JP7198381B2 - 流体の貯蔵 - Google Patents

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Description

使い捨てのマイクロ流体カートリッジに、過剰な流体を充填して保存する必要があると
いう問題があり得る。例えば、使用可能なスペースが限られているなどの理由によってで
ある。一方で、試薬などの流体を、対象の流体領域（例えば、フローセル）から離して保
存すると、流体を貯蔵場所から対象の流体領域に移動するための過剰なポンプ時間の問題
につながり得、対象の領域で液体を交換するための高いフラッシュ係数を要し得る。
組み込みの流体貯蔵庫を備えた多くのマイクロ流体システムは、流体を対象の流体領域
から遠ざけて収容し、回転バルブであろうとピンチバルブのアレイであろうと、何らかの
形のバルブを備えており、それにより、流体とカートリッジ上でそれらが使用される場所
との間の距離がさらに広がる。行程容積として知られるこれらの距離は、特定の化学工程
で供給される総容積を計算するために使用され、こうして、流体が対象の流体領域から離
れて保存されるほど、工程ごとにより多くの容積が含まれる。繰り返し工程が多い化学工
程の場合、これらの使用量は、たとえば３００から６００の範囲の値で乗算されるため、
総行程容積は必要な総流体容積に大きな影響を与え得る。流体容積要件がマイクロ流体デ
バイスのサイズの主な要因であるため、大きな行程容積はデバイスサイズの削減の可能性
を大きく制限する。
一部のマイクロ流体カートリッジデバイスは、オンボードの化学反応に必要な容量より
も大きい流体容量を使用する。そのような大容量は、例えば、共有の共通ラインを介して
ターゲット表面で流体を交換するためのフラッシングに使用することができる。このよう
な高い液体容積の必要性は、長く周期的なアッセイを自動化する場合にさらに深刻になる
可能性がある。対象の流体領域から離れて保存されている流体を輸送するために使用され
る長い流体ラインには、９０度曲がっている場所など、マイクロ流体経路内において洗浄
困難な場所が存在し得る。さらに、層流環境では滑りのない境界条件のため、流体ライン
の壁は洗浄しにくい場合がある。
標準的なマイクロ流体システムでは、対象の流体領域から離れた流体貯蔵領域にあるチ
ャネルでプライミングを実行してもよく、チャネルは要求に応じて流体選択を可能にする
共有スイッチングバルブに供給される。長い共有ライン、または共通ラインは、すべての
流体を、流体交換が発生する対象の流体領域に輸送する。そのような標準システムでは、
異なる流体が対象の流体領域に提供される前に、新しい流体の正しい化学組成を保持する
ため、または相反する化学物質による妨害（たとえば、相互汚染）を避けるために、以前
の流体を洗い流してもよい。
異なる流体を追加する前に共通ラインを洗い流すのに必要な流体の量は、共通ラインの
長さに依存し、「行程容積」として知られている。「フラッシュ係数」は、総行程容積ま
たは流体が共有するチャネルの容積に適用される、乗数とみなしてもよい。たとえば、ス
イープラインの体積が１０μＬの場合、フラッシュ係数が３では、適切な交換を生成する
ためにシステムを介して３０μＬの液体が引かれる必要がある。多くの繰り返しを伴う循
環化学アッセイの場合、個々の流体移動量を最小化すると、流体デバイスに保存される全
体の量に大きな影響がある。保存量を最小限に抑えることにより、カートリッジのフット
プリントを削減し得、材料と液体の削減により、実行ごとにコストを節約する。場合によ
っては、ポンプ操作時間を短くするため、合計実行時間を短縮してもよい。
以下は、本明細書で説明されるいくつかの態様の基本的な理解を提供するために、簡略
化された概要を示している。この概要は、請求項に記載された主題の広範な概要ではない
。請求項に記載された対象の主要または重要な要素を特定することも、その範囲を叙述す
ることも意図していない。その唯一の目的は、後述するより詳細な説明の前置きとして、
いくつかの概念を簡略化された形式で提示することである。
本開示の態様は、流体デバイスの流体入口に接続された２つ以上の流体プライムチャネ
ルと、各流体プライムチャネルと動作可能に関連付けられ、関連する流体プライムチャネ
ルと流体入口との間の流れを制御する流量制御バルブと、流体デバイスの流体出口に接続
された１つ以上の出口チャネルと、流体出口と関連する出口チャネルとの間の流れを制御
するために各出口チャネルに動作可能に関連付けられた流量制御バルブと、を備える装置
を包含する。
本開示の態様は、流体デバイスの流体入口に接続された２つ以上の流体プライムチャネ
ルのそれぞれに異なる流体を貯蔵することと、ここで各流体プライムチャネルに動作可能
に関連付けられた流量制御バルブは関連付けられた流体プライムチャネルと流体入口との
間の流れを制御し、２つ以上の流体プライムチャネルの第１のものにおける第１の流体の
少なくとも一部を流体入口に移動することと、第１の流体を流体デバイスの流体出口を介
して流体出口に接続された出口チャネルに移動することと、ここで出口チャネルに動作可
能に関連付けられた流量制御バルブは流体出口と出口チャネルとの間の流れを制御し、共
有流体プライムチャネルを洗い流すために、第１および第２流体プライムチャネルを流体
入口に接続する共有流体プライムチャネルを通して２つ以上の流体プライムチャネルのう
ちの第２のものにおける、第２の流体の少なくとも一部を移動することと、第２の流体プ
