JP6921105B2 - マイクロ流体ネットワーク装置 - Google Patents

Description

本発明は、マイクロ流体ネットワークのチャネル内の流体の流れを制御するバルブを備えたマイクロ流体ネットワーク装置に関する。マイクロ流体ネットワーク装置は、試薬および試料液体をサンプリング装置に送達するため、または異なる液体の混合のために使用され得る。

本発明は、例えばオンチップリザーバまたは外部容器からマイクロ流体装置、チャンバまたはネットワークへの試薬の逐次的な送達のために、マイクロ流体における試薬送達の分野での使用に特に有用である。

異なる作動スキームおよび構成を有するカートリッジベースの試薬送達システムおよび方法が知られているが、多くは非常に特定の用途にのみ適しており、万能ではないか、または交差汚染または低いデッドボリュームの問題を解決しない。

ＵＳ２０１１／０２４３８１５では、液体不透過性であるがガスはチェックバルブの要素として通過することができる膜を採用した弁を使用することによって、液体チャンバ内の圧力を調節して試薬を移送することができる。記載されたシステムは、所定量の試薬を送達するが、複数の試薬の送達には適しておらず、タンクの体積の一部が加圧ガスによって使用され、従って送達可能な試薬の最大量が減少する。

別のアプローチは、ＵＳ４１１９１２０に開示されているように、試薬の弁操作またはポンピングのための作動要素としての不浸透性の伸縮可能な膜の使用である。ＵＳ６９４８９１８では、作動要素として伸縮可能な膜を利用するマイクロポンプが開示されており、膜は、液体を移送するために一定量の基板上の溝の上に偏向される。重大な欠点は、所定の量の送達のために設計され、単一のタンクを有するため、汎用性がなく、特定の用途のみに適しているということである。

ＵＳ７８３２４２９およびＵＳ２０１４００９３４３１に開示されているように、作動される膜のアプローチが異なる弾性材料で実施される。液体の経路指定および輸送のために、空気圧で作動する弁およびポンプのネットワークが設けられているが、外部にタンクを設ける必要がある。

別のカートリッジベースの空気供給システムが、ＵＳ２０１４０３２２１００に開示されている。カートリッジは、弾性膜によって空気圧セクションと流体セクションとに分割される。リークのない動作は、作動領域内の１つより多くの膜層をレーザー溶接することで利点として提示される。しかしながら、この装置は汎用性がなく、低デッドボリューム動作を可能にしない。

ＵＳ２０１１０２４０１２７には、単一部品として製造されたダイヤフラムマイクロバルブが開示されている。この装置は、空気作動機構を備えた常閉構造を有し、チップ上で種々のアッセイを行うための弁装置を含むシステムも本発明に開示されている。この弁構造の重要な欠点は、試薬間の逆流および交差汚染の可能性である。弁の後のマイクロチャネルに広がるデッドボリュームもまた欠点である。同じ欠点を有する同様の構造が、ＵＳ２０１５００２１５０２に開示されており、この装置は、いくつかの部品で構成されており、作動膜は、シールリングを使用して機械的にシールされている。

ＵＳ２０１５００２１５０１に、別の膜弁に基づくアプローチが開示されている。装置は、膜を閉じた状態に維持するために膜を連続的に駆動し続ける必要性を排除することを目的としている。この目的のために、追加の層が弁膜上に結合されて空気圧作動シートとして作用する。本発明の残りの態様は、他のインライン常閉弁構造に類似しており、上述した欠点の少なくともいくつかを共有している。

分離可能な膜弁アプローチを特徴とする流体操作装置が、ＵＳ２０１１０３１５２２７に開示されている。弁シート、作動層および流体層は異なる部分として提供される。組み合わされた構造は、前述の他の膜ベースのシステムの欠点を共有する。

ＵＳ５８６３８０１に開示された核酸調製装置は、プランジャ型の弁機構を含む。プランジャロッドは、空気作動部分の一部として使用される。ロッドは、膜に圧力を印加することによって弁を開閉するために使用される。プランジャ機構を対称常閉弁構造に追加しても、デッドボリュームや交差汚染の問題などの欠点は排除されない。

微小流体カートリッジが弾性膜によって覆われ、次いで空気インターフェースと接触する別の流体作動システムが、ＵＳ２０１２０２６６９８６に開示されている。システムを正圧に保つことにより、空気インターフェースとカートリッジが可逆的に保持される。このシステムもまた、交差汚染の可能性およびデッドボリュームの問題を抱えている。

