JP7482140B2 - 流体蠕動層ポンプ - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１９年１月２４日に出願された米国仮特許出願第６２／７９６，４７０号の関連出願であり、米国特許法第１１９条（ｅ）の下でこの仮出願に基づく優先権の利益を主張し、その内容全体が、参照により本明細書に組み込まれる。

本発明は、流体技術に関し、より詳細には、マイクロチャネルを通る流体の流れを制御するためのマイクロ流体多層蠕動ポンプに関する。

背景情報
マイクロ流体システムは、非常に少量の液体を使用して、化学的および生物学的情報を取得および分析するために重要な価値がある。マイクロ流体システムの使用により、反応の応答時間を向上させ、サンプル体積を最小限に抑え、ならびに試薬および消耗品の消費を少なくすることができる。揮発性のまたは有害な材料を使用または生成される場合、マイクロ流体量内で反応を実行させることにより、安全性も高め、廃棄量も削減される。

マイクロ流体デバイスは、医学的診断および分析化学からゲノムおよびプロテオーム解析までの広範囲の分野でますます重要になってきている。それらはまた、動物薬物モデルのための移動式低流量薬物送達／注入システムおよび連続監視システムなどの治療的文脈においても有用であり得る。例えば、マイクロポンプが流体を、それを必要とする対象に定期的または継続的に投与するために使用され得、または定期的なサンプルを採取することによって、投与される薬物の経時的な有効性を監視するために使用され得る。

しかしながら、これらのデバイスに必要とされる微小構成要素は、多くの場合、複雑であり、製造するにはコストがかかる。したがって、モータと共に一体化して、例えば、移動式注入デバイスに一体化するためのマイクロポンプを形成する、低コストのマイクロ流体デバイスの必要性が存在する。

使い捨て注入デバイスおよび流体サンプリング／監視デバイスのための、低コストで高精度の手段を提供するために、マイクロ流体ポンプが開発された。マイクロ流体ポンプを利用するデバイス、ならびに製造方法、およびマイクロ流体プロセスを実行するための方法も、提供される。

したがって、一態様では、本発明は、マイクロ流体デバイスを提供する。このマイクロ流体デバイスは、上面、底面、開口部を画定する内面、およびその底面から基部まで下向きに延在する実質的に凹面の壁を有する環状本体であって、環状本体は、環状本体に配設された入力ポートおよび出力ポートを含む、環状本体と、環状本体の底面に固定して取り付けられた弾性カラーであって、その弾性カラーは、外周に配設されたフランジ、および環状本体の基部に固定して取り付けられた底面を含み、そのフランジは、環状本体の底面に噛み合わされるように構成されている、弾性カラーと、上面、底面、およびその底面から下向きに延在するテーパ拡張部を有する剛性基材であって、その剛性基材は、上面に配設され、かつ環状本体の入力ポートおよび出力ポートと整列して位置決めされた入口および出口を含み、剛性基材の底面は、環状本体の上面に固定して取り付けられ、テーパ拡張部は、開口部内に嵌合するようにサイズ設計および形状加工され、それによって、入力ポートと出力ポートとの間のチャネルを弾性カラーと形成する、剛性基材と、を備える。様々な実施形態では、環状本体は、剛性基材に結合される。様々な実施形態では、マイクロ流体デバイスは、剛性基材の上面に配設された入口コネクタおよび出口コネクタをさらに備えることができ、それらの各々は、それぞれ、環状本体の入口ポートおよび出口ポートと流体連通して設けられる。

マイクロ流体デバイスの弾性カラーは、その内面に形成された１つ以上の戻り止めを含むことができ、各戻り止めは、それぞれ、剛性基材の入口および出口と流体連通する。様々な実施形態では、弾性カラーの内面は、チャネルをさらに画定するように凹面である。様々な実施形態では、弾性カラーのフランジは、環状本体の底面に結合されており、剛性基材のテーパ拡張部の底面は、基部の内面に結合される。様々な実施形態では、剛性基材のテーパ拡張部は、その表面に配設された溝を含み、その溝は、剛性基材の上面に平行に位置決めされており、その溝は、弾性カラーと噛み合わされるように構成される。

様々な実施形態では、弾性カラーは、その周縁部に沿って配設された線状突起をさらに含み、その線状突起は、フランジに実質的に平行に位置決めされる。様々な実施形態では、剛性基材は、その軸から離れて延在する拡張部をさらに含み、その拡張部は、環状本体の出口ポートと、剛性基材の出口との間に流体連通を設けるように構成された、拡張部に配設されたマイクロ流体チャネルを有する。