ライムチャネル内の第２の流体の少なくとも一部を流体入口に移動させることと、を含む
方法を包含する。
本開示の態様は、プレートの表面に直交する回転軸を中心に回転可能なプレートと、プ
レート上に配置された複数の流体区画と、を備える装置を包含し、各区画は、プレートを
通して形成された流体出口ポートを有し、ここで、複数の流体区画の流体出口ポートは、
回転軸から共通の半径方向距離に配置され、各出口ポートは、プレートが回転軸の周りを
回転するときに流体デバイスの流体入口と整列するように配置される。
本開示の主題の他の特徴および特性、ならびに動作の方法、構造の関連要素の機能およ
び部品の組み合わせ、ならびに製造の経済性は、以下の説明および添付の請求項を考慮す
るとより明らかになるであろう。これらはすべて本明細書の一部を形成し、同様の参照番
号は様々な図の対応する部分を示す。
本明細書に組み込まれ、明細書の一部を形成する添付図面は、本開示の主題の様々な例
を示している。図面において、同様の参照番号は、同一または機能的に類似の要素を示す
。
流体デバイスに取り付けられた例示的な回転流体トレイの上面斜視図である。 例示的な回転流体トレイの平面図である。 回転流体トレイの代替例の斜視図である。 例示的な回転流体トレイの平面図である。 図４に示す回転流体トレイの底面図である。 例示的な回転流体トレイおよび蓋の分解斜視図である。 図６に示す蓋の部分底面図である。 異なるプッシュロッドチップ構成の部分斜視図である。 異なるプッシュロッドチップ構成の部分斜視図である。 異なるプッシュロッドチップ構成の部分斜視図である。 図８の線Ａ-Ａに沿った横断面図である。 図９の領域Ｂの部分断面図である。 例示的な流体プライミングマニホルドの斜視図である。 流体プライミングマニホルド用の回転バルブアセンブリの部分上面斜視図である。 回転バルブの平面図である。 流体プライミングマニホルド用の回転バルブアセンブリの部分底面斜視図である。
本開示の主題の態様は様々な形態で具現化され得るが、以下の説明および添付の図面は
、主題の特定の例としてこれらの形態のいくつかを開示することのみを意図している。し
たがって、本開示の主題は、そのように説明および図示された形態または例に限定される
ことを意図していない。
別個に定義されない限り、本明細書で使用されるすべての技術用語、表記法および他の
技術用語または用語は、本開示が属する当業者によって一般に理解されるのと同じ意味を
有する。本明細書で言及されるすべての特許、出願、出願公開および他の刊行物は、参照
によりその全体が組み込まれる。このセクションに記載されている定義が、参照により本
明細書に組み込まれている特許、出願、出願公開、および他の出版物に記載されている定
義に反する、または矛盾する場合、このセクションに記載される定義は、参照により本明
細書に組み込まれる。
別段の指示がない限り、または文脈が別段の示唆がない限り、本明細書で使用する「ａ
」または「ａｎ」は「少なくとも１つ」または「１つ以上」を意味する。
この説明は、構成要素、装置、場所、特徴、またはその一部の位置および／または向き
を説明する際に相対的な空間および／または向きの用語を使用してもよい。特に記載がな
い限り、または説明の文脈によって指示されていない限り、そのような用語には、頂部、
底部、上部、下部、下、頂部上、上側、下側、左、右、前面、後ろ、隣、隣接、間、水平
、垂直、対角、縦、横、放射、軸などは、図面でそのような要素、装置、場所、特徴、ま
たはその一部を参照する際の便宜のために使用され、それらに制限することを意図してい
ない。
さらに、特に明記しない限り、この説明で言及した特定の寸法は、本開示の態様を実施
するデバイスの例示的な実装の単なる代表例であり、限定することを意図していない。
「約」という用語の使用は、明示的に示されているかどうかにかかわらず、ここで指定
されたすべての数値に適用される。この用語は、一般に、本開示の文脈において、当業者
が、列挙された数値（すなわち、同等の機能または結果を有する）に対して逸脱した妥当
な量と見なす数値の範囲を指す。たとえば、限定することを意図したものではないが、こ
の用語は、与えられた数値の＋－１０％の偏差を含むと解釈することができる。したがっ
て、当業者によって理解されるいくつかの状況では、約１％の値は０．９％から１．１％
の範囲であると解釈することができる。
本明細書で使用される場合、「隣接する」という用語は、近くにあるか隣り合っている
ことを指す。隣接するオブジェクトは、互いに間隔を空けたり、実質的にまたは直接、接
触したりし得る。場合によっては、隣接するオブジェクトを互いに結合したり、互いに一
体に形成したりできる。
本明細書で使用される場合、「実質的に」および「実質的な」という用語は、かなりの
程度または程度を指す。たとえば、出来事、環境、特性、または性質と組み合わせて使用
する場合、用語は、出来事、環境、特性、または性質が正確に発生する事例と、出来事、
環境、特性、または性質が発生する事例を指す。または特性は、本明細書で説明する例の
典型的な許容レベルまたは変動性を説明するなど、近似に近いものである。
本明細書で使用する「必要に応じた」および「必要に応じて」という用語は、後に説明
する要素、構造、要因、出来事、状況、特性、特性などが含まれるまたは起こるか、もし
くは含まれなくてもまたは起こらなくてもよく、説明には要素、構造、要因、出来事、状
況、特性、プロパティなどが含まれるまたは発生する事例と、含まれないまたは発生しな