米国特許出願公開第２０１１／０２４３８１５号明細書 米国特許第４１１９１２０号明細書 米国特許第６９４８９１８号明細書 米国特許第７８３２４２９号明細書 米国特許出願公開第２０１４／００９３４３１号明細書 米国特許出願公開第２０１４／０３２２１００号明細書 米国特許出願公開第２０１１／０２４０１２７号明細書 米国特許出願公開第２０１５／００２１５０１号明細書 米国特許出願公開第２０１１／０３１５２２７号明細書 米国特許第５８６３８０１号明細書 ＵＳ２０１２／０２６６９８６号明細書

上記を考慮して、本発明の目的は、信頼性があり、さらに生産および使用が経済的であるマイクロ流体ネットワークのチャネル内の流体の流れを制御するバルブを備えたマイクロ流体ネットワーク装置を提供することである。

特定の用途では、本発明の別の目的は、信頼性が高く多用途のマイクロ流体システムにおける試薬送達のためのマイクロ流体ネットワーク装置を提供することである。

特に、交差汚染の危険性およびマイクロ流体ネットワークにおけるデッドボリュームに関連する問題を低減するマイクロ流体ネットワーク装置を提供することが有利である。

多用途であり、異なる用途に使用または適合させることができるマイクロ流体ネットワーク装置を提供することが有利である。

小型のマイクロ流体ネットワーク装置を提供することが有利である。

特定の用途では、液体、例えば２つもしくはより多くの試薬液体、または試薬液体を含む液体を含有する試料の効率的かつ経済的な混合を可能にするマイクロ流体ネットワーク装置を提供することが有利である。

本発明の目的は、請求項１に記載のマイクロ流体ネットワーク装置を提供することによって達成された。

本発明の第１の態様では、ベース部を含むマイクロ流体ネットワーク装置は、複数のマイクロ流体入口チャネルと少なくとも１つの共通出口チャネルと、前記複数の入口チャネルの各々の出口端部を前記少なくとも１つの共通出口チャネルに相互接続する複数の弁と、を備える。各弁は、入口チャネルと共通出口チャネルとの間の流体連通が閉じられる弁閉鎖位置と、入口チャネルと共通出口チャネルとの間の流体連通が開放される弁開放位置との間で変位可能な偏向可能部材を備える。少なくとも１つの共通出口チャネルは、弁セクションと、弁セクションを相互接続する中間セクションとを含む。少なくとも１つの出口チャネルの各弁セクションは、対応する弁と協働するように構成される。弁セクションは、入口チャネルのそれぞれの前記出口端部に隣接して配置される。

本発明の第２の態様によれば、マイクロ流体ネットワーク装置は、生物学的組織サンプリング装置に試薬を供給するように構成され、マイクロ流体ネットワーク装置は、前記試薬のそれぞれの供給源に接続された複数のマイクロ流体入口チャネルと、少なくとも１つの共通出口チャネルと、前記複数の入口チャネルの各々の出口端部を前記少なくとも１つの共通出口チャネルに相互接続する複数の弁と、を備える。各弁は、入口チャネルと共通出口チャネルとの間の流体連通が閉じられる弁閉位置と、入口チャネルと共通出口チャネルとの間の流体連通が開放される弁開放位置との間で切り替え可能である。

本発明の第３の態様によれば、マイクロ流体ネットワーク装置の弁は、弁入口オリフィスと、弁出口オリフィスと、入口オリフィスと出口オリフィスとの間に配置された弁分離壁部と、偏向可能部材が弁分離壁部に押し付けられたときに弁の弁入口オリフィスと弁出口オリフィスとの間の流体連通が妨げられるように、入口オリフィス、弁分離壁部、および弁出口オリフィスの上に広がる偏向可能部材とを備える。弁出口オリフィスは、弁入口オリフィスによって偏向可能部材上に投影される表面積よりも偏向可能部材上に投影されるより小さな表面積を有する。

本発明の別の態様によれば、マイクロ流体ネットワーク装置を操作する方法は、
ａ）入口チャネルを共通出口チャネル（２２）に相互接続するそれぞれの弁を制御することによって、パージラインまたは装置出口のいずれかを介して液体を排出しながら、入口チャネルの各々にそれぞれの試薬を注入することによって、入口チャネルの各々をプライミングするステップと、
ｂ）少なくとも１つの選択された試薬を入口チャネルを介して注入し出口を介して排出することによって、前記装置出口の下流に接続されたサンプリング装置をプライミングするステップであって、選択された試薬が、好ましくは、洗浄剤またはサンプリング装置に提供される試料を処理するための第１の試薬のいずれかである、ステップと、
ｃ）試料と反応するように構成された試薬をサンプリング装置に送るステップと、
ｄ）任意選択的に、洗浄液を送るステップと、
ｅ）任意選択的に、異なる試薬についてステップｃ）およびｄ）を繰り返すステップと、
を含む。