さらに別の態様において、本発明は、本明細書に記載されるようなマイクロ流体デバイスと、そのマイクロ流体デバイスの基部に取り外し可能に取り付けられた回転式アクチュエータであって、その回転式アクチュエータは、マイクロ流体デバイスの弾性カラーの一部を圧縮するように構成されている、回転式アクチュエータと、その回転式アクチュエータに結合され、回転式アクチュエータをマイクロ流体デバイスの周囲で回転させるように構成されたモータと、を備えるポンプを提供する。様々な実施形態では、その回転式アクチュエータは、内部に配設された開口部を有する本体であって、その開口部は、マイクロ流体デバイスの基部および剛性カラーを受容するようにサイズ設計および形状加工されている、本体と、その本体の開口部の内面に固定して取り付けられた１つ以上のボールであって、その１つ以上のボールは、回転式アクチュエータが回転するにつれて、弾性カラーの一部を圧縮するように構成されている、ボールと、を含む。１つ以上のボールの各々は、ばねによって、回転式アクチュエータの開口部の内面に固定して取り付けられ、それによって、回転式アクチュエータとマイクロ流体デバイスとの間に押し込み式係合を提供する。

様々な実施形態では、このポンプは、マイクロ流体デバイスの入口コネクタと流体連通するリザーバ（容器）をさらに備え、そのリザーバは、（ｉ）ポンプによって送達される流体を含むか、または（ｉｉ）ポンプによってサンプリングされる流体を受容する、ように構成される。様々な実施形態では、このポンプは、マイクロ流体デバイスの出口コネクタと流体連通する針をさらに備え、その針は、（ｉ）リザーバから流体を、それを必要とする対象に投与するか、または（ｉｉ）対象からサンプルを取得する、ように構成される。様々な実施形態では、このポンプはまた、コントローラおよび電力供給部も備えており、そのコントローラは、回転式アクチュエータを回転させるように、電力供給部からモータに電圧を供給するように構成される。様々な実施形態では、そのコントローラはまた、吐出される流体の量、吐出の時間、吐出の持続時間、リザーバ内に残っている流体の量、サンプリングの時間、サンプリングの持続時間、およびさらなるサンプリングのための、リザーバ内に残っている体積の量、からなる群から選択される情報に関して、携帯端末と通信するようにも構成される。

マイクロ流体デバイスの構成要素の例示的な実施形態を示す絵図である。 マイクロ流体デバイスの環状本体に取り付けられた弾性カラーの例示的な実施形態の斜視図を示す絵図である。 マイクロ流体デバイスの例示的な実施形態の斜視図を示す絵図である。 入力ポートを示すマイクロ流体デバイスの例示的な実施形態の断面図を示す絵図である。 出力ポートを示すマイクロ流体デバイスの例示的な実施形態の断面図を示す絵図である。 マイクロ流体デバイスの例示的な実施形態の断面図を示す絵図である。 マイクロ流体デバイスの例示的な実施形態の別の断面図を示す絵図である。 ポンプの例示的な実施形態を形成するためにアクチュエータおよびモータを用いて取り付けられたマイクロ流体デバイスの例示的な実施形態の部分断面図を示す絵図である。 ポンプの例示的な実施形態を形成するために、アクチュエータおよびモータを用いて取り付けられたマイクロ流体デバイスの例示的な実施形態の別の部分断面図を示す絵図である。

使い捨て注入デバイスのための低コスト、高精度、および少ない流量手段を提供するために、ポンプを含むマイクロ流体ポンプおよびデバイスが開発された。有利なことに、ポンプ内の流体の流量は、非常にわずかな流量でも本質的に一定である。

本構成および方法について説明する前に、本発明は、説明される特定の構成、方法、および実験条件に限定されず、同様に、構成、方法、および条件は、変化する可能性があることを理解されたい。また、本発明の範囲が添付の特許請求の範囲内のみに限定されることになるため、本明細書で使用される専門用語は、特定の実施形態のみについて説明することを目的としており、限定的であることを意図されていないことも理解されたい。

本明細書、および添付の特許請求の範囲で使用される場合、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、その文脈が明確にそれ以外の場合を示さない限り、複数形の言及を含む。したがって、例えば、「その方法」への言及は、この開示などを読み解く際に当業者にとって明らかになるであろう、本明細書に記載されるタイプの１つ以上の方法および／またはステップを含む。