い事例が含まれることを意味する。
様々な例によれば、本明細書に記載のアセンブリおよびデバイスは、流体カートリッジ
と組み合わせて使用されてもよい。流体カートリッジは、１つ以上の要素、例えば、１つ
以上のチャネル、分岐チャネル、バルブ、フロースプリッター、ベント、ポート、アクセ
スエリア、バイア、ビーズ、ビーズを含む試薬、カバー層、反応成分、それらの任意の組
み合わせなどを含む、１つ以上の流体処理通路を備えてもよい。任意の要素が別の要素と
流体連通していてもよい。
明細書に記載されている、または特許請求の範囲に記載されている要素および構成要素
のすべての可能な組み合わせは、本開示の一部であると考えられ、考慮されたい。前述の
概念および以下でより詳細に議論される追加の概念のすべての組み合わせ（そのような概
念が相互に矛盾しないという条件で）は、本明細書に開示される本発明の主題の一部であ
ると理解されたい。特に、本開示の最後で示される請求項の対象のすべての組み合わせは
、本明細書に開示された本発明の主題の一部であると考えられる。
添付の特許請求の範囲では、「含む」という用語は、それぞれの「備える」という用語
の平易な英語の同等語として使用される。「備える」および「含む」という用語は、本明
細書では、制限がないことを意図しており、列挙された要素を含むのみではなく、追加要
素をさらに包括する。さらに、以下の特許請求の範囲において、「第１」、「第２」、「
第３」などの用語は単にラベルとして使用され、それらの対象に数値要件を課すことを意
図していない。
「流体連通」という用語は、直接的な流体連通を意味する。たとえば、２つの領域は、
２つの領域を接続する遮るもののない流体処理通路を介して互いに流体連通し得るか、例
えば、２つの領域が内部に配置されたバルブを備え得る流体処理通路を介して接続される
場合、互いに流体連通することができ、ここで例えば、溶解可能なバルブを溶解する、破
裂可能なバルブを破裂させる、または流体処理通路に配置されたバルブを開くことにより
、バルブを作動させて２つの領域間で流体連通を確立できる。
（回転流体貯蔵トレイ）
様々な例において、流体を流体デバイスの流体入口（例えば、流体「ターゲット」、対
象の流体領域など）に送達するための装置は、回転流体貯蔵トレイを備えてもよく、回転
流体貯蔵トレイは必要に応じて選択された流体を流体入口に直接供給する機能を備えた、
より大きなマイクロ流体カートリッジデバイスの一部であってもよい。本開示の文脈にお
いて、流体デバイスは、流体が流体入口からデバイスへ流れ、および必要に応じてデバイ
スから流れる流体を流体出口へ流す、任意のデバイスを備えてもよく、化学的アッセイ、
生化学的アッセイまたは他の反応などの流体処理が内部で行われるデバイスを備えてもよ
い。流体デバイスは、マイクロ流体デバイスであっても、そうでなくてもよい。回転流体
貯蔵トレイは、流体貯蔵ウェルを流体デバイスの流体入口に直接結合できるように構成さ
れることにより、行程容積が長くなる問題を回避できる。
図１は、流体デバイスに取り付けられた回転流体貯蔵トレイの上面斜視図である。図２
は、回転流体貯蔵トレイの平面図である。マイクロ流体カートリッジデバイス１２に取り
付けられた回転流体貯蔵トレイ１０が示されている。トレイ１０は、流体区画またはウェ
ル１６を支持するプレート１４を備える。様々な例では、トレイ１０は円形であり、プレ
ート１４に直交する回転軸１８の周りを回転するように構成され、様々な例では円形プレ
ート１４の回転軸に対応してもよい。プレート１４上に支持された複数の流体区画１６は
、各ウェルに貯蔵される試薬または他の流体に必要な貯蔵容積に応じて可変のサイズを有
してもよい。
様々な例では、回転流体貯蔵トレイ１０は、くさび形の流体貯蔵ウェル１６が上部に立
てられた固体の円形プラスチック片である。適切なプラスチックには、ポリプロピレン、
ポリカーボネート、Ｕｌｔｅｍ（Ｒ）（ポリエーテルイミド）、およびポリウレタンが含
まれる。トレイ１０は使い捨て可能な構成要素であってもよいが、同じ設計上の特徴を、
使い捨てでないものにも適用することができる。
各区画１６は、プレート１０を貫通して形成された出口ポートまたはバイア２０を含む
。各出口ポートを通る流体の流れは、様々な例において、プッシュロッドまたは他のアク
チュエータによって選択的に作動される適切なバルブによって制御されてよく、以下にさ
らに詳細に説明するように、トレイ１０の上に配置された蓋を通しておよび／または蓋上
に支持されてよい。
流体トレイ１０は、トレイ１０が回転するときに、回転流体貯蔵トレイ１０の開口中央
領域２４に配置され得る流体デバイス１２への流体入口、例えばフローセル２２への入口
、の上部に流体区画出口ポート２０を直接配置する方法で、流体デバイス１２に位置合わ
せされる。様々な例において、各流体区画の出口ポート２０は、回転軸１８から同じ半径
距離に配置され、それにより、トレイ１０が回転するにつれて出口ポートを共通の位置に
配置する。
組み合わせる流体デバイスの構成に応じて、出口ポートは、トレイ円の外周上または中
心点近くに配置できる。他の例では、出口ポートは、プレートの半径に沿った任意の位置
に配置されてもよい。後者の配置オプションの場合、流体トレイは、フローセルなどの他
のカートリッジコンポーネントをトレイの内部に存在させるように、トレイの中央部が空
になっている長方形環状体であってもよい。例えば、図１および図２のトレイ１０の開口
中央空間２４を参照されたい。
