離脱可能となるように、作動可能フィルム層（４）が作動可能である（流体ボリューム（５、５ｎ）については図３Ｂ、図６Ｂ参照、「ｎ」は、本明細書に開示の作動を通じて形成される流体ボリュームの可変位置を表す）。

図２Ａは、カートリッジ部品（２）とインタフェース可能な基礎マニホールド部品（２０）の一部の側断面図（図２ＢのＡ−Ｂライン）である。マニホールド部品（２０）は、本明細書に記載の特定の機能を実行するために使用される光学的、磁気的、電気的および機械的な部品を含んでもよい。光学的、磁気的、電気的および機械的な部品はよく知られ理解されているため、チャネルレスマイクロ流体ポンプ（１−１又は１−２）の発明の性質を説明する際には、それらの部品については詳述しない。マニホールド部品（２０）は、金属、ガラス、セラミック、ＰＤＭＳ、シリコンゴム又はポリマー材料（アクリルやポリカーボネートなど）から構成されてもよい。また、全面ではなく一部の領域において、マニホールド部品（２０）は、複数の薄壁（２１）によって形成された様々な形状のキャビティ（２２）を含んでもよく、当該薄壁（２１）は、マニホールド部品（２０）のバルク材料において、機械加工、鋳造、窪み付けあるいはそれ以外の方法により形成された複数の窪みに分離するものであり、個々のキャビティ（２２）が存在する。壁（２１）の上面（２９）は、マニホールド部品の一部の上面（２１）の仕切りを形成し、それぞれのキャビティ（２２）を他のキャビティ（２２）から分離する。これより、隣接するキャビティ（２２）は薄壁（２１）によって分離される。図２Ｂでは、六角形状のキャビティ（２２）が示されているが、三角形、四角形、五角形、セグメント化された円および異なる形状の組合せのようなその他の形状が適切であり、同じ機能を実行することができる場合もある。マニホールド部品（２０）の上面の全部又は一部が、可撓性の作動可能層（２３）によって覆われていてもよい。フレキシブルな作動可能層（２３）が、キャビティ（２２）の形成されたマニホールド部品（２０）の上面の全部又は一部を覆う場合には、それぞれのキャビティ（２２）が、作動可能層（２３）で覆われた各キャビティ（２２）から分離される。それぞれのキャビティ（２２）は、作動チャネル（２５）を含むことができる。作動チャネル（２５）を通じて、油圧又は空気圧をキャビティ（２２）の内部に付与する、あるいは、機械式アクチュエータ（２６）（図８参照）が、フレキシブルな作動可能層（２３）を作動させる力を付与するように移動することができる。あるいは、キャビティ（２２）は作動チャネルを含まずに、１つ又は複数の電磁石（２７）（図７参照）のような１つ又は複数の電子アクチュエータを含んでもよい。当該電子アクチュエータは、キャビティ（２２）の開口部を覆う可撓性の作動可能層（２３）を引き付ける（作動させる）又は反発させる（作動を解除する）ために使用され、１つ又は複数の磁石（３０）あるいは１つ又は複数の磁気誘引性材料（３１）を含んでもよい。

マニホールド部品（２０）の上面は、薄壁（２１）の上面（２９）と、キャビティ（２２）が設けられていないマニホールド材料（２８）の残りの部分、ヒータなどのその他の部品（図２９）あるいは光学系（図３４参照）とによって形成される。またその上面は、キャビティ（２２）の開口端を囲むフレキシブルな作動可能層（２３）によって完全に又は部分的に覆われていてもよい。動作中において、以下でさらに説明するように、それぞれのキャビティ（２２）に関連付けられたフレキシブルな作動可能層（２３）における１つ又は複数の領域は、作動状態においてキャビティ（２２）内に向けて偏向され（例えば図３Ｂ）、作動解除時には、偏向されない状態に戻る（例えば図３Ｄ）。フレキシブルな作動可能層（２３）は、シリコン、エラストマーゴムあるいはその他の同様の材料などから構成されるが、全ての場合において、作動による偏向／変形後において非偏向状態に可逆的に回復することができるような適切な軟質性又はデュロメータを有するようにフレキシブル層（２３）の材料を選択することが有利である。そのような材料は、ポアソン比０．３以上を有することにより、作動中においてフレキシブルな作動可能層（２３）の厚みが（キャビティ（２２）間における薄壁（２１）の上面（２９）と接触する位置において）十分に大きく変化することが可能になり、これにより、チャネルレスマイクロ流体ポンプ（１−１）（図３Ａ参照）の過渡流体ギャップ（図３Ａ−３Ｆ参照）が形成される。

図２Ｂは、六角形状のキャビティ（２２）を有する又はマニホールド部品２０の一部を示す平面図であり、それぞれのキャビティ（２２）に対応する作動チャネル（２５）とともに、キャビティ（２２）を分離する薄壁（２１）同士の関係が示される。作動チャネルは通常、作動モードに応じて、キャビティ（２２）の底面（２４）のどこかに配置される。

図３Ａは、非作動状態において操作可能な接続関係にある基礎カートリッジ部品（２）（図１参照）と基礎マニホールド部品（２０）の３つのキャビティ（２２）とを含むチャネルレスマイクロ流体ポンプ（１−１）の側断面図である。図３Ｂ−３Ｆは、フレキシブルな作動可能層（２３）を制御可能に作動させることにより、流体ギャップ（６ｎ）（ｎは、制御可能、本明細書に記載の作動を通じて形成される流体ギャップの可変位置を表す）を制御可能に形成することにより、カートリッジ部品（２）を通じて流体（液体、気体又はスラリー）の動きを調節するチャネルレスマイクロ流体ポンプ（１−１）の動作を連続的に示す。動作中において、作動可能フィルム層（４）は、フレキシブルな作動可能層（２３）（図３Ａ）と非永続的にインタフェースされる。その後、作動チャネル（２５）を通じてキャビティ（２２）の中又は外へ油圧又は空気圧が付与される、あるいは、１つ又は複数の機械的アクチュエータ（２６）（図８）を使用してフレキシブルな作動可能層（２３）に機械的外力が適用される、あるいは、１つ又は複数の電磁石（２７）（図７参照）を使用してフレキシブル作動可能層（２３）に磁気力が付与されると、作動された特定の空洞（２２）に関連するフレキシブル作動可能層（２３）が、キャビティ（２２）の底面（２４）に向かう方向に引っ張られる、あるいは底面（２４）から離れる方向に移動される（すなわち作動が解除される）。フレキシブル作動可能層（２３）は、キャビティ（２２）内に連続的に偏向（すなわち調節）されるため、作動可能フィルム層（４）も同様に、フレキシブル作動可能層（２３）の移動に伴って、関連する基板（３）の表面に向かって又は離れる方向に偏向される。フレキシブル作動可能層（２３）は主に、特定のキャビティ（２２）に対して作動を分離するように別のキャビティを囲むものである。フレキシブル作動可能層（２３）の偏向により、フレキシブル作動可能層（２３）と作動可能フィルム層（４）の間に真空状態が形成されるために、自然な引力なしで作動可能フィルム層（４）が偏向される場合であっても、フレキシブル作動可能層（２３）を、カートリッジ部品（２）の作動可能フィルム層（４）を自然に引き付けるものとして選択してもよい。図３Ｂに示すように、作動可能フィルム層（４）が基板（３）の表面から離れるようにキャビティ（２２ａ）内で吸引される（すなわち作動される）とき、当該作動可能フィルム層（４）の領域と基板（３）の表面の間に流体ボリューム（５ａ）が形成され、流体ボリューム（５ａ）では所定量の流体を収容することができる。隣接する流体ボリュームからの流体フロー（７ａ）として示される流体ボリューム（５ａ）に入る流体は、薄壁（２１ａ）の上面（２９ａ）の上におけるフレキシブル作動可能層（２３）の材料を伸ばす又は薄くすることにより形成された流体ギャップ（６ａ）に流入し、基板（３）の表面から離れる方向に作動可能フィルム層（４）が移動される。次に、図３Ｃに示すように、フレキシブル作動可能層（２３）が隣接するキャビティ（２２ｂ）の底部に向かって引き込まれるとき（すなわち作動状態のとき）、フレキシブル作動可能層（２３）における薄壁（２１ｂ）の上面（２９ｂ）と交差する部分は、偏向状態から延伸されるために薄くなり、これにより、流体ギャップ（６ｂ）を形成する基板（３）の表面から離れる方向に作動可能フィルム層（４）が引き込まれ、流体ボリューム（５ａ）から流体ボリューム（５ｂ）への流体フロー（７ｂ）が形成される。図３Ｄに示すように、第１のキャビティ（２２ａ）内のフレキシブル作動可能層（２３）を第１のキャビティ（２２ａ）の底面（２４ａ）から離れる方向に作動解除し、さらにフレキシブル作動可能層（２３）を第３のキャビティ（２２ｃ）の底面（２４ｃ）に向かって作動／作動解除し、薄壁（２１ｃ）の上面（２９ｃ）上におけるフレキシブル作動可能層（２３）を伸ばすことにより、後続の流体ギャップ（５ｃ）が形成されて、過渡流体ギャップ（８ｂ）を通じて第２の流体ボリューム（５ｂ）内に流体が輸送され（図３Ｄ）、第２のキャビティ（２２ｂ）と第３のキャビティ（２２ｃ）の間を接続する過渡流体ギャップ（６ｃ）を通じて第３の流体ボリューム（５ｃ）内に流体が輸送される。最終的に、図３Ｅ、図３Ｆに示すように、第３のキャビティ（２２ｃ）の底面（２４ｃ）から離れる方向に向けてフレキシブル作動可能層（２３）を作動解除することにより、第３の流体ボリューム（５ｃ）から、薄壁（２１ｄ）の上面（２９ｄ）における過渡流体ギャップ（６ｄ）を通じて、隣接する流体ボリューム（図示せず）へ、流体フロー（７ｄ）が流れる。また、カートリッジ部品（２）の一部は、図３Ｆに示す元の非作動状態に戻る。上述した工程は、連続的な作動ステップとして示されているが、実際には同時に生じてもよい。