一実施形態では、本方法は、マイクロ流体ネットワーク装置の入口と出口との両方が圧力源に接続されているマイクロ流体ネットワーク装置の入口と出口の予備加圧を含み得る。入口または出口の圧力は、所望の流量を制御するように変化させることができる。

一実施形態では、本方法は、マイクロ流体ネットワーク装置の混合ネットワーク内で試薬を混合するステップを含み得る。

一実施形態では、マイクロ流体ネットワーク装置は、ネットワーク装置の下流に配置され、試薬が供給されるサンプリング装置に接続され得る。試薬は、例えば、抗体、イメージングバッファ、および洗浄溶液を含み得る。

一実施形態では、複数の入口チャネルは、本質的に平行に並置された態様で配置されてもよい。

有利な実施形態では、複数の弁出口端部が直線に沿って形成されないように、隣接する入口チャネルの弁出口端部がオフセットされてもよい。これにより、例えば共通出口チャネルが略ジグザグまたは往復経路に沿って延在する。

一実施形態では、共通出口チャネルは、概して入口チャネルを横切る方向に延在する。したがって、共通出口チャネルの弁セクションは、入口チャネルの出口端部に対して横方向に延びて、本質的に「Ｔ」字型の配置を形成することができる。

一実施形態では、弁は、入口チャネルの出口端部に形成された弁入口オリフィスと、共通出口チャネルの上にあるかまたはその一部を形成し、かつ弁分離壁部によって弁入口オリフィスから分離された弁出口オリフィスとを備える。

一実施形態では、偏向可能部材は、偏向可能部材が弁分離壁部に押し付けられたときに、弁の弁入口オリフィスと弁出口オリフィスとの間の流体連通が妨げられるように、弁入口オリフィス、弁分離壁部、および弁出口オリフィス上に延在する。

一実施形態では、弁出口オリフィスは、共通出口チャネルの一部を形成する。

一実施形態では、弁出口オリフィスは、弁入口オリフィスによって偏向可能部材上に投影される表面積よりも偏向可能部材上に投影されるより小さな表面積を有し、好ましくは偏向部材上に投影される弁入口オリフィスの表面積は、弁出口オリフィスの投影表面積の２倍超、より好ましくは３倍超である。

一実施形態では、偏向可能部材は、入口オリフィス、出口オリフィス、弁分離壁部、および場合によっては弁入口および出口オリフィスに境界を合わせる端面に重なる弾性膜を含む。

一実施形態では、弁本体部は、オリフィスおよびオリフィスの縁部の周りの表面領域と重なり合う偏向可能部材の変形可能な部分を画定する作動チャンバを備え、弁本体部は、隣接する弁の間に分離を提供する。

一実施形態では、マイクロ流体ネットワーク装置は、弁偏向可能部材の上方に位置する作動チャンバに接続された空気圧または油圧作動ラインを含む弁作動システムをさらに備える。

一実施形態では、最も外側の入口チャネルは洗浄溶液に接続され、異なる試薬の適用の間の洗浄中に、共通出口チャネルが一端から他端まで完全に洗浄されて、その後の処理サイクルの液体による汚染を避けるように構成される。

一実施形態では、マイクロ流体ネットワーク装置は、液体を混合ネットワーク内で循環させるように試薬ラインから方向付けるように構成された共通出口チャネルに弁によって相互接続された２つまたはそれ以上の混合チャネルを備える混合ネットワークを含む。

有利な実施形態では、複数の入口チャネルの少なくとも１つは、例えば入口チャネルを通る流体の流れを遅くする蛇行チャネル構成による抵抗チャネルを含む流れ制御部を含む。

本発明のさらなる目的および有利な特徴は、特許請求の範囲、詳細な説明、および添付の図面から明らかになるであろう。

本発明の一実施形態によるマイクロ流体ネットワーク装置の概略図である。 本発明の一実施形態によるマイクロ流体ネットワーク装置の斜視概略図である。 図２ａのマイクロ流体ネットワーク装置の斜視概略断面図である。 図２ａのマイクロ流体ネットワーク装置の斜視概略断面図である。 図２ａのマイクロ流体ネットワーク装置の分解斜視概略断面図である。 本発明の一実施形態によるマイクロ流体ネットワーク装置のベース部分の斜視概略図である。 本発明の一実施形態によるマイクロ流体ネットワーク装置の一部の概略平面図である。 図４ａの線ＩＶｂ−ＩＶｂを通る断面図である。 本発明の一実施形態によるマイクロ流体ネットワーク装置の閉じた弁の概略断面図である。 本発明の一実施形態によるマイクロ流体ネットワーク装置の開いた弁の概略断面図である。 異なる実施形態によるバルブ入口および出口オリフィスの概略図である。 異なる実施形態によるバルブ入口および出口オリフィスの概略図である。 異なる実施形態によるバルブ入口および出口オリフィスの概略図である。