図３は、回転流体貯蔵トレイ３０の代替例の斜視図である。回転式貯蔵トレイ３０は、
様々な例でその上に流体ウェル３６が配置された円形の回転プレート３４を含み、トレイ
３０の外周にプレート３４を通して形成された出口ポート４０を有する。トレイ３０のこ
の構成により、異なるスタイルの流体アーキテクチャをトレイと組み合わせることが可能
になる。図１および図２に示されるトレイ１０とは対照的に、トレイ３０は、トレイ３０
の中央領域内に、フローセルなどの構成要素のための開口中央空間２４を欠いている。
回転流体貯蔵トレイ１０、３０の様々な例では、トレイの速度および角度位置の自動制
御および監視が提供されてもよい。トレイは、トレイの自動化されたオンデマンド動力回
転を提供するために、例えばギア、ベルト、プーリー、ドライブシャフトなどによって、
モーターまたは他の動力手段に結合されてもよい。角度位置制御およびトレイの監視は、
回転位置センサー、たとえばエンコーダー、および／またはステッピングモーターによっ
て提供されてもよい。
さまざまな例で、選択された流体区画の出口ポートを流体デバイスの流体入口と位置合
わせするための回転流体貯蔵トレイの自動回転は、モーター式ギア駆動システムをトレイ
の周囲に形成された噛み合うギアの歯に結合することにより達成される。例えば、トレイ
１０は、例えばギア（例えば、ピニオンギア）またはベルトによって、トレイ１０をモー
ターに結合するための周辺ギア歯２６を含み、それらの出口ポート２０を流体デバイスの
入口に位置合わせすることにより、トレイ１０の動力回転によって様々な区画１６の中か
ら選択できるようにする。同様に、トレイ３０は、例えばギア（例えば、ピニオンギア）
またはベルトによって、トレイ３０をモーターに連結するための周辺ギア歯４６を含み、
それらの出口ポート４０を流体デバイスの入口に位置合わせすることにより、トレイ３０
の動力回転によって様々な区画３６の中から選択できるようにする。
トレイ１０の回転プレート１４とトレイ３０のプレート３４と流体デバイスとの間の界
面はおよび流体デバイスは、トレイの流体出口ポートと流体デバイスの流体入口との間に
完全な流体シールを形成するためにエラストマーを含んでもよい。さまざまな例では、エ
ラストマーはプレート１４または３４の底部にオーバーモールドでき、低スティクション
（つまり、静止面の動きを妨げる傾向のある摩擦）の材料で構成され、トレイが流体デバ
イス上に圧縮されている間にトレイ１０、３０を回すための過剰なトルク要件、例えば、
約０．３Ｎｍまたはそれ未満、を回避する。適切なエラストマーには、Ｄｙｎａｆｌｅｘ
（Ｒ）、Ｓａｎｔｏｐｒｅｎｅ（Ｒ）、およびシリコンなどの熱可塑性エラストマーが含
まれる。
様々な例において、回転流体貯蔵トレイの設計は、回転プレートと流体デバイスとの間
にシールを形成するためにトレイを締め付けることと、目立たない方法でトレイを回転さ
せることの両方の作動点に対応する。したがって、様々な例において、ギア歯２６、４６
は、それぞれのトレイ１０、３０の外周に形成される。締め付け力は、ウェルトレイの上
端を低摩擦材料で圧縮することによりもたらされ得る。
図４および図５は、それぞれ、回転流体貯蔵トレイ５０の代替例の上面図および底面図
である。回転式貯蔵トレイ５０は、様々な例で円形の回転プレートを含み、その上に流体
ウェル５２、５４が配置され、トレイの外周近くのプレートを通して形成されたバルブ５
６、５４によってそれぞれ覆われた出口ポートを有する。トレイ５０は、トレイ５０の動
力回転を可能にするために、例えばギア（例えば、ピニオンギア）またはベルトによって
トレイ５０をモーターに連結するための周辺ギア歯６２を含んでもよい。
図６は、回転流体トレイ５０および蓋６４の分解斜視図である。蓋６４は、トレイ５０
のバルブ５６および５８を選択的に開くように構成されたバルブアクチュエータ６６を含
む。図示の例では、各バルブアクチュエータは、タブの周囲を画定するスロット７２によ
って蓋６４に形成されているフレキシブルタブ７０を含む。プッシュロッド６８がタブ７
０の下方に延在している。
バルブアクチュエータ６６の断面図である図９および図１０に示すように、プッシュロ
ッドはタブの下部でバルブ５８の上部の図１０の位置６８（１）まで延在している。バル
ブアクチュエータ６６に力を加えることによりタブ７０が下向きに曲がると、プッシュロ
ッドの先端がバルブ５８内に位置６８（２）まで延在する。トレイ５０の底面上のエラス
トマー材料６０のリング（図５も参照）は、トレイのウェルの底部に形成された開口部内
に延材する突起またはボタン８０を含む。突起はその中にバルブ５８を形成するスリット
隔壁が形成されてよく、プッシュロッド６８の先端がスリットに押し込まれるとバルブが
開き、プッシュロッドが引き込まれるとバルブが閉じる。ウェルの開口部は、流体デバイ
ス７４のチャネル７６と位置合わせされる。一例では、プッシュロッド６８は、バルブ５
８を開き、シリンジポンプが貯蔵ウェルから流体を引き出すのに十分な程度に、スプリッ
ト隔壁シールを曲げる。
図９および図１０に示すように、エラストマーリング６０は、チャネル７６とウェルの
開口部との界面の周りで、流体デバイス７４とトレイ５０の底部との間にシールを形成す
る。トレイ５０および流体デバイス７４は、バネ８２などの構成要素またはメカニズムに
よって、互いに密着した状態で保持されてもよい。
蓋６４の上にフレキシブルシール７８を設けてもよい。シール７８を設けて、破片がバ
ルブアクチュエータ６６のスロット７２に落ちるのを防止してもよい。