図４Ａ−図４Ｄに示されるように、チャネルレスマイクロ流体ポンプ（１−１又は１−２）は、六角形状の複数のキャビティ（２２）と流体供給源とを有するマニホールド部品（２０）の一部を備えるものとして構成され、当該流体供給源は、１つ又は複数の容器（８）の形態として設けられるとともに、厚みの大きな基板（３）の中に形成される（図４Ａ、５Ａ、１３Ａ−１３Ｃ、１４Ａ、１４Ｃ）、あるいは厚みの小さな基板（３）の上に形成される（図１５Ａ−１５Ｅ、図１６Ａ−１６Ｂ、図１７Ａ−１７Ｂ、図１８Ａ−２８）、あるいは基板（３）の外部に設けられて外部接続（１１）によって基板（３）に接続されてもよい（図４Ｃ−４Ｄ）。図４Ａ−４Ｄに示すように、流体源と、作動可能フィルム層（４）および基板（３）の表面間のインタフェースとの間に流体接続を提供するために、ビア（９）又は供給チャネル（１０）が基板（３）に形成される。図４Ｂ、４Ｄに示す構成の利点は、ポンピング容量を増大する流体ギャップを形成するように利用可能なキャビティの数が増えたことによって、チャネルレスポンプ（１−１又は１−２）内で流体を輸送するのに利用可能な複数の経路があることである。チャネルレスポンプを通じて材料をポンピングするために複数の経路が使用される場合、より多くの容量を輸送することができ、ポンプ能力が増大する。

図４Ａは、（図４Ｂの破線Ａ−Ｂに沿って切断した）発明の例示的な構成の側断面図である。図４Ｂは、容器（８）を示す発明の例示的な構成の平面図であり、容器（８）は、基板（３）の中に形成される、あるいは、作動可能フィルム層（４）が接触する側とは反対側における基板（３）の表面に取り付けられる。いずれの場合も、容器（８）は、ビア（９）又は供給チャネル（１０）を通じて接続され、ビア（９）又は供給チャネル（１０）は、基板（３）の中に形成される、あるいは、作動可能フィルム層（４）で覆われた基板（３）の表面内に形成される。図４Ａに示すように、容器（８）は、チャネルレスマイクロ流体ポンプ（１−１又は１−２）が作動状態にあるときに容器（８）から流体ボリューム（５）へ流体を輸送するための対応するビア（９）を有するマニホールド部品（２０）内のキャビティ（２２）に近接して配置される。あるいは、図４Ｃ、４Ｄに示すように、容器（８）は、キャビティ（２２）から離れた場所に配置され、具体的には、供給チャネル（１０）によって接続されながら基板（３）の中に配置される、又は、外部接続手段（１１）によって基板（３）に接続されながらカートリッジ部品（２）の外部に配置されてもよい。図示の構成では、図３Ａ−３Ｆ（あるいはフレキシブル作動可能層（２３）が使用されていない場合は図６Ａ−６Ｆ）で説明した原理を用いて、様々な容器（８）の間で流体を輸送することができる。マニホールド部品（２０）内に３つよりも多い数のキャビティ（２２）を設けることにより、作動可能フィルム層（４）と、カートリッジ部品（２）の基板（３）との間における流体の移動を適切に調節することができる。キャビティ（２２）の数が増大するほど、流体の移送／輸送のために利用可能な過渡流体ギャップ（６）の数も増大する。

図５Ａ−図５Ｄに示されるように、チャネルレスマイクロ流体ポンプ（１−１又は１−２）は、六角形状の複数のキャビティ（２２）と複数の流体供給源とを有するマニホールド部品（２０）の一部を備えるものとして構成され、当該流体供給源は、１つ又は複数の容器（８）の形態として設けられるとともに、厚みの大きな基板（３）の中に形成される（図４Ａ、５Ａ、１３Ａ−１３Ｃ、１４Ａ、１４Ｃ）、あるいは厚みの小さな基板（３）の上に形成される（図１５Ａ−１５Ｅ、図１６Ａ−１６Ｂ、図１７Ａ−１７Ｂ、図１８Ａ−２８）、あるいは、基板（３）の外部に設けられて、基板（３）内に形成された供給チャネル（１０）を通じてあるいは外部接続（１１）によって基板（３）に接続されてもよい。またそれは、図５Ｄに示すように、容器（８）、ビア（９）、供給チャネル（１０）、外部接続（１１）の任意の組合せであってもよい。図５Ｂ、５Ｄに示すような構成の利点は、ポンピング能力を増大する流体ギャップを形成するように利用可能なキャビティの数が増えたことによって、チャネルレスポンプ（１−１又は１−２）内で流体を輸送するのに利用可能な複数の経路があることである。チャネルレスポンプを通じて材料をポンピングするために複数の経路が使用される場合、より多くの容量を輸送することができ、ポンプ能力が増大する。

図５Ａは、（図５Ｂの破線Ａ−Ｂに沿って切断した）発明の例示的な構成の側断面図である。図５Ｂは、容器（８）を示すチャネルレスポンプ（１−１又は１−２）の例示的な構成の平面図であり、容器（８）は、基板（３）の中に形成される、あるいは、作動可能フィルム層（４）が接触する側とは反対側における基板（３）の表面に取り付けられる。いずれの場合も、容器（８）は、ビア（９）又は供給チャネル（１０）を通じて、作動可能フィルム層（４）が配置される基板（３）の表面に接続する。図５Ａに示すように、容器（８）は、チャネルレスマイクロ流体ポンプ（１−１又は１−２）が作動状態にあるときに容器（８）から流体ボリューム（５）へ流体を輸送するための対応するビア（９）を有するマニホールド部品（２０）内のキャビティ（２２）に近接して配置される。あるいは、図５Ｃ、５Ｄに示すように、容器（８）は、キャビティ（２２）から離れた場所に配置され、具体的には、供給チャネル（１０）によって接続されながら基板（３）の中に配置される、又は、外部接続手段（１１）によって基板（３）に接続されながら基板（３）とは分離して配置されてもよい。またそれは、図５Ｄに示すように、容器（８）、ビア（９）、供給チャネル（１０）、外部接続（１１）の任意の組合せであってもよい。図示の構成では、図３Ａ−３Ｆ（あるいはフレキシブル作動可能層（２３）が使用されていない場合は図６Ａ−６Ｆ）で説明した原理を用いて、様々な容器（８）の間で流体を移送／輸送することができる。マニホールド部品（２０）内に３つよりも多い数のキャビティ（２２）を設けることにより、作動可能フィルム層（４）と、カートリッジ部品（２）の基板（３）との間における流体の移動を適切に調節することができる。キャビティ（２２）の数が増大するほど、流体の移送のために利用可能な過渡流体ギャップ（６）の数も増大する。

図６Ａは、上述した基礎カートリッジ部品（２）とマニホールド部品（２０）の３つのキャビティ（２２）部分の代替構成とを備える別のチャネルレスマイクロ流体ポンプ（１−２）の側断面図である。ここでは、フレキシブル作動可能層（２３）は存在せず、キャビティ（２２）を形成する薄壁（２１）は変形可能な材料壁部（３３）に置き換えられており、変形可能材料壁部（３３）自体は、作動可能フィルム層（４）の作動力から圧縮又は偏向する。変形可能材料壁部（３３）は、シリコン、エラストマーゴムあるいはその他の同様の材料などから構成されるが、全ての場合において、作動による偏向／変形後において非偏向状態／非圧縮状態に可逆的に回復することができるような適切な軟質性又はデュロメータを有するように変形可能材料壁部（３３）の材料を選択することが有利である。そのような材料は、ポアソン比０．３以上を有することにより、作動中において変形可能材料壁部（３３）の厚みが十分に大きく変化すること、あるいは、チャネルレスマイクロ流体ポンプ（１−２）の過渡流体ギャップ（図６Ｂ−６Ｅ参照）を形成するほどに十分な垂直方向から偏向することが可能となる。図６Ｂ−６Ｆは、作動可能フィルム層（４）を制御可能に作動させることにより、流体ギャップ（６ｎ）（ｎは、制御可能、本明細書に記載の作動を通じて形成される流体ギャップの可変位置を表す）を制御可能に形成することにより、カートリッジ部品（２）を通じて流体（液体、気体又はスラリー）の動きを調節するチャネルレスマイクロ流体ポンプ（１−２）の動作を連続的に示す。動作中において、作動可能フィルム層（４）は、変形可能壁部（３３）（図６Ａ）とインタフェースされる。その後、作動チャネル（２５）を通じてキャビティ（２２）の中又は外へ油圧又は空気圧が付与されると、作動可能フィルム層（４）が作動されるとともにキャビティ（２２）の底面（２４）に向かって引っ張られる、あるいは、作動解除されてキャビティ（２２）の底面（２４）から離れる方向に移動される。作動可能フィルム層（４）はキャビティ（２２）の底面（２４）に向かって偏向されるため、作動可能フィルム層（４）に接触する位置における変形可能壁部（３３）は圧縮又は偏向され、これにより、流体ギャップ（６）が形成される。作動可能フィルム層（４）が基板（３）の表面に向かって偏向（作動解除）された場合、変形した変形可能壁部（３３）は元に戻り、流体ギャップ（６）は閉じられる。図６Ａ−６Ｆに示す原理を用いたカートリッジ部品（２）を通じた流体の輸送は、図３Ａ−３Ｆに示す流体の移動プロセスと実質的に同じである。

図７は、図２を参照して説明したマニホールド部品（２０）の一部の代替構成の側面断面図である。図７に示すように、隣接するキャビティ（２２）は、薄壁（２１）によって分離されている。本実施形態において、それぞれのキャビティ（２２）は、１つ又は複数の磁石（３０）又は１つ又は複数の磁気誘引性材料（３１）を引き付ける又は反発するための１つ又は複数の電磁石（２７）などの１つ又は複数の電気アクチュエータを備える。１つ又は複数の磁石（３０）又は１つ又は複数の磁気誘引性材料（３１）は、フレキシブル作動可能層（２３）の中に埋め込まれる、あるいは、キャビティ（２２）の開口部を覆うフレキシブル作動可能層（２３）の底部に取り付けられてもよい。図３Ａ−３Ｆで前述したようなマニホールドの機能は残る。