「含む」という用語は、「含む」、「包含する」、または「によって特徴付けられる」と区別なく使用され、包括的または制限のない言語であり、追加的で列挙されていない要素または方法ステップを除外しない。「からなる」という語句は、特許請求の範囲に指定されていない任意の要素、ステップ、または素材を除外する。「から基本的になる」という語句は、１つの請求項の範囲を、特定された材料またはステップ、ならびに特許請求の範囲の発明の基本的かつ新規な特性に材料的な影響を及ぼさないものに限定する。本開示は、これらの語句の各々の範囲に対応する本発明のデバイスおよび方法の実施形態について考察する。したがって、列挙された要素またはステップを含むデバイスまたは方法は、そのデバイスまたは方法が本質的にそれらの要素またはステップからなるか、またはそれらの要素またはステップからなる特定の実施形態について考察する。

特段定義されない限り、本明細書で使用されるすべての技術的および科学的用語は、本発明が属する当業者によって一般的に理解されるような同じ意味を有する。本明細書に記載されるものと同様または等価の任意の方法および材料が本発明の実施または試験に使用され得るが、好ましい方法および材料が、ここで説明される。

ここで、図１～７を参照すると、本発明は、回転式アクチュエータ１１０と併せて使用してマイクロ流体ポンプ２００を形成するためのマイクロ流体デバイス１００を提供する。そのマイクロ流体デバイス１００は、上面５２、底面５４、および開口部６２を画定する内面５６を有する環状本体５０を備える。環状本体５０内には、１つ以上の入力ポート４０および出力ポート４２が配設されている。様々な実施形態では、１つ以上の入力ポート４０および出力ポート４２は、環状本体５０の幅に沿って（すなわち、実質的に、軸Ｃに平行に）配設されて、環状本体５０の上面５２と底面５４との間に流体連通を設ける。図１および２は、説明上の便宜のみのため、断面形式で入力ポート４０および出力ポート４２の各々を示しているが、入力ポート４０および出力ポート４２は、環状本体５０を貫通して延在することを理解されたい。環状本体５０の底面５４から、基部５８が延在している。様々な実施形態では、基部５８は、環状本体５０の外周の一部の周りを自由に動き回る実質的に凹面の壁６０によって、環状本体５０の底面５４に接続され、環状本体５０の外周の大部分の周りに、基部５８と底面５４との間の空間を残している。環状本体５０は、金属、プラスチック、非弾性ポリマー、シリコン（結晶シリコンなど）、またはガラスなどの任意の非弾性材料から形成され得るが、これらに限定されない。様々な実施形態では、環状本体５０が形成される材料は、生物学的に不活性であり、既知の滅菌技術に適している。

マイクロ流体デバイス１００は、弾性カラー７０をさらに含み、その弾性カラーは、環状本体５０に固定して取り付けられるようにサイズ設計および形状加工され、それによって、環状本体の基部５８と底面５４との間の空間を埋める。弾性カラー７０は、上面８６、底面８８、および上面８６から下向きに延在する、実質的に凹面の壁９０（すなわち、軸Ｃに向かって内側に突き出る）を含み得る。この凹面の壁９０は、環状本体５０の凹面の壁６０の曲率を実質的に反映し得る。様々な実施形態では、弾性カラー７０は、その外周に配設されたフランジ７２を含み得、そのフランジ７２は、軸Ｃから離れて延在する。フランジ７２は、環状本体５０の底面５４と接触するように、サイズ設計および形状加工され得る。様々な実施形態では、フランジ７２は、その内面７６に形成された１つ以上の入口／出口戻り止め７４を含み得、入口／出口戻り止め７４の各々は、環状本体５０の１つ以上の入力ポート４０および出力ポート４２に噛み合わされたときに、それらと整列し、かつ流体連通して配設される。

弾性カラー７０は、間隙８０をさらに含み得、このため、弾性カラー７０は、連続的な環ではない。その間隙８０は、入力ポート４０および出力ポート４２を分離する、環状本体５０の凹面の壁６０の一部を露出させる。図４および５に示すように、弾性カラー７０の凹面の壁９０は、その周縁部に沿って配設された線状突起７８をさらに含み得、その線状突起７８は、フランジ７２に対して実質的に平行に位置決めされ得る。この線状突起７８により、弾性カラー７０の断面厚さは増加して、回転式アクチュエータ１１０（図８を参照）の圧縮強度および係合を増加させる。当業者であれば、線状突起７８は、連続的な隆起要素（図示されているような）、または一連の隆起（図示せず）などの、任意のいくつかの好適な形状で形成され得ることを理解するであろう。様々な実施形態では、弾性カラー７０は、例えば、ゴムまたはエラストマーなどの任意の変形可能および／または圧縮可能な材料から形成され得る。様々な実施形態では、弾性カラー７０は、熱可塑性エラストマーから形成される。