図８は、プッシュロッド６８の先端の代替構成を示している。図８（Ａ）のプッシュロ
ッド６８ａは、単一の鈍先端構成を有する。図８（Ｂ）では、プッシュロッド６８ｂは分
岐点構成を有する。そして、図８（Ｃ）では、プッシュロッド６８ｃは、半円形の横断面
を有する分岐構成を有する。
（流体プライミングマニホルド）
本明細書に記載の例によれば、流体入口および流体出口を有するデバイスに流体を出し
入れするための装置は、記載された単一のインライン位置での流体交換を必要とする流体
デバイスに結合または統合される流体マニホルドを備えてもよい。これに関連して、イン
ライン位置は、流体デバイスの流体入口とみなされる。マニホルドは、流体入口に供給で
きる、非常に短い共有流体ラインまたは共通ラインまでの試薬または他の流体のプライミ
ングを可能にするように構成されている。この文脈における「プライミング」、「キャッ
シング（貯蔵）」、「プライム」、または「キャッシュ」という用語は、流体デバイスへ
の送達前および流体デバイスでの使用前に、流体を専用チャネルに押し込むまたは引くこ
とにより、流体または他の流体を準備する行為を表す。
図１１に示すように、流体入口および流体出口を有するデバイスに流体を出し入れする
ための例示的な装置は、流体プライミングマニホルド１００を備える。マニホルド１００
は、流体デバイス５０、例えば流体入口５２および流体出口５４を有するフローセル、が
支持または結合される基板１０２上に構築される。
マニホルド１００は、２つ以上の流体プライムチャネル１０４、１０６、１０８、１１
０、１１２（図示の例では５つの流体プライムチャネルであるが、マニホルドは、５つよ
り多いまたは少ない流体プライムチャネルを含んでもよい）およびバイパスライン１２０
を含む。流体プライムチャネル１０４、１０６、１０８、１１０、１１２のうちの１つ以
上は、チャネル内に貯蔵できる流体の量を最大化するために蛇行構成を有してもよい。流
体プライムチャネル１０４、１０６、１０８、１１０、１１２は、流体入口５２の直前で
収束し、流体交換が行われ得る流体入口５２と流体連通する。図示の例では、流体プライ
ムチャネル１０４、１０６、１０８、１１０、１１２が収束して流体入口５２の同じポー
ト位置から流体デバイス５０に入る流体入口５２の直前に、２つの別個の共通ライン１６
２、１６４が形成される。分離された収束経路は、流体デバイス５０上の単一の入口点を
維持しながら、互いに影響されやすい流体（例えば、試薬）を分離したままにする。
様々な例では、個々のバルブ位置１２４、１２６、１２８、１３０、１３２はそれぞれ
、流体プライムチャネル１０４、１０６、１０８、１１０、１１２の１つにそれぞれ動作
可能に関連付けられ、輸送中に取り扱う流体プライムチャネルのどれを選択するかを可能
にする。個々のバルブ位置１２２は、バイパスライン１２０と動作可能に関連付けられて
いる。
この文脈では、チャネルと動作可能に関連付けられたバルブは、バルブの選択的作動に
より、関連付けられたチャネルを通る流体の流れが選択的に許可または防止され、および
／またはチャネルを通る流体の流量が選択的に制御されるように、チャネルに結合される
。
流体プライムチャネル１０４、１０６、１０８、１１０、１１２のそれぞれを流体源に
接続するために、コネクタまたはフィッティング１３６、１３８、１４０、１４２、１４
４を設けてもよい。一例では、コネクタ１３６、１３８、１４０、１４２、１４４は、流
体プライムチャネル１０４、１０６、１０８、１１０、１１２にプライミングまたは貯蔵
される異なる流体のそれぞれを運ぶ回転流体貯蔵トレイ（上述）に結合された流体入口か
ら流体を導く共通チャネルに接続してもよい。コネクタ１３４をバイパスライン１２０に
関連付けてもよい。様々な例では、バイパスチャネル１２０は、バルブ１２２とは反対側
の端部に第２のバルブ１５４を含んでもよい。バイパスチャネル１２０は、コネクタ１６
０をさらに含んでもよい。様々な例では、流体プライムチャネル１０４、１０６、１０８
、１１０、１１２、およびバルブ位置１２４、１２６、１２８、１３０、１３２の関連バ
ルブは、流体が流体プライムチャネルに流入する流体の主貯蔵領域から物理的に分離され
る。
各流体プライムチャネル１０４、１０６、１０８、１１０、１１２は、流体デバイス５
０で使用するためにプライミングされる単一の試薬または他の流体専用である。個別のチ
ャネル間の流れの切り替えは、プライムチャネルと各チャネルの流体源との間に配置され
たバルブ１２４、１２６、１２８、１３０、１３２を操作することにより達成される。様
々な例において、バルブ１２４、１２６、１２８、１３０、１３２は、それぞれの関連す
る流体プライムチャネル１０４、１０６、１０８、１１０、１１２のそれぞれの入口とな
るように製造された小さな丸い窪みから構成されてもよく、対応するチャネルを密閉する
ために、外部ピンチロッドを使用して、圧縮することができる。さまざまな例では、チャ
ネル上に接着された材料は、このピンチバルブ体制の使用を可能にするのに十分な柔軟性
を備えている必要がある。これらのタイプのバルブは、一般にピンチバルブと呼ばれる。
バルブが開いているチャネルのみが流れを発生させることによって、対応するチャネルへ
の選択された流体の特定の流れを生成する。
プライミングチャネルとは別に、バイパスチャネル１２０などの１つ以上の他のバルブ
チャネルが存在し、ダイレクトサンプル入力ラインおよび異なる反応ゾーンへのバイパス