図８は、図２を参照して説明したマニホールド部品（２０）の一部の代替構成の側面断面図である。図８では、隣接するキャビティが薄壁（２１）によって分離されている。本実施形態において、それぞれのキャビティ（２２）は、接続ロッドなどの機械的アクチュエータ（２６）を備え、当該アクチュエータは、フレキシブル作動可能層（２３）の底部に取り付けられる、あるいは、キャビティ（２２）の開口部を覆うフレキシブル作動可能層（２３）にその一部が埋め込まれる。接続ロッドは、機械的アクチュエータ（２６）を制御可能に移動させることができる種々の公知の機械的又は電気的なデバイスに取り付けられてもよい。図３Ａ−３Ｆで前述したようなマニホールドの機能は残る。

図９Ａは、図２を参照して説明したカートリッジ部品（２）とインタフェース可能なマニホールド部品（２０）の一部の側断面図である。図９では、隣接するキャビティが薄壁（２１）によって分離されている。本実施形態では、それぞれのキャビティ（２２）は、復元可能に崩壊することができる発泡材料（foam material）（３２）が充填されている。あるいは、図９Ｂに示すように、マニホールドは、単一の大きなキャビティ（２２）を含んでいてもよい。それぞれの場合において、キャビティには細孔（pore）を含む発泡材料（３２）が充填されており、細孔は、発泡材料（３２）の全体又は一部にて崩壊可能とするものである。発泡材料（３２）の上面は、フレキシブル作動可能材料（２３）によって覆われていても、覆われていなくてもよい。発泡材料（３２）内の細孔を崩壊させるとともに、作動チャネル（２５）を介して発泡材（３２）内の細孔を再膨張させることによって、発泡材料（３２）が作動される。図９Ｂおよび図９Ｃに示すように発泡材料（３２）が部分的に作動される場合には、個々のキャビティ（２２）を分離する薄壁（２１）を設ける必要はない。 図３Ａ−図３Ｆで前述したようにマニホールドの機能は残っており、図９Ｃに関する操作は図６Ａ−６Ｆに記載されている。

図１０は、セグメント化された円形状のキャビティ（２２）を有するマニホールド部品（２０）の一部の代替構成、および、キャビティ（２２）を分離する薄壁（２１）同士の関係を各キャビティ（２２）に対応する作動チャネル（２５）とともに示す平面図である。作動チャネル（２５）は通常、作動モードに応じてキャビティ（２２）の底面（２４）内の任意の場所に配置されてもよい。

図１１は、少なくとも１つのマニホールド部品（２０）を収容する代表的な器具（７０）のブロック図を示す。器具（７０）は、マニホールド部品（２０）がカートリッジ部品（２）とインタフェースされる場合にカートリッジ部品（２）が機能するようにマニホールド部品（２０）を制御可能に操作することが必要とされるコンポーネントの全て又はその一部を含む。図１１は、器具（７０）上に水平に取り付けられたマニホールド部品（２０）を示す。選択的に、器具（７０）は、カートリッジ部品（２）をマニホールド部品（２０）上の所定の位置に保持することを補助するクランプ要素（３６）を含んでもよい。さらに、必要に応じて、器具（７０）は、マニホールド部品（２０）の中又はその下方に統合された、あるいは、器具（７０）の別の部分に搭載若しくは統合された光学系（６９）を含んでもよく、器具（７０）への搭載は静的でも動的であってもよい。光学システム（６９）は、任意の目的のために、カートリッジ部品（２）における特定の識別特徴を確認するために使用されてもよく、あるいは、任意の目的のために、カートリッジ部品（２）の動作中におけるカートリッジ部品（２）の特定の領域を確認するために使用されてもよい。器具（７０）は、上述のいずれか又は両方の構成で搭載される１つ又は複数の光学系（６９）を含んでもよい。器具（７０）は、デジタル処理ユニット（明確化のために図示せず）を含む、あるいは、外部処理デバイスに接続されてもよい。いずれの場合においても、ユーザが器具（７０）と交信し、かつ、カートリッジ部品（２）と、光学部品（６９）などの器具（７０）のその他の特徴とを制御可能に操作するためのマニホールド部品（２０）の機能を器具（７０）が正確に制御することができるように、デジタル処理デバイスはユーザインタフェースを含む。

図１２は、少なくとも１つのマニホールド部品（２０）を収容する代表的な器具（７０）のブロック図を示す。器具（７０）は、マニホールド部品（２０）がカートリッジ部品（２）とインタフェースされる場合にカートリッジ部品（２）が機能するようにマニホールド部品（２０）を制御可能に操作することが必要とされるコンポーネントの全て又はその一部を含む。図１２は、器具（７０）上に垂直に取り付けられたマニホールド部品（２０）を示す。選択的に、器具（７０）は、カートリッジ部品（２）をマニホールド部品（２０）上の所定の位置に保持することを補助するクランプ要素（３６）を含んでもよい。さらに、必要に応じて、器具（７０）は、マニホールド部品（２０）の中又はその下方に統合された、あるいは、器具（７０）の別の部分に搭載若しくは統合された光学系（６９）を含んでもよく、器具（７０）への搭載は静的でも動的であってもよい。光学システム（６９）は、任意の目的のために、カートリッジ部品（２）における特定の識別特徴を確認するために使用されてもよく、あるいは、任意の目的のために、カートリッジ部品（２）の動作中におけるカートリッジ部品（２）の特定の領域を確認するために使用されてもよい。器具（７０）は、上述のいずれか又は両方の構成で搭載される１つ又は複数の光学系（６９）を含んでもよい。器具（７０）は、デジタル処理ユニット（明確化のために図示せず）を含む、あるいは、外部デジタル処理デバイスに接続されてもよい。いずれの場合においても、ユーザが器具（７０）と交信し、かつ、カートリッジ部品（２）と、光学部品（６９）などの器具（７０）のその他の特徴とを制御可能に操作するためのマニホールド部品（２０）の機能を器具（７０）が正確に制御することができるように、デジタル処理デバイスはユーザインタフェースを含む。

図１３Ａ−１３Ｃは、ブリスター容器（blister reservoir）（１２）を含むカートリッジ部品（２）の変形例と、ブリスター容器（１２）を充填する方法とを示す。ブリスター容器（１２）は、作動可能フィルム層（４）が配置される側とは反対側の基板（３）の全て又は一部を覆うブリスター材料（１３）から構成されている。基板（３）がフィルムよりも厚い場合には、基板（３）は、ブリスター容器（１２）が形成される、予め形成されたポケットを有しても有さなくてもよい。ブリスター容器（１２）は、基板（３）とブリスター材料（１３）との間にパウチを形成する。

図１３Ａ、１３Ｂは、ピペット、キャピラリー又はその他の公知の材料搬送システム（１９）を使用して、基板（３）内のビア（９）を介してブリスター容器（１２）内に流体、気体、スラリー又は粉末のいずれかである試薬材料（１４）を充填する方法を示す。ブリスター容器（１２）は、材料搬送システム（１９）によって排出される試薬材料（１４）の圧力によって膨張する、あるいは、材料搬送システム（９）を使用してビア（９）を介して試薬材料（１４）を運搬する前に、ビア（９）の反対側におけるブリスター材料（１３）に負圧が付与される（図１５Ａ−１５Ｃ）。

図１３Ｃは、ブリスター容器（１２）の充填後、作動可能フィルム層（４）が、基板の表面（３）において、ブリスター容器（１２）を密封するためのブリスター材料（１３）が配置される側とは反対側に設けられた状態を示す。ブリスター容器（１２）を使用する場合、作動可能フィルム層（４）は、特定の疎水性材料から選択される、あるいは、ビア（９）に面する側の作動可能フィルム層（４）を疎水性物質（すなわちワックス）で被覆して形成される。作動可能フィルム層（４）が被覆される、あるいは本質的に疎水性である場合、ビア（９）は、作動可能フィルム層（４）が非作動状態にあるときにより完全にシールされる。作動可能フィルム層（４）は、基板（３）の表面に選択的に結合されても、結合されなくてもよい。作動可能フィルム層（４）が基板（３）の領域に選択的に結合される場合には、例えば、超音波接合、ＲＦ接合、レーザ溶接、熱接合、接着ラミネーション、溶剤接着、又は米国特許出願第１０／９６４２１６号、１１／２４２６９４号に記載の方法など、当該分野で公知の任意の方法により接合してもよい。作動可能フィルム層（４）と基板（３）は、同一又は異なる材料で形成されてもよい。例えば、ガラス、石英、セラミックス、シリコン、金属（例えば、アルミニウム、ステンレス鋼）、ポリマー（例えば、ＣＯＣ、ポリエチレン、ポリカーボネート、アクリル、ＡＢＳ、ＰＶＣ、ポリスチレン、アセタール（デルリン）、ポリオレフィン共重合体（ＰＯＣ）、ポリプロピレン、ナイロンなど）、シリコン、ＰＤＭＳなどの特定の材料、および、その他の類似の材料を組み合わせて使用してもよく、あるいは、基板（３）と作動可能フィルム層（４）に同じ材料を使用してもよい。しかしながら、重要なこととして、以下でさらに説明するように、作動可能フィルム層（４）は、図１、６Ａ、１３Ｃ、１５Ｃ−１５Ｅに示されるように基板（３）の表面上に配置されながら、基板（３）の表面との間に流体が流れないようにする（すなわち非作動状態）。また、作動可能フィルム層（４）における選択的領域が、基板（３）の表面と作動可能フィルム層（４）の偏向（作動）された部分との間に流体ボリューム（５）（図３Ｂ又は図６Ｂ）を形成する基板（３）の表面から離脱可能となるように、作動可能フィルム層（４）が作動可能である。したがって、図１３Ａ−１３Ｃに示すように、カートリッジ部品（２）には、１つ又は複数のブリスター容器（１２）が設けることが可能であり、当該ブリスター容器（１２）は、１つ又は複数の試薬（１４）が充填される又は充填されないが、いずれの場合も他のブリスター容器（１２）とは分離されており、カートリッジ部品（２）を使用する前にカートリッジ部品（２）に試薬材料（１４）を保存することができる。