当業者が理解するように、環状本体５０および弾性カラー７０は、個々の構成要素として形成されてもよく、またはそれらの構成要素は、ツーショット成形またはオーバーモールドのプロセスを使用して接合されてもよく、その場合には、まず、一方のポリマーが、次いで他方のポリマーが、金型に射出されて単数部品を形成する。様々な技術を利用して、環状本体５０を弾性カラー７０に固定して取り付けることができ、その場合、弾性カラー７０のフランジ７２は、環状本体５０の底面５４に固定して取り付けられ、弾性カラー７０の底面８８は、環状本体５０の基部５８に固定して取り付けられる。

例えば、各パーツは、結合の接着／作成の硬化の前に、２つのパーツの動きを互いに相対的に移動させることができるＵＶ硬化性接着剤または他の接着剤を使用して、共に接合されてもよい。好適な接着剤としては、ＵＶ硬化性接着剤、熱硬化性接着剤、感圧接着剤、酸素感受性接着剤、および両面テープ接着剤が挙げられる。あるいは、各パーツは、超音波溶接プロセス、熱溶接プロセス、レーザ溶接プロセス、および／またはねじり溶接プロセスなどの溶接プロセスを利用して結合されてもよい。当業者であれば、エラストマー系および非エラストマー系のポリマーが、このようにして接合されて、各パーツ間の流体密着封止を達成することができることを容易に理解するであろう。

環状本体５０内には、上面１２および底面１４を有する実質的に剛性基材１０が配設され、テーパ拡張部１６が、底面１４から延在する。したがって、テーパ拡張部１６の底面１７が、環状本体５０の基部５８の内面５９上に着座し、これに対して、環状本体５０の上面５２は、剛性基材１０の底面１４に当接し、取り付けられる。したがって、剛性基材１０は、環状本体５０を覆うフランジ１８を形成し、このため、環状本体５０の上面５２は、剛性基材１０の底面１４に噛み合わされる。言い替えると、実質的に剛性である本体１０のテーパ拡張部１６は、環状本体５０の開口部６２内にぴったり収まるように、サイズ設計および形状加工される。様々な実施形態では、剛性基材は、軸Ｃから離れる方向に延在する拡張部２６を含むことができる。拡張部２６内には、剛性基材の出口２２と、環状本体５０の出力ポート４２との間に流体連通を設けるように構成されたマイクロ流体チャネル２８が配設され得る。

したがって、弾性カラー７０の内面７６は、剛性基材１０のテーパ拡張部１６と共に流体の強固なチャネル８４を形成し、そこでは、チャネル８４は、弾性カラー７０の戻り止め７４を介して、環状本体５０の入力ポート４０と出力ポート４２との間に流体連通を提供する。様々な実施形態では、弾性カラー７０の内面７６は、実質的に凹面であってもよく（すなわち、軸Ｃから離れて突き出る）、それによって、剛性基材１０と弾性カラー７０との間のチャネル８４をさらに画定する。様々な実施形態では、剛性基材１０のテーパ拡張部１６は、その一部に形成された溝８２を含み得、その溝８２は、テーパ拡張部１６の外周に延在し、環状基部５０の上面５２に実質的に平行に位置決めされている。そのように設けられる場合、溝８２は、チャネル８４の体積容量をさらに増やす役割を果たす。

剛性基材１０の上面１２に、入口２０および出口２２が配設され得、それらの両方は、剛性基材１０および環状本体５０が互いに取り付けられたときに、環状本体の１つ以上の入力ポート４０および出力ポート４２と整列して位置決めされ得、したがって、それらと流体連通され得る。環状本体５０と同様に、剛性基材１０は、金属、プラスチック、非弾性ポリマー、シリコン（結晶シリコンなど）、またはガラスなどの任意の非弾性材料から形成され得るが、これらに限定されない。様々な実施形態では、剛性基材１０は、環状本体５０の材料と同じ材料から形成されて、全体的な製造コストを削減する。