チャネルを形成する。バイパスチャネルにより、共通ラインを空気または洗浄バッファー
で洗い流すことができ、プライミング中の、以前にプライミングされた流体の残りによる
汚染を回避する。バイパスチャネル１２０を使用して気泡を導入し、プライムチャネルか
ら流体デバイス５０に供給される異なる流体の別個のボーラスを分離してもよい。他の例
では、バイパスチャネル１２０は再利用キャッシュとしても使用できる。たとえば、入口
５２を介して送られる流体の場合、その流体をソースウェルに押し戻す必要を回避するた
めに、バイパスチャネル１２０を一時的な貯蔵チャネルとして使用できる（保存されてい
る流体の量がバイパスチャネルの内部容積よりも大きくないと仮定する）。
フローセルの入口までプライミングする能力がそれらの存在によって妨げられない限り
、任意の数のプライミングチャネルおよびその他のものが存在し得る。
ピンチバルブの実行可能なオプションは、空気圧作動エラストマーバルブを含む他のマ
イクロ流体バルブオプションを含んでもよい。
ピンチバルブに代わる別の実行可能な代替手段には、図１２～１４に示すような回転バ
ルブアセンブリが含まれる。一例では、回転バルブアセンブリは、マニホルド基板２００
内に回転可能に取り付けられ、共通入口ライン２３６および共通出口ライン２３８によっ
てフローセルなどのデバイス２３０の流体入口および出口２３２、２３４にそれぞれ接続
される回転バルブ２０２を含む。
図１３に示すように、一例では、回転バルブ２０２は、剛性プラスチック材料から作ら
れてもよい第１のディスク２０４と、ディスク２０４上に配置される（例えば、オーバー
モールドされる）エラストマーキャップ２０６とを含む。キャップ２０６に適切なエラス
トマーは、Ｄｙｎａｆｌｅｘ（Ｒ）、Ｓａｎｔｏｐｒｅｎｅ（Ｒ）、シリコンなどの熱可
塑性エラストマーを含んでもよい。キャップ２０６は、円周パターンに配置されたＯリン
グ２０８と、チャネル２１０とを含む。図１４に示されるように、シャフト２１６は、回
転バルブ２０２をモーターまたは動力回転のための他の手段に接続するために提供されて
もよい。バルブ２０２の回転を制限するために、ハードストップアーム２１８を設けても
よい。
複数の流体プライムチャネル２２０、２２２、２２４、２２６がマニホルド基板２００
に形成され、バイア２４０、２４２、２４４、２４６によって試薬貯蔵容器（図示せず）
に接続されてもよい。
各流体プライムチャネル２２０、２２２、２２４、２２６は、回転バルブ２０２の中心
に対して共通の半径方向位置で終端する。キャップ２０６に形成されたチャネル２１０は
、バルブ２０２の中心に対応する出口２１４と、入口２１２を含む。チャネル２１０の入
口端２１２が流体プライムチャネル２２０、２２２、２２４、２２６のうちの１つの終端
と整列するようにバルブ２０２を回転させると、流体はプライムチャネルから入口２１２
に流れ、チャネル２１０を通って、共通入口ライン２３６に接続された出口２１４へと流
れ得る。残りの、接続されていない流体プライムラインの終端は、Ｏリング２０８の１つ
と整列して、接続されていない各ラインをシールする。したがって、回転バルブは、他の
すべての流体プライムチャネルが流体の流れに対してシールされているため、チャネル２
１０を選択された流体プライムラインまで回転させることができる。
共通出口ライン２３８は、回転バルブアセンブリおよび流体デバイスを通して流体を引
き出すためのポンプ（図示せず）に接続されてもよい。ピンチバルブなどの１つ以上の追
加のバルブを設けて、ポンプからの圧力の印加を制御し、共通の出口ライン２３８からの
出口流体の流れを制御して、例えばバイパスおよび流体再利用能力を提供し、および／ま
たは出口フローを廃棄物容器に接続してもよい。
ある液体は互いに不適合の場合があり、分離された状態に保たれる。次の流体が共有ラ
インを流れる前に、これらの流体が分離されていないか、適切に洗い流されていない場合
、後続の反応または他の処理が悪影響を受ける可能性がある。プライミングマニホルドの
様々な実施例は、交差汚染を防止しつつ、各プライミングチャネルが単一の位置で流体入
口に導くことができるように構成されている。例えば、図示のマニホルド１００では、同
じ入口ポート５２に通じる２つの共通ライン１６２、１６４を（いくつかの別個のライン
または１つのラインだけではなく）含み、交差汚染を防ぐためのラインのスマートな洗浄
が可能になる。図示の例では、流体プライムチャネル１０４、１０６、および１０８は共
通チャネル１６２に接続され、流体プライムチャネル１０６は接合部１１４で流体プライ
ムチャネル１０４と合流し、流体プライムチャネル１０８は接合部１１６で流体プライム
チャネル１０４および１０６と合流する。接合部１１４から流体入口５２までの距離に加
えて、流体入口５２から流体出口５４までの距離は、行程容積と呼ばれることがあり、接
合部１１６から入口５２までの距離は、共通ライン容積と呼ばれることがある。また、図
示の例では、流体プライムチャネル１１０および１１２は共通チャネル１６４に接続され
、流体プライムチャネル１１０は接合部１１８で流体プライムチャネル１１２と合流する
。接合部１１８から流体入口５２までおよび１１６から入口５２までの距離は行程容積で
ある。理想的には、接合部１１４、１１６、１１８は、行程容積を最小限にするために、
流体入口５２に可能な限り近接している。
マニホルド１００は、流体出口５４と流体連通する流体出口チャネル１４８をさらに含