図面を参照すると、マイクロ流体ネットワーク装置２は、本体内の流体チャネルを介して１つまたは複数の装置出口３４に流体接続された装置入口１０を含む本体３を備える。本体３は、一体型構造で作られてもよく、一緒に組み立てられる複数の部品から作られてもよい。図示された実施形態では、本体３は、ベース部４と、入口本体部６と、弁本体部８とを備える。マイクロ流体ネットワーク装置は、チャネル内の流体の流れを制御するための流体チャネルの少なくとも一部に配置された弁３６をさらに備える。

マイクロ流体ネットワーク装置２は、試薬供給源および任意選択的に１つまたは複数の試料供給源（用途に応じて）を含む１つまたは複数の流体供給源に接続され得る。一実施形態では、マイクロ流体ネットワーク装置は、マイクロ流体ネットワーク装置が意図される用途に十分な供給量の試薬または試料を装置内に格納する搭載タンク５４を備え得る。これに代えて、または加えて、マイクロ流体ネットワーク装置の入口本体部６を外部流体供給源に接続することもできる。タンク５４は、外部供給源からタンクに液体を注入することによって予め充填することができ、あるいは、それらがネットワーク装置のそれぞれの流体チャネルと流体的に連結するようにマイクロ流体ネットワーク装置に装填される予め充填されたカートリッジの形態で提供することができる。一実施形態では、搭載タンクの少なくともいくつかは、弁を作動させて液体試薬をポンプするために利用可能なものと同じ圧力源、例えば空気圧作動システムを使用する。

本出願における用語「試薬」の使用は、種々の用途のためのマイクロ流体ネットワーク装置において使用される様々な液体または気体を包含することを意図する。試薬は、例えば、抗体、イメージングプローブ、洗浄緩衝液、化学試薬、水、生理食塩水および関連する用途で使用される他の液体を含み得る。試料液体は、試験が適用される試料を含む液体、例えば生物学的組織または他の微生物学的物質、汚染物質、またはその特性に関する試験がマイクロ流体ネットワーク装置の下流に配置されたサンプリング装置によって実施されることが意図されている他の物質を含む液体を意味することを意図する。

マイクロ流体ネットワーク装置はまた、後続の処理のために試薬および／または試料含有溶液を調製するために、液体を混合するように構成および使用され得る。

マイクロ流体ネットワーク装置はまた、化学反応を生じさせて生成液体を調製するために試薬を混合するように構成および使用され得る。

一実施形態において、マイクロ流体ネットワーク装置２は、試薬（抗体、イメージングバッファ、洗浄溶液など）が供給されるサンプリング装置１に接続され得る。

マイクロ流体ネットワーク装置の下流に配置されたサンプリング装置１に接続された実施形態では、オプションの混合装置は、試薬のみを供給するように構成され得る。試料、例えば組織試料は、サンプリング装置内に提供される。

種々のタイプのサンプリング装置は、それ自体公知である（例えば、国際公開第２０１３／１２８３２２号記載）。

サンプリング装置は、１つまたは複数の流体ラインによってマイクロ流体ネットワーク装置に接続された別個の装置であってもよいが、一実施形態では、マイクロ流体ネットワーク装置に組み立てられる固定方法で一体的に提供されてもよく、マイクロ流体装置と一体型に形成されてもよい。

マイクロ流体ネットワーク装置２の入口本体部６は、１つまたは複数の装置入口１０に接続された複数の入口チャネル１２を備え、各入口チャネル１２は、中間チャネル部１８によって流体的に相互接続された入口端部１４および出口端部１６を備える。例示された実施形態は複数の入口チャネル１２を含み、それらは、例えば有利には、ベース部４内に本質的に平行に並置されて配置され得る。

マイクロ流体ネットワーク装置は、入口チャネル１２の出口端部１６に隣接して配置された弁セクション２４ａを含む少なくとも１つの出口チャネル２２をさらに備える。隣接する入口チャネル１２の出口端部１６は、複数の出口端部１６が直線的なラインに沿ってではなく、ジグザグもしくは波形のライン、または他の往復ラインの形状に沿って形成されるようにオフセットされ得る。入口チャネル１２の出口端部１６に隣接する単一の出口チャネル２２を有する好ましい実施形態では、入口チャネルの出口端部１６に近接している共通出口チャネルもまた、概ねジグザグ状の波状または往復経路に沿って延在する。複数の出口端部１６を見ると、往復配列を形成する隣接する出口端部１６のオフセットは、対応する弁３６の配置のためにより多くの空間を出口端部１６に設けることにより、よりコンパクトな配置、すなわち隣接する入口チャネル間のより近い距離ｄ１を可能にする。実際には、出口端部１６は、弁３６を介して共通出口チャネル２２の弁セクション２４ａ、２４ｂに接続される。したがって、共通出口チャネル２２は、一般に、入口チャネル１２、または入口チャネルの少なくとも出口端部を横切る方向に延在する。図示された実施形態では、共通の出口チャネルの弁セクション２４ａは、本質的に「Ｔ」字形の配置で入口チャネルの出口端部に対して横方向に延在する。