したがって、この構成では、マイクロ流体デバイス１００は、軸Ｃに向けて方向付けられた力に依拠して、ポンプ動作を作動させる。同様に、その構成は、製造コストを削減し、その組立を容易にする追加の利点を提供する。例えば、回転式アクチュエータ１１０のボール１２０などの変形要素を介して提供される力Ｆ（図６および７を参照）が、弾性カラー７０および／または環状本体５０の凹面の壁６０に印加されると、弾性カラー７０の凹面の壁９０の少なくとも一部は、弾性カラー７０と剛性基材１０との間に形成されたチャネル８４中に圧縮され、それによって、圧縮部位でのチャネル８４の少なくとも一部を塞いで、チャネル８４内の流体の一部と取って代わる。回転式アクチュエータ１１０が回転するにつれて、圧縮部位は、凹面の壁９０に沿って並進し、結果として、チャネル８４内の流体に回転方向の蠕動流体の流れを引き起こす。

様々な実施形態では、凹面の壁９０は、圧縮状態で、圧縮部位でのチャネル８４の非圧縮断面積のうちの少なくとも約５０％、少なくとも約７５％、少なくとも約９０％、少なくとも約９５％、少なくとも約９７．５％、少なくとも約９９％、または実質的にすべてを塞ぐ。この圧縮により、圧縮部位でのチャネル８４内の剛性基材の弾性カラー７０とテーパ拡張部１６との間に流体密着封止を作り出すことができる。流体密着封止が形成されると、流体、例えば、液体または気体は、圧縮部位の一方の側から圧縮部位の他方の側に、チャネル８４に沿って通過するのを妨げられる。流体密着封止は、一時的であってもよく、例えば、弾性カラー７０は、圧縮が取り除かれると、完全にまたは部分的に緩和され得、それによって、チャネル８４を完全にまたは部分的に再び開放することができる。チャネル８４は、非圧縮状態での第１の断面積、および圧縮状態での第２の断面積を有し得る。例えば、圧縮状態での圧縮部位の断面積の、非圧縮状態での同じ部位の断面積に対する比は、少なくとも約０．７５、少なくとも約０．８５、少なくとも約０．９２５、少なくとも約０．９７５、または約１であり得る。当業者ならば、マイクロ流体デバイス１００内に形成されるチャネル８４の表面が、例えば、疎水性を変化させることによって、調節され得ることを理解するであろう。例えば、疎水性は、表面活性剤などの親水性材料の適用、疎水性材料の適用、所望の疎水性を有する材料からの構築、エネルギービーム、および／または同様のものを用いて表面をイオン化することなどによって調節され得る。

様々な方法を利用して、環状本体５０を剛性基材１０に固定して取り付けることができる。例えば、各パーツは、結合の接着／作成の硬化の前に、２つのパーツの動きを互いに相対的に移動させることができるＵＶ硬化性接着剤または他の接着剤を使用して、共に接合されてもよい。好適な接着剤としては、ＵＶ硬化性接着剤、熱硬化性接着剤、感圧接着剤、酸素感受性接着剤、および両面テープ接着剤が挙げられる。あるいは、各パーツは、超音波溶接プロセス、熱溶接プロセス、およびねじり溶接プロセスなどの溶接プロセスを利用して結合されてもよい。さらなる代替方法として、各パーツは、ツーショット成形またはオーバーモールドのプロセスを使用して接合されてもよく、その場合には、まず、一方のポリマーが、次いで他方のポリマーが、金型に射出されて単数部品を形成する。当業者であれば、エラストマー系および非エラストマー系のポリマーが、このようにして接合されて、各パーツ間の流体密着封止を達成することができることを容易に理解するであろう。

ここで、図８～９を参照すると、別の態様では、マイクロ流体ポンプ２００が提供され、これは、本明細書に記載されているマイクロ流体デバイス１００を利用する。したがって、マイクロ流体ポンプ２００は、マイクロ流体デバイス１００、およびマイクロ流体デバイス１００の基部５８に取り外し可能に取り付けられている回転式アクチュエータ１１０を備える。この回転式アクチュエータ１１０は、その中に配設された開口部１１４を有する本体１１２を含み、そこでは、開口部１１４は、環状本体５０、およびその中の剛性カラー７０を受容するようにサイズ設計および形状加工されている。回転式アクチュエータ１１０が回転するつれ、本体１１２の開口部１１４の内面１１６に、弾性カラー７０の凹面の壁９０の一部を圧縮するように構成された１つ以上のボール１２０が、固定して取り付けられている。様々な実施形態では、１つ以上のボール１２０の各々が、本体１１２内に配設されたばね１３０に固定して取り付けられて、マイクロ流体デバイス１００の環状弾性本体５０に印加される力Ｆを増加させることができる。そのように設けられる場合、回転式アクチュエータ１１０のばね１３０およびボール１２０は、連動して機能して、基部５８上、ならびにマイクロ流体デバイス１００の凹面の壁６０および／または弾性カラー７０上でロックし、それによって、結果として、回転式アクチュエータ１１０とマイクロ流体デバイス１００との間に、押し込み式の取り外し可能な係合を引き起こす。