図１４Ａ−１４Ｄは、基板（３）および作動可能フィルム層（４）を備えるとともに、一方は試薬材料（１４）が充填されもう一方は試薬材料（１４）が使用前に充填されない１組のブリスター容器（１２）をさらに含むカートリッジ部品（２）を示す。ブリスター容器（１２）のそれぞれを、以下の説明の目的のために、ブリスター容器（１２ａ）およびブリスター容器（１２ｂ）と表記する。

図１４Ａは、ビア（９ａ）を有する充填済みのブリスター容器（１２ａ）およびビア（９ｂ）を有する空のブリスター容器（１２ｂ）の側断面図である。

図１４Ｃは、ビア（９ｂ）を有する充填済みのブリスター容器（１２ｂ）およびビア（９ａ）を有する空のブリスター容器（１２ａ）を示す。ブリスター容器（１２ａ）とブリスター容器（１２ｂ）の間の流体の移動は、図３Ａ−３Ｆ又は図６Ａ−６Ｆに示した、作動可能フィルム層（４）による繰り返しの調節によって実現される。

図１４Ｂは、前の図で導入されたチャネルレスマイクロ流体ポンプ（１−１又は１−２）の代表的な部分の平面図である。図１４Ｂは、ビア（９ａ）を有する充填済みのブリスター容器（１２ａ）およびビア（９ｂ）を有する空のブリスター容器（１２ｂ）を示す。

図１４Ｄは、ビア（９ｂ）を有する充填済みのブリスター容器（１２ｂ）およびビア（９ａ）を有する空のブリスター容器（１２ａ）を示す。ブリスター容器（１２ａ）とブリスター容器（１２ｂ）の間の流体の移動は、図３Ａ−３Ｆ又は図６Ａ−６Ｆに示した、作動可能フィルム層（４）による繰り返しの調節によって実現される。図１４Ｂ、１４Ｄに示したキャビティ（２２）の形状は六角形状であるが、セグメント化された円形、三角形、四角形、五角形などの他の形状であっても同じ機能を実行することが可能である。動作中において、ポンプシステムがブリスター容器（１２ａ）から試薬材料（１４）を抜き出すことにより、ブリスター容器（１２ａ）が基板（３）の表面上に崩壊又は収縮するとともに、試薬材料（１４）がポンピングされてビア（９ｂ）を通じて空のブリスター容器（１２ｂ）に入り、ブリスター容器（１２ｂ）が偏向される、リフトされる又は膨張する。容器（この場合、ブリスター容器（１２））がこのように変形するので、ブリスター容器（１２ｂ）において、ブリスター容器（１２ａ）から流体を取り出してブリスター容器（１２ｂ）に運搬するための通気は必要ではない。このようなシステムには、ブリスター容器（１２）に直接適用する外力や、ブリスター容器（１２ａ）から試薬材料（１４）を抽出するため又はブリスター容器（１２ｂ）へ試薬材料（１４）を運搬するための通気システムも不要である。さらに、このチャネルレスマイクロ流体ポンプ（１−１又は１−２）の構成によれば、非作動状態において流体をトラップするためのチャネルは必要なく、かつ、非作動状態において流体が存在可能な唯一の場所はビア（９）の中、あるいは流体、気体又はスラリーをポンプ内に供給するための供給チャネルであるため、デッドスペースを非常に小さくすることができる。

図１５Ａ−１５Ｅは、基板（３）自体がフィルム状である又は前の図に示された構成に比べて厚みが薄くなっている、カートリッジ部品（２）の別の構成、動作およびその製造方法を示す図である。

図１５Ａは、真空チャネル（４１）を通じて真空を適用することにより、固定具（４０）に形成された空洞内にブリスター材料（１３）を引き込んで真空チャネル（４１）を覆った状態の固定具（４０）を示す。

図１５Ｂは、ブリスター材料（１３）の変形部分に試薬材料（１４）を直接的に搬送する材料搬送システム（１９）を示す。あるいは、ビア（９）を有する基板（３）が最初にブリスター材料（１３）に適用され、材料搬送システム（１９）がその後、図１３Ｂに示したビア（９）を通じて試薬（１４）を搬送することもできる。その後、作動可能フィルム層（４）が基板（３）に適用されることで、ブリスター容器（１２）がシールされる。

図１５Ｃは、カートリッジ部品（２）を示し、当該カートリッジ部品（２）は、ブリスター容器（１２）と、ブリスター材料（１３）に適用される基板（３）と、ブリスター容器（１２）をシールするために基板（３）に塗布される作動可能フィルム層（４）とを備える。ブリスター容器（１２）から試薬材料（１４）を容易に取り出せるようにするために、基板（３）には、ブリスター容器（１２）とインタフェースするビア（９）が形成されている。ブリスター容器（１２）がビア（９）を通じてのみアクセス可能となるようにするために、ブリスター材料（１３）の表面に基板（３）が塗布される。基板（３）は、超音波接合、ＲＦ接合、レーザ溶接、熱接合、接着ラミネーション、溶剤接合などの任意の永続的システムによりブリスター材料（１３）に接着することができる。その後、作動可能フィルム層（４）が基板（３）の表面に塗布されて、ビア（９）が密封される。あるいは、ブリスター容器（１２）を充填する前にブリスター材料（１３）に基板（３）を塗布してもよく、この場合、作動可能フィルム層（４）と基板（３）の間において永久接合されていない限り、あるいは、作動可能フィルム層（４）がビア（９）の開閉を調節可能であり図３Ａ−３Ｆ、図６Ａ−６Ｆに示したように機能するように選択的な接合がなされている限り、ブリスター容器（１２）はその後、ビア（９）を通じて充填される（図１３Ａ−１３Ｃ）。作動可能フィルム層（４）は、一時的であるがより完全にビア（９）をシールするために、ワックスあるいはその他の類似の材料など、疎水性コーティングが施されてもよい。前の図に示したように、作動可能フィルム層（４）は基板（３）に選択的に接合されても、されなくてもよい。

図１５Ｄは、固定具（４０）から外された状態のカートリッジ部品（２）を示す。

図１５Ｅは、選択的な保護カバー（１５）を備える、図１５Ｄに示されたカートリッジ部品（２）の代替的な構成を示し、当該保護カバー（１５）は、ブリスター材料（１３）において、基板（３）が塗布される側とは反対側の表面に塗布されている。

図１６Ａ−１６Ｄは、カートリッジ部品（２）の代替構成の動作を示す。当該カートリッジ部品（２）は、基板（３）および作動可能フィルム層（４）を備え、さらに、一方は試薬材料が充填されもう一方は使用前に充填されない１組のブリスター容器（１２）を備え（以降の説明のために符号１２ａ、１２ｂとする。）、さらに、選択的な保護カバー（１５）を備える。保護カバー（１５）は、製造後、輸送中又は取扱い中におけるブリスター容器（１２）を保護するとともに、マニホールド部品（２０）とインタフェースする際のカートリッジ部品（２）を保護することもできる。保護カバー（１５）は、保護カバー（１５）内のブリスター容器（１２）の充填および排出を促進するために通気されてもよい。

図１６Ａは、ビア（９ａ）を有する充填済みブリスター容器（１２ａ）、ビア９ｂを有する空のブリスター容器（１２ｂ）、および保護カバー（１５）を有するカートリッジ部品の側面断面（２）である。

図１６Ｂは、ビア９ｂを有する充填済みブリスター容器（１２ｂ）、ビア（９ａ）を有する空のブリスター容器（１２ａ）、および保護カバー（１５）を有するカートリッジ部品の側面断面（２）である。ブリスター容器（１２ａ）とブリスター容器（１２ｂ）の間の流体の移動は、図３Ａ−３Ｆ又は図６Ａ−６Ｆに示した、作動可能フィルム層（４）による繰り返しの調節によって実現される。

図１６Ｃは、前の図で導入したチャネルレスマイクロ流体ポンプ（１−１又は１−２）の代表的な部分の平面図を示す。図１６Ｃは、ビア（９ａ）を有する充填済みブリスター容器（１２ａ）と、ビア９ｂを有する空のブリスター容器（１２ｂ）とを示す。

図１６Ｄは、ビア（９ｂ）を有する充填済みブリスター容器（１２ｂ）と、ビア９ａを有する空のブリスター容器（１２ａ）とを示す。ブリスター容器（１２ａ）とブリスター容器（１２ｂ）の間の流体の移動は、図３Ａ−３Ｆ又は図６Ａ−６Ｆに示した、作動可能フィルム層（４）による繰り返しの調節によって実現される。図１６Ｃ、１６Ｄでは六角形状のキャビティ（２２）が示されているが、セグメント化された円、三角形、四角形、五角形などのその他の形状であっても同じ機能を発揮することができる。動作中において、ポンプシステムがブリスター容器（１２ａ）から試薬材料（１４）を抜き出すことにより、ブリスター容器（１２ａ）が基板（３）の表面上に崩壊又は収縮するとともに、試薬材料（１４）がポンピングされてビア（９ｂ）を通じて空のブリスター容器（１２ｂ）に入り、ブリスター容器（１２ｂ）が偏向される、リフトされる又は膨張する。容器（この場合、ブリスター容器（１２））がこのように変形するので、ブリスター容器（１２ｂ）において、ブリスター容器（１２ａ）から流体を取り出してブリスター容器（１２ｂ）に運搬するための通気は必要ではないが、保護カバー（１５）内のブリスター容器（１２ｂ）の充填又はブリスター容器（１２ａ）からの排出を可能とするために、選択的な保護カバー（１５）を通気してもよい。このようなシステムには、ブリスターに直接適用する外力や、ブリスター容器（１２ａ）から材料を抽出するためのブリスター材料（１３）内の通気システムも不要である。さらに、このチャネルレスマイクロ流体ポンプ（１−１又は１−２）の構成によれば、非作動状態において流体をトラップするためのチャネルは必要なく、かつ、非作動状態において流体が存在可能な唯一の場所はビア（９）の中、あるいは流体、気体又はスラリーをポンプ内に供給するための供給チャネルであるため、デッドスペースを非常に小さくすることができる。