弁３６は、入口チャネルの出口端部１６に形成された弁入口オリフィス４０と、共通出口チャネル２２の上方にあるかまたはその一部を形成し、かつ弁分離壁部４４によって弁入口オリフィス４０から分離された弁出口オリフィス４２とを備え得る。偏向可能部材３８は、弁入口オリフィス４０、弁分離壁部、および弁出口オリフィス４２を覆って広がり、偏向可能部材３８が弁分離壁部４４に押し付けられると、弁の弁入口オリフィス４０と弁出口オリフィス４２との間の流体連通が妨げられる（すなわち、弁は閉位置にある）。弁の弁出口オリフィス４２は、共通出口チャネル２２まで延びる小さなオリフィスであってもよいが、好ましくは共通出口チャネル２２の一部を形成することに留意されたい。後者の変形例では、液体が共通出口チャネル２２を通って流れる場合、弁３６の弁出口オリフィス４２はデッドボリュームを示さず、弁出口オリフィス内の液体は共通出口チャネル２２内を流れる液体によって運ばれる。

好ましい実施形態では、偏向可能部材３８によって覆われた弁出口オリフィス４２は、弁入口オリフィス４０によって偏向可能部材３８上に投影される表面積よりも偏向可能部材３８上に投影するより小さな表面積を有する。好ましくは、偏向可能部材３８上に投影された弁入口オリフィス４０の表面積は、弁出口オリフィス４２の投影表面積の２倍超、好ましくは３倍超、より好ましくは５倍超である。この構成は、弁入口および出口オリフィスの表面積の比に対応する係数まで共通出口チャネル２２の圧力が入口チャネル１２の圧力よりも大きくても、共通出口チャネル２２から入口チャネル１２に逆流するのを防止する。これは、特に、試薬間の交差汚染に対する安全機構を形成し、液体の逆流も防止する。

一実施形態では、弁３６は、入口オリフィスおよび出口オリフィスと重なる弾性特性を有する偏向可能部材３８、弁分離壁部４４、及び任意選択的に弁入口及び出口オリフィス４０，４２と境界を合わせる端面によって形成され得る。弁本体部８は、オリフィス４０，４２およびオリフィスの端部の周りの任意の表面領域と重なる、偏向可能部材３８の変形可能な部分を画定する作動チャンバ４８を有するように構成され得る。したがって、膜３８またはベース部分４に当たる弁本体部分８は、隣接する弁３６間を分離する。

一実施形態では、偏向可能部材３８は、例えば、弾性変形可能な材料の形態またはシートの弾性膜を含み得る。

変形例では、偏向可能部材３８は、例えばプレート、プランジャまたはボールを出口および入口オリフィス４０，４２の端部に押し付ける圧縮ばねを含む、ばね搭載弁プレート、プランジャまたはボール（図示せず）を含み得る。

弁入口オリフィス４０および弁出口オリフィス４２の概念は、図６ａに示されるような単一の連続オリフィス、または例えば図６ｂに示されるような複数のオリフィスを含み得ることに留意されたい。特に、より大きな表面積を考慮して、弁入口オリフィスには、偏向可能部材をオリフィスに対してより良好に支持するため、または入口と出口と間の投影表面積の比を制御するために、複数のより小さなオリフィスが設けられ得る。

弁３６には、それぞれの弁３６の開閉を能動的に制御する作動システムが設けられ得る。

しかしながら、変形例では、弁は受動的であってもよく、入口チャネル１２内の流体圧力を増加させることによって作動するチェック弁として作用することができる。

能動的な変形例では、作動システムは、例えば弁を閉鎖するために偏向可能部材を押すため、または弁を開放するために偏向可能部材を持ち上げるための、偏向可能膜に作用する、例えば電磁性、圧電性、空気圧または油圧手段などの種々の手段によって弁を制御することができる。

有利な実施形態では、作動システムは空気作動システムを含んでよく、それにより、空気作動ライン５０を、出口オリフィス４０、入口オリフィス４２、およびそれらの端部と重なる偏向可能部材３８の上に位置する作動チャンバ４８に接続する。