回転式アクチュエータ１１０による、１つ以上のボール１２０の機械的な回転により、マイクロ流体デバイス１００の弾性カラー７０に沿った圧縮部位の並進を引き起こし、それによって、有効なポンピング動作を作り出し、結果として、回転式アクチュエータ１１０の回転方向の、チャネル８４内の流体の流れを生み出す。したがって、ポンピングされる体積は、回転式アクチュエータ１１０内のボール１２０の数を変更することによって調整され得、各ボール１２０間の間隔は、ポンピングされる固定した量の体積である。次いで、流体の流れは、剛性基材１０の上面１２上に配設（または形成）された適切な入口コネクタ１２２および出口コネクタ１２４を通って出入りすることができ、そこでは、入口コネクタ１２２は、入口２０と流体連通して設けられ、出口コネクタ１２４は、出口２２と流体連通して設けられる。理解されるべきであるように、入口コネクタ１２２は、吐出される流体を収容するリザーバ２１０と流体連通して設けられてもよく、これに対して、出口コネクタ１２４は、対象への流体を投与するための管材または針と流体連通して設けられてもよい。様々な実施形態では、入口コネクタ１２２および出口コネクタ１２４は、ルアーロックとして形成されて、流体密着継手を設けることができる。

様々な実施形態では、回転式アクチュエータ１１０の機械的回転は、シャフト２６０によって回転式アクチュエータ１１０に結合された電気モータ２５０によって達成され得る。電気モータ２５０および回転式アクチュエータ１１０は、ハウジング２５４内に、電力供給部２７０およびコントローラ２３０と共に設けられてもよく、このため、回転式アクチュエータ１１０は、マイクロ流体デバイス１００が回転式アクチュエータ１１０と押し込み式係合して配置され、電圧２７２が電気モータ２５０に印加したときに、マイクロ流体デバイス１００の弾性カラー７０に沿ってボール１２０を半径方向に横切るように構成されている。当業者によって理解されるように、マイクロ流体デバイス１００に対する回転式アクチュエータ１１０の回転方向は、チャネル８４内の流れの方向を規定する。したがって、当業者は、有利なことに、ポンプ２００を通る流体の流れが双方向であり得ることを理解するであろう。加えて、マイクロ流体デバイス１００が液体および気体を流すように構成されているため、ガス状の流体の流れは、ポンプ２００内の初期起動の液体流動体を提供することができる。

したがって、回転式アクチュエータ１１０は、充電可能なバッテリーなどの電源２７０から、回転式アクチュエータの動きを制御する電気モータ２５０に、電圧２７２を印可することによって、回転することができる。したがって、本発明は、本明細書に記載されているようなマイクロ流体ポンプ２００に電圧２７２を印可することを含む、マイクロ流体プロセスを実行するための方法をさらに提供する。印加電圧２７２は、電気モータ２５０を作動させ、その電気モータは、それに取り付けられた回転式アクチュエータ１１０を回転させ、それによって、弾性カラー７０に沿った、圧縮部位の繰り返される並進を引き起こす。

広範囲の毎秒パルスが、電気モータ２５０に印加され得、それによって、マイクロ流体デバイス１００内の広範囲の流量を実現することができる。この流体の流れは、実質的に一定であり得、非常に少ない流量であっても、流体に押し付けられる剪断力は、ほとんどないか、または全くない。ポンプ２００のこれらの特性は、送達される流体の量の精度を向上させる（例えば、微小量の注入流体の送達を可能にする）が、一方、少ない流量により、薬物の全量を一度に投与することの影響を与えることなく、首尾一貫した送達を提供する。したがって、少ない一定のポンピングされた流量はまた、投薬精度を確実にするために非常に有効であり得る。