図１７Ａ−１７Ｄは、カートリッジ部品（２）のさらなる代替構成の動作を示す。当該カートリッジ部品（２）は、基板（３）および作動可能フィルム層（４）を備え、さらに、試薬材料が充填されたブリスター容器（１２）、および、基板（３）の表面にインタフェースする側とは反対側のブリスター材料（１３）の表面と保護カバー（１５）との間に形成されたチャンバ容器（１６）とを備える。保護カバー（１５）は、製造後、輸送中又は取扱い中におけるブリスター容器（１２）を保護するとともに、マニホールド部品（２０）とインタフェースする際のカートリッジ部品（２）を保護することもでき、さらには、カートリッジ部品（２）の他の領域から運搬されてくる流体、ガス又はスラリーの容器としても機能する。保護カバー（１５）は、その充填および排出を促進するために通気されてもよい。

図１７Ａは、ビア（９ａ）を有する充填済みブリスター容器（１２ａ）、ビア９ｂを有する空のチャンバ容器（１６）、および保護カバー（１５）を有するカートリッジ部品の側面断面（２）である。

図１７Ｂは、ビア９ｂを有する部分的に充填済みのチャンバ容器（１６）、ビア（９ａ）を有する空のブリスター容器（１２）、および保護カバー（１５）を有するカートリッジ部品の側面断面（２）である。ブリスター容器（１２）とチャンバ容器（１６）の間の流体の移動は、図３Ａ−３Ｆ又は図６Ａ−６Ｆに示した、作動可能フィルム層（４）による繰り返しの調節によって実現される。

図１７Ｃは、前の図で導入したチャネルレスマイクロ流体ポンプ（１−１又は１−２）の代表的な部分の平面図を示す。図１７Ｃは、ビア（９ａ）を有する充填済みブリスター容器（１２）と、ビア９ｂを有する空のチャンバ容器（１６）とを示す。

図１７Ｄは、ビア（９ｂ）を有する部分的に充填済みのチャンバ容器（１６）と、ビア（９ａ）を有する空のブリスター容器（１２）とを示す。ブリスター容器（１２）とチャンバ容器（１６）の間の流体の移動は、図３Ａ−３Ｆ又は図６Ａ−６Ｆに示した、作動可能フィルム層（４）による繰り返しの調節によって実現される。図１７Ｃ、１７Ｄでは六角形状のキャビティ（２２）が示されているが、セグメント化された円、三角形、四角形、五角形などのその他の形状であっても同じ機能を発揮することができる。動作中において、ポンプシステムがブリスター容器（１２）から試薬材料（１４）を抜き出すことにより、ブリスター容器（１２）が基板（３）の表面上に崩壊又は収縮するとともに、試薬材料（１４）がポンピングされてビア（９ｂ）を通じて空のチャンバ容器（１６）に入り、チャンバ容器（１６）が偏向される、リフトされる又は膨張する。容器（この場合、ブリスター容器（１２））がこのように変形するので、ブリスター容器（１２）において、ブリスター容器（１２）から流体を取り出してチャンバ容器（１６）に運搬するための通気は必要ではないが、保護カバー（１５）内のチャンバ容器（１６）の充填又はブリスター容器（１２）からの排出を可能とするために、選択的な保護カバー（１５）を通気してもよい。このようなシステムには、ブリスターに直接適用する外力や、ブリスター容器（１２）から材料を抽出するためのブリスター材料（１３）内の通気システムも不要である。さらに、このチャネルレスマイクロ流体ポンプ（１−１又は１−２）の構成によれば、非作動状態において流体をトラップするためのチャネルは必要なく、かつ、非作動状態において流体が存在可能な唯一の場所はビア（９）の中、あるいは流体、気体又はスラリーをポンプ内に供給するための供給チャネルであるため、デッドスペースを非常に小さくすることができる。

図１８Ａは、ユーザ又はロボット搬送システム（１７）からサンプル容器（５０）のサンプルポート（１７）に搬入されたサンプル（６０）を受けるカートリッジ部品（２）の一部を示す平面図である。サンプル（６０）は、ユーザ又はロボット搬送システムにより搬入されるときに、磁性ビーズ、常磁性ビーズ、又は類似の磁気吸引性ビーズを含んでも含まなくてもよい。サンプル（６０）が磁性ビーズ、常磁性ビーズ、又は類似の磁気吸引性ビーズを含まない場合には、カートリッジ部品（２）の他の場所における試薬保管容器からビーズを搬送してもよい（図２９−３２参照）。

図１８Ｂは、ユーザ又はロボット搬送システム（１７）からサンプル容器（５０）のサンプルポート（１７）に搬入されたサンプル（６０）を受ける図１８Ａのカートリッジ部品（２）の一部を示す側断面図である。サンプル（６０）は、ユーザ又はロボット搬送システムにより搬入されるときに、磁性ビーズ、常磁性ビーズ、又は類似の磁気吸引性ビーズを含んでも含まなくてもよい。サンプル（６０）が磁性ビーズ、常磁性ビーズ、又は類似の磁気吸引性ビーズを含まない場合には、カートリッジ部品（２）の他の場所における試薬保管容器からビーズを搬送してもよい（図２９−３２参照）。図１８Ｂは、選択的なブリスター材料（１３）に形成された部品の一体性を維持するためにブリスター材（１３）上に配置された硬質材料からなる選択的な保護カバー（１５）を含む。保護カバー（１５）は、カートリッジ部品（２）の表面全体又はその一部のみに拡張されてもよい。カートリッジ部品（２）をマニホールド部品（２０）上の所定位置に保持するために、保護カバー（１５）をさらに、器具（７０）上のクランプ部品（３６）（図１１、１２参照）やマニホールドの部品（２０）とインタフェースさせてもよい。また、器具（７０）に収容されている光学系（６９）（図１１、１２参照）を案内する又はインデックスを付けるために、さらなる保護カバー（１５）を設けても有用である。

図１９Ａは、サンプル容器（５０）内のサンプル（６０）が、ユーザ、ロボット搬送システムによって提供されたあるいはカートリッジ部品（２）上の別の容器からポンピングされた溶解試薬と混合された状態のカートリッジ部品（２）の一部を示す平面図である（図２９−３２参照）。図１９Ａに示すサンプル（６０）は、磁性ビーズ、常磁性ビーズ又は類似の磁気吸引性ビーズを含んでいる。溶解試薬並びに磁性ビーズ、常磁性ビーズ又は類似の磁気吸引性ビーズと混合されたサンプル（６０）は、ビア（９ａ）を通じて流体ボリューム（５ａ）（図２０Ｂ参照）に少なくとも１回ポンピングされた後、再度、ビア（９ａ）を通じてサンプル容器（５０）に戻されて、試薬を完全に溶解および混合する（実際には、サンプルに応じて複数の繰り返し動作が望ましい場合がある）。サンプルの処理を促進するために、ヒータ（図示省略）を用いて流体ボリューム（５ａ）又はサンプル容器（５０）加熱してもよい。さらに、サンプルの処理を促進するために、流体ボリューム（５ａ）又はサンプル容器（５０）に超音波処理を施してもよい（図３４参照）。

図１９Ｂは、図１９Ａに示すカートリッジ部品（２）の一部を示す側断面図である（明確化のために加熱又は超音波処理は図示せず）。

図２０Ａは、ビア（９ａ）を通じてサンプル容器（５０）から流体ボリューム（５ａ）へ混合・溶解サンプル（６０）を取り出した状態のカートリッジ部品（２）の一部を示す平面図であり、流体ボリューム（５ａ）には１つ又は複数の磁石（３０）が対応して設けられている（永久磁石又は電磁石であってもよい）。流体ボリューム（５ａ）に含まれるサンプル（６０）に磁場が影響しないようにするために、１つ又は複数の磁石（３０）は流体ボリューム（５ａ）から離れた位置にある。

図２０Ｂは、図２０Ａに示されるカートリッジ部品（２）の一部を示す側面図である。

図２１Ａは、ビア（９ａ）を通じてサンプル容器（５０）から流体ボリューム（５ａ）へサンプル（６０）を取り出した状態のカートリッジ部品（２）の一部を示す平面図であり、流体ボリューム（５ａ）には１つ又は複数の磁石（３０）が対応して設けられている。１つ又は複数の磁石（３０）を流体ボリューム（５ａ）に係合させる又はその近傍に配置して、磁場によってサンプル（６０）内の磁性粒子、常磁性粒子又は類似の磁気誘引性粒子を引き付けるようにすることにより、これらの粒子およびそれに結合している任意の材料を流体ボリューム（５ａ）内の流体の塊から分離することができる。

図２１Ｂは、図２１Ａに示されるカートリッジ部品（２）の一部を示す側面図である。

図２２Ａは、１つ又は複数の磁石（３０）を流体ボリューム（５ａ）に係合させる又はその近傍に配置して、磁場によってサンプル内の磁性粒子、常磁性粒子又は類似の磁気誘引性粒子を引き付けるようにすることにより、これらの粒子およびそれに結合している任意の材料を流体ボリューム（５ａ）内の流体の塊から分離しているカートリッジ部品（２）の一部を示す平面図である。図２２Ａはさらに、流体ボリューム（５ｂ）を形成することにより流体ギャップ（６ａ）を形成して、流体ギャップ（６ａ）を通じて流体ボリューム（５ａ）からの流体の一部を流体ボリューム（５ｂ）に流入させる状態を示す図である。