一実施形態では、大気圧よりも大きい作動チャンバ４８内部のガス圧力を有することによって、空気インターフェースを作動させて弁を閉鎖することができる。変形例では、偏向可能部材３８が、出口、入口、および弁分離壁部に対して正の弾性圧力を有し、弁開放が作動チャンバ４８の負圧によって作動されることも可能である。

有利な実施形態では、複数の入口チャネル１２の各出口端部１６に隣接する位置まで延びる単一の出口チャネル２２があり、弁３６は偏向可能部材を備え、作動チャンバは弁入口および出口オリフィスの上に配置されており、流体が共通出口チャネルを通って流れるときに、弁の出口部分の各々を通過して流れることにより、デッドゾーンが排除される。

一実施形態では、最も外側の入口チャネル１２ａは洗浄溶液に接続され得、その後の処理サイクルの液体による汚染を避けるために、異なる試薬の適用の間の洗浄中に、共通出口チャネル２２を一端２２ａから他端２２ｂまで完全に洗浄する。そのような実施形態では、マイクロ流体ネットワーク装置の一端の入口チャネル１２ａは共通出口チャネル２２の端部２２ａに接続し、共通出口チャネルの他端２２ｂは、廃棄ライン、パージライン、またはサンプリング装置に接続されたラインのいずれかであり得るマイクロ流体ネットワーク装置の出口３４に接続する。

したがって、マイクロ流体ネットワーク装置２２は、サンプリング装置１に接続された出口と、サンプリング装置１または装置出口の下流の他の装置を通過することなく液体を排出するための、またはマイクロ流体ネットワークチャネル内部の気泡を除去する間の装置の初期プライミングのための１つまたは複数のパージラインまたは廃棄ライン３７と、を任意選択的に備え得る。

本発明の変形例では、マイクロ流体ネットワーク装置は、少なくとも２種以上の液体を混合するために異なる構成を備え得る混合ネットワーク内に液体を循環させるために使用することができる、弁３６によって相互接続された２つ以上の混合チャネル３２を含む混合ネットワーク３０を備え得る。液体は、マイクロ流体ネットワークの試薬ライン３３から、または１つまたは複数の試料ラインによって混合ネットワークに供給することができ、２つまたはそれより多くの試薬いずれかを１つまたは複数のサンプリング液体と混合するために使用することができる。

有利な実施形態では、入口チャネル１２の入口端部１４を出口端部１６に結合する中間チャネル部１８に、流れ制御部２０を設けることができる。流れ制御部２０は、例えば、入口チャネルを通る流体の流れを遅くする蛇行チャネル構成によって形成され得る。これにより、特に、弁３６が配置されている外側端部４２に対して入口チャネルの入口端部４０に存在する圧力変動を減衰させるため、または弁を通る液体の流れを制御するために、流体の流れをよりよく制御することができる。これはまた、サンプリング装置５のマイクロ流体チャンバを流れる異なる試薬の流速が、任意の入口チャネルの入口端部からマイクロ流体チャンバへの流体経路の長さに関係なく、実質的に同じであることを保証する。

一実施形態では、流れ制御部２０は、複数の入口チャネル１２について同一であってもよい。あるいは、または加えて、流れ制御部２０は、異なる入口チャネルに対して異なる流れ抵抗特性を有するように構成され得る。様々な流れ抵抗部は、それぞれの入口チャネルを流れる液体の特性（例えば、粘度）を考慮して、または意図された用途のための特定の試薬の液体容量供給要件を考慮して提供され得る。

混合ネットワーク３０はまた、液体の効果的かつ効率的な混合を達成するために、例えば蛇行チャネル、抵抗ヒーター型ミキサー、ピラーのアレイ、または流れの分割および再結合を使用するツリーネットワークなどのそれ自体既知の様々な混合システムを含み得る。

混合ネットワーク３０は、試薬が混合ネットワークの入口チャネル３２ａに注入され、共通出口チャネル２２を通って流れることなく、混合ネットワークの隣接する混合出口チャネル３２ｂを通って混合ネットワーク３０を流れるように、共通出口チャネル２２に沿って、混合ネットワークの混合入口チャネル３２ａと出口チャネル３２ｂとの間に配置されたインライン弁３６ｂを備え得る。言い換えれば、混合ネットワーク流体チャネル３２ａ，３２ｂ間の共通出口チャネル部分２２ｃに沿ったインライン弁３６ｂは、混合ネットワーク３０に試薬を流すために使用することができる。混合ネットワークの入口および出口ライン３２ａ，３２ｂと、混合装置の共通出口チャネル２２との間の弁３６ａ，３６ｂ，３６ｃを制御することにより、混合ネットワークをオンおよびオフに切り替えることができる。