む。出口チャネル１４８は、その端部で貯蔵することができる流体の量を最大化するため
に、蛇行構成を有してもよい。様々な例では、個々のバルブ位置１５２は、出口チャネル
内の流れを制御するために出口チャネル１４８に関連付けられている。バルブ１５２は、
ピンチバルブまたは他の適切なバルブであってよい。
出口チャネル１４８を廃棄物チャンバなどの下流の流体要素に接続するため、および／
または出口チャネル１４８をポンプなどの圧力差源に接続するために、コネクタ１５８を
設けてもよい。
二次チャネル１４６は、出口チャネル１４８から延在し、二次チャネルを通る流れを制
御するためのバルブ１５０を含む。二次チャネル１４６は、空気に対して開いていてもよ
く、気泡を提供して、出口チャネル１４８に移動した流体のボーラスを分離してもよい。
流体プライミングチャネル１０４、１０６、１０８、１１０、１１２を有する流体入口
５２まで流体プライミングラインを延在させることにより、いくつかの既存のシステムを
超えて流体の改善が可能になる。主に、ターゲットでのプライミングは、使用中の流体の
必要な掃引距離を大幅に削減する。流体ラインの距離が最小化されると、交差汚染を防ぐ
ために以前の流体を洗い流すのに必要な総量も最小化される。
一例では、流体輸送は、出口チャネル１４８に接続されたシリンジポンプ（図示せず）
を作動させることにより実行され、流体の前後運動を可能にする。他の圧力差生成メカニ
ズムも同様に機能するが、流体の再利用を可能にするには、流れの方向を逆にする機能を
持つものが理想的である。
例えば、第１の流体―例えば第１の試薬または他のアッセイまたは反応成分―は、マニ
ホルドへの圧力差の適用および１つ以上のバルブの作動により、流体プライムチャネル１
０４から共通ライン１６２を通じ、入口５２を介してデバイス５０に移動できる。次に、
流体プライムチャネル１０６からの第１の流体とは異なる第２の流体の体積、例えば、第
２の試薬または他のアッセイまたは反応成分の体積が、共通ライン１６２を通して引き出
され、第１の流体の残留量を洗い流す。接合部１１６と入口５２との間の行程容積に等し
い第２の流体の量は、通常、増倍率で乗算され、接合部１１６と入口５２の間の共通ライ
ンを通って移動し、入口５２の代わりにバイパスライン１２０に導かれ、デバイス５０を
バイパスする。洗い流した後、ある量の第２の流体は、流体プライムチャネル１０６から
共通ライン１６２を通り入口５２を通ってデバイス５０に移動することができる。第２の
流体をデバイス５０に移動する間、デバイス５０に以前に移動したある量の第１の流体は
、流体出口５４を通って出口チャネル１４８に移動することができる。次に、ある量の第
２の流体をデバイス５０から流体入口５２を通って移動させ、流体プライムチャネル１０
６に戻すことができ、出口チャネル１４８に保持された第１の量の流体を出口チャネル１
４８から移動させ、デバイス５０で再使用するために、流体出口５４を通ってデバイス５
０に戻すことができる。
ターゲットのプライミングマニホルドには、オンボードのリザーバーに保存された流体
を、流体交換のために特定のインラインターゲット領域にリンクする、より大きな流体デ
バイスの一部として製造されたマイクロ流体チャネルシステムが含まれる。様々な例にお
いて、マニホルドの流体チャネルシステムは、統合されたフローセルに配列決定流体を送
達する機能を備えたマイクロ流体カートリッジデバイス本体に製造されてもよい。チャネ
ルは、射出成形されたデバイス本体上、またはチャネルを形成するために、本体、例えば
基板１０２に対してシールされた別個に成形された分配層状、の設計上の特徴であっても
よい。
前述の概念および以下でより詳細に議論される追加の概念のすべての組み合わせ（その
ような概念が相互に矛盾しないという条件で）は、本明細書に開示される本発明の主題の
一部であると考えられる。特に、本開示の最後に現れる請求項の主題のすべての組み合わ
せは、本明細書に開示された本発明の主題の一部であると考えられる。また、本明細書で
明示的に使用される用語は、参照により組み込まれる任意の開示に現れてもよく、本明細
書で開示される特定の概念と最も一致する意味が与えられるべきである。
本開示の主題は、特徴の様々な組み合わせおよび副組み合わせを含む特定の例示的な例
を参照して、かなり詳細に説明され示されているが、当業者は、他の例およびその変形お
よび修正を、本開示の範囲が包括するものとして容易に理解するであろう。さらに、その
ような例、組み合わせ、および副組み合わせの説明は、請求項の主題が請求項で明示的に
列挙されたもの以外の特徴または特徴の組み合わせを必要とすることを意図しない。した
がって、本開示の範囲は、添付の特許請求の範囲の精神および範囲内に含まれるすべての
修正および変形を含むものとする。

Claims (19)

  1. 流体デバイスの流体入口に接続された２つ以上の流体プライムチャネルと、
    関連する前記流体プライムチャネルと前記流体入口との間の流れを制御するために、各流体プライムチャネルに動作可能に関連付けられた流量制御バルブと、
    前記流体デバイスの流体出口に接続された１つ以上の出口チャネルと、
    前記流体出口と関連する出口チャネルとの間の流れを制御するために、各出口チャネルと動作可能に関連付けられた流量制御バルブと、
    プレートの表面に直交する回転軸を中心に回転可能なプレートであって、前記流体デバイスが前記プレートに結合されている、プレートと、