図２２Ｂは、図２２Ａに示されるカートリッジ部品（２）の一部を示す側面図である。

図２３Ａは、圧縮された流体ボリューム（５ａ）内に磁性粒子、常磁性粒子又は類似の磁気誘引性粒子のペレットを含んだカートリッジ部品（２）の一部を示す平面図である。図２３Ａはさらに、流体ボリューム（５ｃ）と流体ギャップ（６ｂ）の形成を示す。流体ボリューム（５ａ）の圧縮と流体ボリューム（５ａ）の膨張により、ビア（９ｂ）を通じて廃棄用容器（５１）へ流体が流れる経路が形成され、これにより、流体ボリューム（５ａ）からの残りの流体が流体ギャップ（６ａ）を通じて流体ボリューム（５ｂ）へ流れ、さらに、流体ギャップ（６ｂ）を通じて流体ボリューム（５ｃ）へ流れる。

図２３Ｂは、図２３Ａに示されるカートリッジ部品（２）の一部を示す側面図である。

図２４Ａは、圧縮された流体ボリューム（５ａ）内に磁性粒子、常磁性粒子又は類似の磁気誘引性粒子のペレットを含んだカートリッジ部品（２）の一部を示す平面図である。図２４Ａはさらに、流体ボリューム（５ｂ）を閉じることにより、流体ギャップ（６ｂ）を通じて流体ボリューム（５ｃ）内に流体を強制的に流入させ、かつ、ビア（９ｂ）を通じて廃棄用容器（５１）に流入させている状態を示す。

図２４Ｂは、図２４Ａに示されるカートリッジ部品（２）の一部を示す側面図である。

図２５Ａは、圧縮された流体ボリューム（５ａ）内に磁性粒子、常磁性粒子又は類似の磁気誘引性粒子のペレットを含んだカートリッジ部品（２）の一部を示す平面図である。図２５Ａはさらに、流体ボリューム（５ｃ）を閉じることにより、ビア（９ｂ）を通じて廃棄用容器（５１）に流体を強制的に流入させている状態を示す。

図２５Ｂは、図２５Ａに示されるカートリッジ部品（２）の一部を示す側面図である。

図２６Ａは、１つ又は複数の磁石（３０）の係合を解除又は磁石（３０）を引き込んで、ユーザ若しくはロボット搬送システムから搬送された又はカートリッジ部品（２）におけるその他の場所からポンピングされた試薬材料を含む流体ボリューム（５ａ）を再作動させることにより、磁性粒子、常磁性粒子又は類似の磁気誘引性粒子を流体ボリューム（５ａ）内の流体中に再浮遊された状態を示す。磁性ビーズ、常磁性ビーズ又は類似の磁気誘引性ビーズと、新たに導入する試薬とを混合するために、ビア（９ａ）を通じてサンプル容器（５０）へ流体を流入させるとともにサンプル容器（５０）から流体を流出させるポンピング動作を少なくとも１回（所望の場合には多数回）行う、あるいは、他の別の流体ボリュームへ流体を流入させるとともにその流体ボリュームから流体を流出させるポンピング動作を少なくとも１回行うようにしてもよい。磁場によって流体ボリューム（５ａ）内の磁性粒子、常磁性粒子又は類似の磁気誘引性粒子を引き付けないようにするために、１つ又は複数の磁石（３０）と流体ボリューム（５ａ）との係合が解除される、あるいは、磁石（３０）が流体ボリューム（５ａ）から離れた位置に配置される。磁性ビーズ、常磁性ビーズ又は類似の磁気誘引性ビーズから望ましくない材料を十分に取り除き、取り除いた望ましくない材料を浄化して続く処理に準備できるようにするために、磁性ビーズ、常磁性ビーズ又は類似の磁気誘引性ビーズに関する再浮遊、洗浄および再補足のプロセスを何回でも繰り返してもよい。試薬並びに磁性ビーズ、常磁性ビーズ若しくは類似の磁気誘引性ビーズ上に捕捉された材料の要件に応じて、１つ又は複数の磁石（３０）の係合中にビーズを洗浄してもよい。

図２６Ｂは、図２６Ａに示されるカートリッジ部品（２）の一部を示す側面図である。

図１８Ａ−２６Ｂに記載の手順は、さらなる分析用に材料のサンプルを準備するために、必要に応じて繰り返すことができる。

図２７Ａは、図１８Ａ−２６Ｂに示した垂直構成（図１２）の代わりに水平使用（図１１）を採用した代替的なサンプル容器（５０）を用いる、図１８Ａ−２６Ｂに示すカートリッジ部品（２）の代替構成を示す側面図である。図１８Ａ−２６Ｂで実行される機能の全ては、図２７Ａに示される代替構成によって実行される。

図２７Ｂは、図１８Ａ−２６Ｂに示した垂直構成（図１２）の代わりに水平使用（図１１）を採用した代替的なサンプル容器（５０）を用いる、図１８Ａ−２６Ｂに示すカートリッジ部品（２）の代替構成を示す平面図である。図１８Ａ−２６Ｂで実行される機能の全ては、図２７Ｂに示される代替構成によって実行される。

図２８は、カートリッジ部品（２）の代替構成と、１つ又は複数の磁石（３０）および１つ又は複数の磁気アクチュエータ（３５）の代替構とを示す側面図である。代替的に、１つ又は複数の磁石（３０）および１つ又は複数の磁気アクチュエータ（３５）は、１つ又は複数の電磁石と置き換えてもよい。図１８Ａ−２６Ｂにおいて実行される機能の全ては、図２８に示す代替構成によって実行される。さらに、図２８および図１８Ａ−２６Ｂに示した１つ又は複数の磁石（３０）および１つ又は複数の磁気アクチュエータ（３５）の構成を組み合わせることもできる。

図２９は、従来の核酸アッセイ（nucleic acid assay）ステップを実行する代表的なアッセイで使用するためのマニホールド部品（２０）の平面図である。図１８Ａ−２７Ｂで導入されたエレメントは、図２９に示す１つ又は複数の磁石を含む３つのキャビティの間に示される。図２９は、多数の六角形状のキャビティ（２２）を示し、それぞれのキャビティ（２２）には、少なくとも１つの作動チャネル（前述した代替的な機械的／電気的アクチュエータによって置き換えてもよい）が対向して設けられるとともに、垂直な薄壁（２１）（又は図６Ａ−Ｅに示した代替構成）によって互いに分離されている。マニホールド部品（２０）は、（前の図に示した）流体ボリューム（５ａ）と接触するように作動又は移動可能な１つ又は複数の格納式磁石（３０）あるいは１つ又は複数の電磁石を含む。さらに、図２９は、アッセイの実施中に、容器の内容物の温度を調節するための少なくとも１つのヒータ（３７）を含む。さらに、特定の態様のアッセイを促進するために、任意の特定のキャビティ（２２）に対応してヒータ（３７）を設けてもよい。マニホールド部品（２０）は通常、器具（７０）（図１１、１２）に収容されていてもよく、当該器具（７０）は光学部品（６９）（図１１、１２）を備えてもよく、当該光学部品（６９）は、器具（７０）又は他の制御システムと通信するという操作目的で設計されてもよく、あるいは、アッセイが進行している間にデータを収集するようにアッセイ中に特定の回数実行されるという分析目的のため、又は、マイクロアレイ（図示省略）のような最終的な分析エンドポイントを読み取るための分析目的で設計されてもよい。器具（７０）は、カートリッジ部品（２）をマニホールド部品（２０）上に保持するためのクランプ装置（３６）（図１１および１２を参照）を含んでもよい。

図３０は、従来の核酸アッセイステップを実行する代表的なアッセイで使用するためのカートリッジ部品（２）の平面図である。図３０は、アッセイのコンポーネントを保管、反応、混合又は分析するための様々なタイプの容器を示す。容器は、剛体の容器、ブリスター型容器又はそれらの組み合わせのいずれであってもよい。カートリッジ部品（２）は、作動可能フィルム層（４）に面する基板（３）の表面上にて基板（３）に形成されたリアクタ（３８）（明確化のために１つのみ図示しているが、複数のリアクタを基板（３）に形成してマニホールド部品（２０）とインタフェースしてもよい）を含む。リアクタは、チャンバを形成する作動可能フィルム層（４）によって被覆されるとともに、当該チャンバは、供給チャネルを通じてアクセスされる、あるいは、図３３に示す流体ギャップを通じて直接的にアクセスされる。代替構成においては、各種キャビティは、特定の流体ボリュームを個々のリアクタ（３８）として機能させるヒータ（３７）を含む。図３０に示す容器は、種々のアッセイを実行するように多くの方法で構成することができる。代表的なアッセイを説明するために、以下のように符号を付す。
５０＝サンプル容器
５１＝廃棄用容器
５２＝磁性ビーズ容器
５３＝溶解試薬容器
５４＝結合バッファ容器
５５＝洗浄バッファＡ容器
５６＝洗浄バッファＢ容器
５７＝マスター混合容器
５８＝溶出容器
５９＝製品容器／分析容器

特定のアッセイがどのように構成されているかや、試薬がユーザ若しくはロボット搬送システムによって搬送される又は使用前にカートリッジ部品（２）に搭載されているかどうかに応じて、より多くの又はより少ない数の容器を平等に使用してもよい。リストは単に、核酸ベースのアッセイを実施する技術分野において公知の一連のステップを提示するだけである。提供される材料、構造又は試薬と互換性のある任意のアッセイであっても、成功したパフォーマンスを同様に実現可能である。様々な容器およびリアクタの構成・構造に応じて、カートリッジ部品（２）に選択的なベント（１８）を設けてもよい。

図３１は、従来の核酸アッセイステップを実行する代表的なアッセイに使用するためのマニホールド部品（２０）とインタフェースするカートリッジ部品（２）の上面図である。図３１は、容器やリアクタなどのエレメントが必要なアクションを実行するために、どのようにマニホールド部品（２０）の構成とマッチングするように構成されるかを示す。