図１を参照する例として、複数の試薬を混合するために、混合弁３６ａ，３６ｃが開いており、インライン弁３６ｂが閉じている一方で、対応する試薬弁が順次にまたは同時に開かれる。混合ネットワークを迂回するために、混合弁３６ａ，３６ｃを閉じ、インライン弁３６ｂを開くことができる。混合ネットワークを通る液体の循環は、一方向であってもよく、より良好な混合のために混合ネットワーク内の液体の順方向および逆方向の流れを操作するように可逆的であってもよい。

一実施形態では、マイクロ流体ネットワーク装置の入口１２および１つまたは複数の出口３４の両方は、マイクロ流体ネットワーク装置内の気泡形成を低減するために、マイクロ流体環境の内部において大気圧より高い圧力を有することにより、正圧、すなわち大気圧より高い圧力下にあり得る。したがって、入口１２と出口３４との間の流れは、差圧によって、入口側の圧力を増加させることによって、および／または出口側の圧力を低下させることによって制御され得る。

２ マイクロ流体ネットワーク装置
１０ 装置入口
３４ 装置出口
３ 本体
４ ベース部
６ 入口本体部
８ 弁本体部
１２ 入口チャネル
１２ａ 第１の入口チャネル
１４ 入口端部
１６ 出口端部
１８ 中間チャネル部
２０ 流れ制御部（抵抗性、例えば蛇行部）
２２ 共通出口チャネル
２４、２４ａ、２４ｂ 弁セクション
２６ 中間セクション
２２ａ 第１の端部
２８ パージチャネル
３０ 混合ネットワーク
３２ 混合チャネル
３６ａ、３６ｂ、３６ｃ 混合弁
３６ 弁（試薬、ミキサー、パージ、出口）
３８ 偏向可能部材
４０ 弁入口オリフィス
４２ 弁出口オリフィス
４４ 弁分離壁部
４８ 作動チャンバ
５０ 作動ライン
５４ 搭載タンク
３３ 試薬ライン
３５ 出口ライン
３７ パージライン
１ サンプリング装置

Claims (20)