以下の例示的な実施形態は、対象に流体（例えば、インスリン）を投与するための、低コストで使い捨てのデバイスで使用するための本発明のマイクロ流体ポンプ２００の使用について説明する。ポンプ２００は、対象に投与される流体（例えば、インスリン）を収容するリザーバ２１０を含むことができ、そこでは、リザーバ２１０は、マイクロ流体デバイス１００の入口122と流体連通している。マイクロ流体デバイス１００の出口１２４は、対象の組織（すなわち、皮下脂肪または筋肉）の中に挿入される管材（例えば、カテーテル）または針２２０に接続され得る。マイクロ流体ポンプ２００は、電力供給部２７０からモータ２５０に電圧２７２を印可するように構成されたコントローラ２３０を含み得、それによって、対象への流体の所定の量を１日の適切な時間に投与するか、または適切であれば、継続的な皮下治療（例えば、インスリン治療）を提供することができる。デバイスの前述の構成要素（すなわち、マイクロ流体デバイス１００、回転式アクチュエータ１１０、モータ２５０、電力供給部２７０、コントローラ２３０、およびリザーバ２１０）のすべては、単一のハウジング２５４内に配設され得る。したがって、このデバイスは、マイクロ流体デバイス１００およびリザーバ２１０が使い捨てであるように構成され得、それらは、例えば、リザーバ２１０内の流体のすべてまたは大部分が対象に投与されるときに交換される使い捨てカード上に設けられ得る。

本発明のマイクロ流体ポンプ２００の使用を説明する別の例示的な実施形態では、マイクロ流体ポンプ２００を、動物の疾病モデルで試験する薬物のための低コストで使い捨てのサンプリングデバイスとして使用することができる。ポンプ２００は、対象（例えば、動物モデル）からのサンプル（例えば、血液）を収容するように構成された多数の空のリザーバ２１０を含んでもよく、そこでは、各リザーバ２１０は、マイクロ流体デバイス１００の（サンプル出口として機能する）入口１２２と流体連通する。マイクロ流体デバイス１００の出口１２４（サンプル入口として機能する）は、対象の組織（すなわち、皮下脂肪もしくは筋肉）または静脈中に挿入される管材（例えば、カテーテル）または針２２０に接続されてもよい。上記のように、マイクロ流体ポンプ２００は、１日の特定の時間、および／または１週間の特定の日に、電力供給部２７０からモータ２５０に電圧２７２を印可するように構成されたコントローラ２３０を含み得、それによって、対象から定期的なサンプルを採取することができる。そのような定期的なサンプリングを使用して、例えば、対象内の経時的な薬物の有効性を監視することができる。同様に、このデバイスを使用して、サンプリングされる気体の少量の正確な量を必要とする検査（例えば、質量分析法）のための気体材料をサンプリングすることができる。

様々な実施形態では、コントローラ２３０は、携帯電話またはタブレットなどの携帯端末２４０との有線または無線通信のために構成され得る。無線通信は、赤外線伝送、ブルートゥースプロトコル、無線周波数、Ｚｉｇｂｅｅ無線技術、ＧＰＳ、Ｗｉ－Ｆｉ、ＷｉＭＡＸ、および携帯電話通信からなる群から選択され得、吐出される流体（例えば、インスリン）の量、吐出の時間および／または持続時間、リザーバ２１０内に残っている流体（例えば、インスリン）の量、サンプリングの時間、サンプリングの持続時間、さらなるサンプリングするためのリザーバ内に残っている体積の量などを含む情報を送信／受信するように構成され得るが、これらに限定されない。様々な実施形態では、携帯端末２４０は、対象に取り付けられた１つ以上の無線センサによって、血糖値、インスリンレベル、およびその対象の温度などの、その対象の１つ以上の生理学的特性を監視するようにさらに構成され得るが、これらに限定されない。

本発明は、上記の開示を参照して説明されてきたが、様々な修正および変形が、本発明の趣旨および範囲内に包含されることを理解されたい。したがって、本発明は、以下の特許請求の範囲によってのみ限定される。

Claims (17)