図３２Ａ−３２Ｔは、従来の核酸アッセイステップを実行する代表的なアッセイで使用するためのマニホールド部品（２０）（図３１）とインタフェースするカートリッジ部品（２）の連続的な平面図である。それぞれの連続的なステップにおいて、矢印は、図３Ａ −３Ｆ、６Ａ−６Ｆおよび１８Ａ−２６Ｂに記載の方法によるカートリッジ部品（２）内における調節された流体の流れを示す。

図３２Ａは、サンプルポート（１７）を通じてサンプル容器（５０）に挿入されたサンプル（６０）を示している。

図３２Ｂは、溶解試薬容器（５３）からサンプル容器（５０）内に溶解試薬がポンピングされた状態を示す。サンプル容器（５０）内で混合物を培養することができ、当該サンプル容器（５０）は加熱（代替ヒータは図示省略）又は超音波処理してもよい。

図３２Ｃは、結合試薬容器（５４）からサンプル容器（５０）にポンピングされた結合試薬を示す。

図３２Ｄは、磁性ビーズ試薬容器（５２）からサンプル容器（５０）にポンピングされた磁性ビーズ、常磁性ビーズ又は類似の磁気誘引性ビーズの試薬を示す。図３２Ｂ−３２Ｄのステップは、任意の順序で実施することができる。

図３２Ｅは、混合物を充分に混合して攪拌するために、ビア（９ａ）を通じてサンプル容器（５０）と流体ボリューム（５ａ）の間に１回以上ポンピングされた（図１８Ａ−２６Ｂ参照）、磁性ビーズ、常磁性ビーズ若しくは類似の磁気誘引性ビーズ、並びに、溶解試薬、結合試薬およびサンプルを含む試薬ボリュームを示す。

図３２Ｆは、１つ又は複数の磁石（３０）が流体ボリューム（５ａ）と接触するように係合又は移動した状態を示しており、この状態において、流体中の磁性粒子、常磁性粒子又は類似の磁気誘引性粒子は１つ又は複数の磁石（３０）による磁場によって捕捉されるとともに、バルク状の流体から分離されている（図１８Ａ−２６Ｂを参照）。

図３２Ｇは、１つ又は複数の磁石（３０）による磁場によって捕捉されている磁性粒子、常磁性粒子又は磁気誘引性粒子と、廃棄用容器（５１）へ搬送されたバルク状の流体とを示す（図１８Ａ−２６Ｂ）。

図３２Ｈは、１つ又は複数の磁石（３０）が流体ボリューム（５ａ）との係合を解除され又は流体ボリューム（５ａ）から引き抜かれた状態を示しており、これにより、磁性ビーズ、常磁性ビーズ又は類似の磁気誘引性ビーズが、これらのビーズに付着していた元の混合物からのあらゆる材料とともに解放され、これらのビーズに付着していた核酸の浄化を開始するために洗浄溶液容器Ａ（５５）から洗浄液Ａがポンピングされる（図１８Ａ−２６Ｂ参照）。

図３２Ｉは、混合物を充分に混合および攪拌するために、ビア（９ａ）を通じてサンプル容器（５０）と流体ボリューム（５ａ）の間で１回以上ポンピングされた磁性ビーズ、常磁性ビーズ若しくは類似の磁気誘引性ビーズ並びに洗浄試薬Ａを含む試薬ボリュームを示している（図１８Ａ−２６Ｂ参照）。

図３２Ｊは、１つ又は複数の磁石（３０）が流体ボリューム（５ａ）と接触するように係合又は移動した状態を示しており、この状態において、流体中の磁性粒子、常磁性粒子又は類似の磁気誘引性粒子は１つ又は複数の磁石（３０）による磁場によって捕捉されるとともに、バルク状の流体から分離されている（図１８Ａ−２６Ｂを参照）。

図３２Ｋは、１つ又は複数の磁石（３０）による磁場によって捕捉されている磁性粒子、常磁性粒子又は磁気誘引性粒子と、廃棄用容器（５１）へ搬送されたバルク状の流体とを示す（図１８Ａ−２６Ｂ）。

図３２Ｌは、１つ又は複数の磁石（３０）が流体ボリューム（５ａ）との係合を解除され又は流体ボリューム（５ａ）から引き抜かれた状態を示しており、これにより、磁性ビーズ、常磁性ビーズ又は類似の磁気誘引性ビーズが、これらのビーズに付着していた洗浄済み混合物からのあらゆる材料とともに解放され、これらのビーズに付着していた核酸をさらに浄化するために洗浄溶液容器Ｂ（５６）から洗浄液Ｂがポンピングされる（図１８Ａ−２６Ｂ参照）。

図３２Ｍは、１つ又は複数の磁石（３０）が流体ボリューム（５ａ）と接触するように係合又は移動した状態を示しており、この状態において、流体中の磁性粒子、常磁性粒子又は類似の磁気誘引性粒子は１つ又は複数の磁石（３０）による磁場によって捕捉されるとともに、バルク状の流体から分離されている（図１８Ａ―２６Ｂを参照）。

図３２Ｎは、１つ又は複数の磁石（３０）による磁場によって捕捉されている磁性粒子、常磁性粒子又は磁気誘引性粒子と、廃棄用容器（５１）へ搬送されたバルク状の流体とを示す（図１８Ａ−２６Ｂ）。

図３２Ｏは、１つ又は複数の磁石（３０）が流体ボリューム（５ａ）との係合を解除された又は流体ボリューム（５ａ）から引き抜かれた状態を示しており、磁性ビーズ、常磁性ビーズ又は類似の磁気誘引性ビーズが、それらのビーズに付着していた浄化済み核酸とともに開放され、かつ、これらのビーズに付着していた核酸を開放するために溶出容器（５８）から溶出液がポンピングされている（図１８Ａ−２６Ｂ参照）。

図３２Ｐは、磁性ビーズ、常磁性ビーズ又は類似の磁気誘引性ビーズと、これらのビーズから核酸を充分に溶出させるためにビア（９ａ）を通じてサンプル容器（５０）と流体ボリューム（５ａ）の間で１回以上ポンピングされた溶出試薬とを含む試薬の量を示している（図１８Ａ−２６Ｂ）。

図３２Ｑは、１つ又は複数の磁石（３０）が流体ボリューム（５ａ）と接触するように係合又は移動した状態を示しており、この状態において、流体中の磁性粒子、常磁性粒子又は類似の磁気誘引性粒子は１つ又は複数の磁石（３０）による磁場によって捕捉されるとともに、溶出した核酸を含むバルク状の流体から分離されている（図１８Ａ−２６Ｂを参照）。

図３２Ｒは、溶出試薬容器（５８）からポンピングされた核酸を含むバルク状の流体を示している。

図３２Ｓは、１つ又は複数のマスターミックス容器（５７）からの増幅マスターミックスと混合され供給路（１０ａ）を通じて１つ又は複数のリアクタ（３８）にポンピングされた溶出核酸を示す。この方法によれば、溶出液およびマスターミックスの混合量を制御しながら１つ又は複数のリアクタ（３８）に移すことができる。あるいは、１つ又は複数のリアクタの側にある下流側ポンプを操作することにより、１つ又は複数のリアクタ（３８）に流体を移して、１つ又は複数の製品容器（５９）に導くことで、混合された溶液が１つ又は複数のリアクタ（３８）へ押し込まれるのではなく、引き込まれる。１つ又は複数のリアクタ（３８）に溶液を引き込むプロセスによって、１つ又は複数のリアクタ（３８）に導かれる気泡は少なくなる。１つ又は複数のリアクタ（３８）に溶出液およびマスターミックスが充填されると、マニホールド（２０）内の１つ又は複数のヒータ（３７）によって、増幅製品を生成するためにアッセイの要件に応じて核酸を増幅するための熱条件（master mix thermal conditions）が提供される。アッセイの性能を表すデータを生成するために、マニホールド部品（２０）、又は、マニホールド部品（２０）を収容する器具（７０）の筐体のいずれかに配置された１つ又は複数の光学部品（６９）によって、反応がモニタされる（図３４−３６を参照）。

図３２Ｔは、１つ又は複数のリアクタ（３８）から１つ又は複数の製品容器（５９）へ移された増幅製品を示し、増幅製品は、マイクロアレイ、蛍光プローブ、電気化学的相互作用、あるいは増幅された核酸を分析するためのその他の既知の方法を用いて分析することができる（明確化のために図示せず）。あるいは、保存又は別個の分析のために、増幅製品は１つ又は複数の製品容器（５９）から取り除かれる。

図３３は、図３２Ａ−３２Ｔに示した供給チャネル（符号１０ａ、１０ｂ）を必要としない代替デザインによる従来の核酸アッセイステップを実行する代表的なアッセイでの使用のためにマニホールド部品（２０）とインタフェースされるカートリッジ部品（２）の平面図である。マニホールド部品（２０）は、より多くのキャビティ（２２）を含むように修正されており、キャビティ（２２）のうちのいくつかは、溶出容器（５８）からの溶出核酸および１つ又は複数のマスター混合容器（５７）からのマスターミックスにより１つ又は複数のリアクタを充填するのに必要な流体ギャップを生成するための１つ又は複数のリアクタ（３８）とインタフェースする。

図３４は、従来の核酸アッセイステップを実行する代表的なアッセイで使用するためのマニホールド部品（２０）の代替構成の平面図である。図３４は、多数の六角形状のキャビティ（２２）を示しており、それぞれのキャビティ（２２）には少なくとも１つの作動チャネル（２５）が対応して設けられるとともに、垂直な薄壁（２１）によって互いに分離されている。マニホールド部品（２０）は、流体ボリューム（５ａ）（明確化のために図示せず）と接触するように移動可能な１つ又は複数の電磁石又は１つ又は複数の格納式磁石（３０）を含む。図３４はさらに、アッセイの実行中において容器の内容物の温度を調節するための１つ又は複数のヒータ（３７）を示す。さらに、マニホールド部品（２０）は、サンプルの内容物を溶解又は攪拌するのに超音波処理が有用である特定のサンプル調製手順で使用するためのサンプルポート（５０）とインタフェースする１つ又は複数の超音波素子（６１）を含む。さらに、マニホールドは、１つ又は複数のリアクタ（３８）でのアッセイの進捗に関するデータを収集するための１つ又は複数の光学系（６９）を備える。マニホールド部品（２０）は通常、器具（７０）内に収容されており、当該器具（７０）に含まれる１つ又は複数の光学部品（６９）は、アッセイが進行している間にデータを収集するようにアッセイ中に特定の回数実行されるという分析目的のため、又は、マイクロアレイのような最終的な分析エンドポイントを読み取るための分析目的で設計されてもよい。