1. 複数のマイクロ流体入口チャネル（１２）と少なくとも１つの共通出口チャネル（２２）とを含むベース部（４）と、前記複数の入口チャネルの各々の出口端部（１６）を、前記入口チャネルと前記共通出口チャネルとの交差部において前記少なくとも１つの共通出口チャネルに相互接続する複数の弁（３６）とを備えるマイクロ流体ネットワーク装置（２）であって、各弁が、前記入口チャネルと共通出口チャネルとの間の流体連通が閉鎖される弁閉鎖位置と、前記入口チャネルと共通出口チャネルとの間の流体連通が開放される弁開放位置との間で変位可能な偏向可能部材（３８）を備え、前記少なくとも１つの共通出口チャネルが、弁セクション（２４ａ、２４ｂ）と、前記弁セクションを相互接続する中間セクション（２６）とを備え、前記少なくとも１つの共通出口チャネルの各弁セクションが、対応する弁と協働するように構成され、前記弁セクションが、前記入口チャネルと前記共通出口チャネルとの前記交差部のそれぞれに隣接して配置されている、マイクロ流体ネットワーク装置。
2. 前記マイクロ流体ネットワーク装置が、前記ネットワーク装置の下流に配置され、かつ抗体、イメージングバッファ、および洗浄溶液を含み得る試薬が供給されるサンプリング装置（１）に接続される、請求項１に記載のマイクロ流体ネットワーク装置。
3. 隣接する入口チャネル（１２）と前記共通出口チャネル（２２）との前記交差部が、前記交差部が直線に沿って形成されないようにオフセットされており、それにより、前記共通出口チャネルがジグザグ状に延在する、請求項１または２に記載のマイクロ流体ネットワーク装置。
4. 前記共通出口チャネルが、前記入口チャネルを横切る方向に延在し、前記共通出口チャネルの前記弁セクションが、前記入口チャネルの前記出口端部に対して横方向に延在し、それにより、「Ｔ」字形の配置を形成している、請求項１から３のいずれか一項に記載のマイクロ流体ネットワーク装置。
5. 前記弁が、前記入口チャネルの前記出口端部に形成された弁入口オリフィス（４０）と、前記共通出口チャネルの上方に位置するかまたはその一部を形成し、かつ弁分離壁部（４４）によって前記弁入口オリフィスから分離されている弁出口オリフィス（４２）とを備える、請求項１から４のいずれか一項に記載のマイクロ流体ネットワーク装置。
6. 前記偏向可能部材が前記弁分離壁部に押し付けられたときに、前記弁の前記弁入口オリフィスと前記弁出口オリフィスとの間の流体連通が妨げられるように、前記偏向可能部材が、前記弁入口オリフィス、前記弁分離壁部、および前記弁出口オリフィスの上に広がる、請求項５に記載のマイクロ流体ネットワーク装置。
7. 前記弁出口オリフィスが、前記共通出口チャネルの一部を形成する、請求項５または６に記載のマイクロ流体ネットワーク装置。
8. 前記弁出口オリフィスが、前記弁入口オリフィスによって前記偏向可能部材上に投影される表面積より、前記偏向可能部材上に投影する小さな表面積を有し、前記偏向可能部材に投影された前記弁入口オリフィスの表面積が、前記弁出口オリフィスの投影表面積の２倍より大きい、請求項５から７のいずれか一項に記載のマイクロ流体ネットワーク装置。
9. 前記偏向可能部材が、前記入口オリフィスと、前記出口オリフィスと、前記弁分離壁部と重なる弾性膜を含み、前記偏向可能部材が、前記入口オリフィスおよび前記出口オリフィスの縁と接触して前記入口オリフィスおよび前記出口オリフィスを閉塞することが可能である、請求項５から８のいずれか一項に記載のマイクロ流体ネットワーク装置。
10. 弁本体部が、前記オリフィス（４０，４２）および前記オリフィスの端部の周りの表面領域と重なる前記偏向可能部材の変形可能な部分を画定する作動チャンバ（４８）を含み、前記弁本体部が隣接する弁の間を分離する、請求項１から９のいずれか一項に記載のマイクロ流体ネットワーク装置。
11. 前記弁の偏向可能部材の上方に位置する作動チャンバ（４８）に接続された空気圧または油圧作動ライン（５０）を含む弁作動システム（４６）をさらに備える、請求項１から１０のいずれか一項に記載のマイクロ流体ネットワーク装置。
12. 前記共通出口チャネルの流体出口から最も遠い入口チャネル（１２ａ）が洗浄溶液に接続され、次の処理サイクルの液体による汚染を回避するために、異なる試薬の適用の間の洗浄中に、前記共通出口チャネルが一方の端部（２２ａ）から他方の端部（２２ｂ）まで完全に洗浄されるように構成されている、請求項１から１１のいずれか一項に記載のマイクロ流体ネットワーク装置。
13. 前記マイクロ流体ネットワーク装置が、混合ネットワーク内に循環させるために試薬ライン（３３）から液体を導くように構成された前記共通出口チャネル（２２）に弁（３６）によって相互接続された２つまたはより多くの混合チャネル（３２）を備える混合ネットワーク（３０）を含む、請求項１から１２のいずれか一項に記載のマイクロ流体ネットワーク装置。
14. 前記複数の入口チャネルの少なくとも１つが、前記入口チャネルを通る流体の流れを遅くする蛇行チャネル構成による抵抗チャネルを含む流れ制御部（２０）を含む、請求項１から１３のいずれか一項に記載のマイクロ流体ネットワーク装置。
15. 請求項１から１４のいずれか一項に記載のマイクロ流体ネットワーク装置を操作する方法であって、
    ａ）前記入口チャネルと前記共通出口チャネル（２２）を相互接続しているそれぞれの弁（３６）を制御することによって、パージラインまたは装置出口（３４）のいずれかを介して液体を排出しながら、前記入口チャネルの各々にそれぞれの試薬を注入することによって前記入口チャネルの各々をプライミングするステップと、
    ｂ）少なくとも１つの選択された試薬を入口チャネルを通して注入して出口を通して排出することにより、前記装置出口の下流に接続されたサンプリング装置（１）をプライミングするステップであって、前記選択された試薬が、洗浄剤または前記サンプリング装置に提供される試料を処理するための第１の試薬のいずれかである、ステップと、
    ｃ）前記試料と反応するように構成された試薬を前記サンプリング装置に送るステップと、
    を含む、方法。
16. ｄ）洗浄液を送るステップ並びに、ｅ）異なる試薬についてステップｃ）およびｄ）を繰り返すステップをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
17. 前記マイクロ流体ネットワーク装置の入口および出口を予備加圧するステップを含み、前記マイクロ流体ネットワーク装置の入口および出口の両方が圧力源に接続されている、請求項１５に記載の方法。
18. 前記入口の圧力が、所望の流量に応じて変更される、請求項１７に記載の方法。
19. 前記マイクロ流体ネットワーク装置の混合ネットワーク内で試薬を混合するステップをさらに含む、請求項１５から１８のいずれか一項に記載の方法。
20. 生物学的組織サンプリング装置（１）に試薬を供給するように構成された、請求項１から１４のいずれか一項に記載のマイクロ流体ネットワーク装置（２）。

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