    各区画が前記プレートを貫通して形成された流体出口ポートを有する、前記プレート上に配置された複数の流体区画であって、前記複数の流体区画の前記流体出口ポートは前記回転軸から共通の半径方向距離に配置されており、各流体出口ポートは、前記プレートが前記回転軸を中心に回転する時に、前記流体デバイスの前記流体入口に整列する、複数の流体区画と、
    前記複数の流体区画を覆う蓋であって、前記蓋は前記流体出口ポートからの流体の流れを制御するためのバルブを開閉するためのバルブアクチュエータを含む、蓋と、
    を備える装置。
  2. 各流量制御バルブは、ピンチバルブまたは空気圧作動エラストマーバルブである、請求項１に記載の装置。
  3. 前記流体入口および前記流体出口をバイパスするバイパスチャネルをさらに備える、請求項１に記載の装置。
  4. 流体は、圧力差により前記装置および前記デバイスを通って移動する、請求項１に記載の装置。
  5. 少なくとも２つの流体プライムチャネルが、前記流体入口の前で合流する、請求項１に記載の装置。
  6. 流体デバイスの流体入口に接続された２つ以上の流体プライムチャネルのそれぞれに異なる流体を貯蔵することと、ここで、前記流体デバイスは、プレートの表面に直交する回転軸を中心に回転可能なプレートに結合されており、複数の流体区画が前記プレート上に配置されており、蓋が前記複数の流体区画を覆い、前記蓋は前記流体区画の流体出口ポートからの流体の流れを制御するためのバルブを開閉するためのバルブアクチュエータを含み、各流体プライムチャネルに動作可能に関連付けられた流量制御バルブが、関連付けられた流体プライムチャネルと前記流体入口との間の流れを制御し、前記異なる流体を貯蔵することは、前記２つ以上の流体プライムチャネルの各々について、前記プレートを回転させることによって前記流体プライムチャネルに関連付けられた前記流体区画の前記流体出口ポートを前記流体デバイスの前記流体入口に整列させ、前記バルブアクチュエータによって前記流体出口ポートからの流体の流れを制御するためのバルブを開き、前記流量制御バルブによって前記流体プライムチャネルと前記流体入口との間の流体流れを制御することによって行い、
    前記２つ以上の流体プライムチャネルのうちの第１のチャネル内の第１の流体の少なくとも一部を前記流体入口に移動させることと、
    前記第１の流体を、前記流体デバイスの流体出口を通して、前記流体出口に接続された出口チャネルに移動することと、ここで、前記出口チャネルと動作可能に関連付けられた流量制御バルブは、前記流体出口と前記出口チャネルとの間の流れを制御し、
    前記第１および第２流体プライムチャネルを前記流体入口に接続する共有流体プライムチャネルを通じて前記２つ以上の前記流体プライムチャネルのうちの第２のものの中の第２の流体の少なくとも一部を移動させ、前記共有流体プライムチャネルを洗い流すことと、
    前記第２の流体プライムチャネル内の前記第２の流体の少なくとも一部を前記流体入口に移動させることと、を含む方法。
  7. 前記第２の流体を、前記流体出口を通して前記出口チャネルに移動させることをさらに含む、請求項６に記載の方法。
  8. 前記第１の流体の少なくとも一部を、流体出口を通して前記出口チャネルから前記デバイス内に移動させることをさらに含む、請求項７に記載の方法。
  9. 前記第２の流体を前記流体入口に移動させる前に、ある量の空気を前記流体入口に引き込んで、前記第２の流体を前記第１の流体から分離することをさらに含む、請求項６に記載の方法。
  10. 前記第１および第２の流体を移動させることは、前記流体プライムチャネルに圧力差を加えることを含む、請求項６に記載の方法。
  11. プレートの表面に直交する回転軸を中心に回転可能なプレートと、
    各区画が前記プレートを貫通して形成された流体出口ポートを有する、前記プレート上に配置された複数の流体区画であって、前記複数の流体区画の前記流体出口ポートは前記回転軸から共通の半径方向距離に配置され、各出口ポートは、前記プレートが前記回転軸の周りを回転するときに、流体デバイスの流体入口と整列するように配置される、複数の流体区画と、
    前記複数の流体区画を覆う蓋であって、前記蓋は前記流体出口ポートからの流体の流れを制御するためのバルブを開閉するためのバルブアクチュエータを含む、蓋と、
    を備える装置。
  12. 前記プレートは円形であり、前記流体区画は前記プレートの周囲に広がる、請求項１１に記載の装置。
  13. 前記プレートは、長方形環状体形状である、請求項１１に記載の装置。
  14. 前記プレートは円形であり、前記流体出口ポートが前記プレートの外周に配置されている、請求項１１に記載の装置。
  15. 前記プレートは円形であり、前記流体出口ポートは、前記プレートの中心点近傍に配置されている、請求項１１に記載の装置。
  16. 各流体区画の前記出口ポートと前記流体入口との間にエラストマーシールをさらに備える、請求項１１に記載の装置。
  17. 前記エラストマーシールは、前記プレートの底部にオーバーモールドされている、請求項１６に記載の装置。
  18. 前記回転軸の周りの前記プレートの動力回転をもたらすためのプレート駆動システムをさらに備える、請求項１１に記載の装置。
  19. 前記プレート駆動システムは、前記プレートの周囲に形成された噛み合う歯車の歯と係合する電動駆動ギアを含む、請求項１８に記載の装置。
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