1. マイクロ流体デバイスであって、
   ａ）上面、底面、開口部を画定する内面、前記底面より下の基部、および前記底面から前記基部まで下向きに延在する凹面の壁を有する環状本体であって、前記環状本体が、前記環状本体に配設された入力ポートおよび出力ポートを含む、環状本体と、
   ｂ）前記環状本体の前記底面に固定して取り付けられた弾性カラーであって、前記弾性カラーが、その外周に配設されたフランジ、および前記環状本体の前記基部に固定して取り付けられた底面を含み、前記フランジが、前記環状本体の前記底面に噛み合わされるように構成されている、弾性カラーと、
   ｃ）上面、底面、および前記底面から下向きに延在するテーパ拡張部を有する剛性基材であって、前記剛性基材が、前記上面に配設され、かつ前記環状本体の入力ポートおよび出力ポートと整列して位置決めされた入口および出口を含み、前記剛性基材の前記底面が、前記環状本体の前記上面に固定して取り付けられ、前記テーパ拡張部が、前記開口部内に嵌合するようにサイズ設計および形状加工され、それによって、前記入力ポートと前記出力ポートとの間のチャネルを前記弾性カラーと形成する、剛性基材と、を備える、マイクロ流体デバイス。
2. 前記環状本体が、前記剛性基材に結合されている、請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。
3. 前記剛性基材の前記上面に配設された入口コネクタおよび出口コネクタをさらに備え、各々が、それぞれ、前記環状本体の前記入力ポートおよび出力ポートと流体連通して設けられている、請求項１または２に記載のマイクロ流体デバイス。
4. 前記弾性カラーが、その内面に形成された１つ以上の戻り止めを含み、各戻り止めが、それぞれ、前記剛性基材の前記入口および前記出口と流体連通している、請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。
5. 前記弾性カラーの内面が、凹面である、請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。
6. 前記弾性カラーの前記フランジが、前記環状本体の前記底面に結合されており、前記剛性基材の前記テーパ拡張部の前記底面が、前記基部の内面に結合されている、請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。
7. 前記剛性基材の前記テーパ拡張部が、その表面に配設された溝を含み、前記溝が、前記剛性基材の前記上面に平行に位置決めされており、前記溝が、前記弾性カラーと噛み合わされるように構成されている、請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。
8. 前記弾性カラーが、その周縁部に沿って配設された線状突起をさらに含み、前記線状突起が、前記フランジに平行に位置決めされている、請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。
9. 前記剛性基材が、その軸から離れて延在する拡張部をさらに含み、前記拡張部が、前記環状本体の前記出力ポートと、前記剛性基材の前記出口との間に流体連通を設けるように構成された、前記拡張部に配設されたマイクロ流体チャネルを有する、請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。
10. ポンプであって、
    （ａ）請求項１に記載のマイクロ流体デバイスと、
    （ｂ）前記マイクロ流体デバイスの前記基部に取り外し可能に取り付けられた回転式アクチュエータであって、前記回転式アクチュエータが、前記マイクロ流体デバイスの前記弾性カラーの一部を圧縮するように構成されている、回転式アクチュエータと、
    （ｃ）前記回転式アクチュエータに結合され、前記回転式アクチュエータを前記マイクロ流体デバイスの周囲で回転させるように構成されたモータと、を備える、ポンプ。
11. 前記回転式アクチュエータが、
    （ａ）内部に配設された開口部を有する本体であって、前記開口部が、前記マイクロ流体デバイスの前記基部および剛性カラーを受容するようにサイズ設計および形状加工されている、本体と、
    （ｂ）前記本体の前記開口部の内面に固定して取り付けられた１つ以上のボールであって、前記１つ以上のボールは、前記回転式アクチュエータが回転するにつれて、前記弾性カラーの一部を圧縮するように構成されている、１つ以上のボールと、を含む、請求項１０に記載のポンプ。
12. 前記１つ以上のボールの各々が、ばねによって、前記回転式アクチュエータの前記開口部の前記内面に固定して取り付けられ、それによって、前記回転式アクチュエータと前記マイクロ流体デバイスとの間に押し込み式係合を提供する、請求項１１に記載のポンプ。
13. 前記マイクロ流体デバイスの入口コネクタと流体連通するリザーバをさらに備え、前記リザーバが、（ｉ）前記ポンプによって送達される流体を含むか、または（ｉｉ）前記ポンプによってサンプリングされる流体を受容する、ように構成されている、請求項１０に記載のポンプ。
14. 前記流体が、液体または気体である、請求項１３に記載のポンプ。
15. 前記マイクロ流体デバイスの出口コネクタと流体連通する針をさらに備え、前記針が、（ｉ）前記リザーバから流体を、それを必要とする対象に投与するか、または（ｉｉ）対象からサンプルを採取する、ように構成されている、請求項１３に記載のポンプ。
16. コントローラおよび電力供給部をさらに備え、前記コントローラが、前記回転式アクチュエータを回転させるように、前記電力供給部から前記モータに電圧を供給するように構成されている、請求項１５に記載のポンプ。
17. 前記コントローラが、吐出されている流体の量、吐出の時間、吐出の持続時間、前記リザーバ内に残っている流体の量、サンプリングの時間、サンプリングの持続時間、およびさらなるサンプリングのための、前記リザーバ内に残っている体積の量、からなる群から選択される情報に関して、携帯端末と通信するようにさらに構成されている、請求項１６に記載のポンプ。

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