図３５は、従来の核酸アッセイステップを実行する代表的なアッセイで使用するためのカートリッジ部品（２）の代替構成の平面図である。図３５は、アッセイのコンポーネントを保管、反応、混合又は分析するための様々なタイプの容器を示す。容器は、剛体の容器、ブリスター型容器又はそれらの組み合わせのいずれであってもよい。カートリッジ部品（２）は、作動可能フィルム層（４）に面する基板（３）の表面上にて基板（３）に形成された１つ又は複数のリアクタ（３８）を含む。１つ又は複数のリアクタ（３８）は、チャンバを形成する作動可能フィルム層（４）によって被覆されるとともに、当該チャンバは、供給チャネル（１０ａ）を通じてアクセスされる、あるいは、図３３に示す流体ギャップを通じて直接的にアクセスされる。

図３６は、従来の核酸ステップを実行する代表的なアッセイで使用するための図３４に示すマニホールド部品（２０）の代替構成とインタフェースされる、図３５に示すカートリッジ部品（２）の代替構成の平面図である。

明確化のために、特定のキャビティに組み込まれた１つ又は複数のヒータ（３７）などのさらに別の構成は示されていないが、そのような構成を用いることで、中間の反応又は培養に関して複数の加熱要件を要するシステムを設計する上で、設計の柔軟性を高めることができる。カートリッジ部品（２）はさらに、特定のキャビティ（２２）に関連付けられていない１つ又は複数のリアクタ（３８）を有するものとして構成することができ、これにより、特定のアッセイに関して特定の要件を要するシステムを設計する際に、設計の自由度を高めることができる。さらに、本明細書全体では核酸ベースのアッセイが記載されているが、上述したエレメントを用いて、その他のアッセイシステム（すなわち、免疫アッセイあるいは本明細書に記載された流体の混合および分離を必要とするその他の公知のアッセイ）にも容易に応用することができる。

図３７は、核酸ベースのアッセイに関して本明細書に記載されたデバイスおよび方法を使用した比較結果を示す。これらのデバイスおよび方法により、ゲノム物質の供給のための全血および口腔スワブ（whole blood and buccal swabs）を使用してサンプル調製およびＰＣＲを行った。各サンプルは、標準的なベンチトップ手法並びに本明細書に記載されたデバイスおよび方法を用いて処理した。それぞれから得られたアンプリコンは、結果を分析するためにゲル電気泳動に供した。図示されるように、本明細書に記載のデバイスおよび方法によれば、標準的な方法に対して、非常に再現性が高く同等な結果が得られた。

図３８に示すように、核酸ベースのアッセイに関して本明細書に記載されたデバイスおよび方法を使用した比較結果の複製を示す。これらのデバイスおよび方法により、ゲノム物質の供給のための全血および口腔スワブを使用してサンプル調製およびＰＣＲを行った。各サンプルは、標準的なベンチトップ手法並びに本明細書に記載されたデバイスおよび方法を用いて処理した。それぞれから得られたアンプリコンは、結果を分析するためにゲル電気泳動に供した。図示されるように、本明細書に記載のデバイスおよび方法によれば、標準的な方法に対して、非常に再現性が高く同等な結果が得られた。

発明を説明する文脈（特に特許請求の範囲の文脈）における「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」および同様の参照に関する用語使用は、特段の指示あるいは内容に明らかな矛盾がない限り、単数および複数の両方を含むものとして解釈されるべきである。「備える、有する、含む（comprising, having, including, containing）」との用語は、特に断りのない限り、オープンエンドの用語（すなわち、「これに限られないが、これを含むもの」）として解釈されるべきである。ある物に「接続される」との用語は、介在するものがあっても、一部又は全部がその物の中に含まれる、その物に取り付けられる、あるいは、その物に結合されるという意味で解釈すべきである。

本明細書において特に断りのない限り、値の範囲の列挙は単に、その範囲に入るそれぞれ別個の値を個々に言及する速記法として機能することが意図される。それぞれの別個の値は、本明細書にそれが個々に記載されているかのように本明細書に組み込まれる。

本明細書において特段の指示あるいは内容に明らかな矛盾がない限り、本明細書に記載の全ての方法は、任意の適切な順序で行うことができる。本明細書に提供された「任意」、「全て」、「例示的」な言語（例えば「など」）は単に、発明の実施形態の理解をより良く明らかにするだけのものであり、特許請求の範囲に記載されない限り、本発明の範囲を制限するものではない。

明細書の用語は、発明の実施に不可欠な任意の非請求のエレメントを示すものとして解釈されるべきではない。

発明の精神および範囲から逸脱することなく様々な修正および変形を本発明に対して行ってよいことは、当業者にとって明らかである。本明細書に開示された特定の形態に発明を限定する意図はないが、逆に、添付の特許請求の範囲に定義されるように、発明の精神および範囲内における修正、代替構成および均等物をカバーすることが意図される。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲およびその均等物の範囲内にある限り、その発明の修正および変形を網羅することが意図される。

Claims (16)

1. マイクロ流体ポンプであって、
   互いに対向するフラットな複数の外側表面を有する基板と、基板の外側表面の１つの上に配置される作動可能フィルム層とを備えるカートリッジと、
   少なくとも３つの分離した作動可能キャビティを有し、作動可能キャビティによって少なくとも部分的に表面が形成されたマニホールドと、を備え、
   ポンプの動作中において、非作動状態では、作動可能フィルム層は、基板の外側表面の１つに直接隣接して配置され、作動状態では、作動可能フィルム層の少なくとも一部が、基板の外側表面の１つにおける対応する部分から離れるように、かつ、対応するキャビティ内に偏向されることにより、基板の外側表面の１つとの間に流体ボリュームを形成し、さらに、直接隣接する流体ボリューム同士の間に流体ギャップが形成され、
   基板と作動可能フィルム層の間に予め形成された流体輸送チャネルを有しない、マイクロ流体ポンプ。
2. 少なくとも３つのキャビティは、少なくとも２つの壁部によって分離されている、請求項１に記載のマイクロ流体ポンプ。
3. 基板の中又は基板の上に設けられた少なくとも１つの容器と、
   当該容器およびフィルム層と連通した少なくとも１つのビアと、をさらに備える、請求項１に記載のマイクロ流体ポンプ。
4. フィルム層と外部の流体源とに連通するように基板内に設けられた少なくとも１つのビアをさらに備える、請求項１に記載のマイクロ流体ポンプ。
5. マニホールドの上面に配置された作動可能かつ可撓性の層であって、作動可能フィルム層とインタフェースする位置に配置可能な層をさらに備える、請求項１に記載のマイクロ流体ポンプ。
6. 電磁石又は機械的アクチュエータをさらに備える、請求項５に記載のマイクロ流体ポンプ。
7. 作動可能かつ可撓性の層は、少なくとも１つの磁気領域を備える、請求項５に記載のマイクロ流体ポンプ。
8. キャビティは、作動可能な発泡材料を有する、請求項１に記載のマイクロ流体ポンプ。
9. 少なくとも３つのキャビティは、少なくとも２つの壁部によって分離されている、請求項５に記載のマイクロ流体ポンプ。
10. 基板の中又は基板の上に設けられた少なくとも１つの容器と、
    当該容器およびフィルム層と連通した少なくとも１つのビアと、をさらに備える、請求項５に記載のマイクロ流体ポンプ。
11. フィルム層と外部の流体源とに連通するように基板内に設けられた少なくとも１つのビアをさらに備える、請求項５に記載のマイクロ流体ポンプ。
12. マイクロ流体デバイス内で流体を移動させる方法であって、
    請求項１に記載のマイクロ流体ポンプを提供するステップと、
    第１のキャビティを作動させるステップと、
    第１のキャビティの流体ボリューム内にある量の流体を配置するために、第１のキャビティの流体ギャップを通じて流体源を提供するステップと、
    第１のキャビティに直接隣接する第２のキャビティを作動させることにより、第２のキャビティ内に流体ボリュームを形成し第１のキャビティと第２のキャビティの間に流体ギャップを形成するステップと、
    第１のキャビティの作動を解除して第２のキャビティに直接隣接する第３のキャビティを作動させることにより、第３のキャビティ内に流体ボリュームを形成し第２のキャビティと第３のキャビティの間に流体ギャップを形成して、第１のキャビティから第２のキャビティに流体を流し、第２のキャビティから第３のキャビティに流体を流すステップと、
    を含む、請求項１に記載のマイクロ流体ポンプ。
13. カートリッジ基板はさらに、
    作動可能フィルム層が配置される面に対向する外側表面に配置されたブリスター材料と、
    ブリスター材料の少なくとも一部と連通するビアと、
    を備える、請求項１に記載のマイクロ流体ポンプ。
14. 基板は、ブリスター材料の少なくとも一部およびビアと連通する少なくとも１つのポケットを備える、請求項１３に記載のマイクロ流体ポンプ。
15. 基板は、ビアを含むフィルム層であり、
    カートリッジは、１つ又は複数のポケットが形成された固定具と、固定具内に設けられた少なくとも１つの真空ポートと、固定具の外側表面上に配置されて当該固定具の表面と基板のフィルム層の間に介在することによりブリスター容器を形成するブリスター材料とを備え、
    作動可能フィルム層は、ブリスター容器をシールするように配置される、請求項１に記載のマイクロ流体ポンプ。
16. 基板が配置される側とは反対側のブリスター材料の表面上に配置された保護カバーをさらに備える、請求項１３に記載のマイクロ流体ポンプ。