KR102420904B1

KR102420904B1 - 유체 연동 레이어 펌프

Info

Publication number: KR102420904B1
Application number: KR1020207021252A
Authority: KR
Inventors: 리머스 브릭스 앤더스 하웁트
Original assignee: 리머스 브릭스 앤더스 하웁트
Priority date: 2016-04-26
Filing date: 2017-04-26
Publication date: 2022-07-13
Also published as: KR102138559B1; KR20200091942A; EP3448567A4; AU2020201653B2; DK3448567T3; US20190039062A1; AU2020201653A1; NZ748591A; ES2927783T3; US20200353464A1; CA3061286A1; WO2017189735A1; EP3448567A1; JP6526927B1; EP3448567B1; US10737264B2; JP2019519359A; KR20190002551A; AU2017257967A1; AU2017257967B2

Abstract

마이크로유체 디바이스는 심지어 매우 낮은 유동 속도들로 일정한 유동을 제공하는 일회용의 어세이 디바이스들에서 유체 유동을 관리하기 위해 제공된다. 마이크로유체 디바이스를 사용하는 펌프들, 뿐만 아니라 제조 및 마이크로 유체 프로세스를 수행하는 방법들이 또한 제공된다.

Description

유체 연동 레이어 펌프 {FLUIDIC PERISTALTIC LAYER PUMP}

관련된 출원(들) 이 상호 관련

본 출원은 35 U.S.C. § 119(e) 하에서 2016 년 4월 26일에 제출된 U.S. 시리얼 No. 62/327,560 에 우선권의 이득을 주장하는, 2017 년 4월 26일에 출원된 국제 특허 출원 No. PCT/US2017/029653 의 한국 국내 단게 진입 출원이고, 상기 우선권의 전체 내용이 참조로써 본원에 통합된다.

본 발명은 유체 공학 기술, 및 보다 구체적으로 마이크로채널들을 통해 유체 유동의 제어를 위한 마이크로유체 멀티레이어 연동 펌프에 관한 것이다.

마이크로유체들 시스템들은 매우 작은 체적들의 액체를 사용하여 화학적 및 생물학적 정보를 취득하고 분석하기 위해 현저하게 중요하다. 마이크로유체 시스템들의 사용은 반응들의 응답 시간을 증가시키고 샘플 체적을 최소화시키고, 시약 및 소모품들 소비를 보다 작게 할 수 있다. 휘발성 또는 위험성 재료들이 사용되거나 발생될 때에, 마이크로유체 체적들에서 반응들을 수행하는 것은 또한 안정성을 강화하고 폐기량들을 감소시킨다.

마이크로유체 디바이스들은 의학용 진단들 및 분석 화학으로부터 게놈 및 단백질 유전 정보 분석까지 매우 다양한 분야들에서 점차 중요성을 갖게되었다. 그것들은 또한 낮은 유동 속도의 약물 투여와 같은 치료 상황에서 유용할 수 있다.

이들 디바이스들에 대해 요구되는 마이크로구성 요소들은 종종 복잡하고 제조하는 데 비용이 든다. 예를 들면, 마이크로펌프는 시스템의 일회용의 분석 플랫폼 구성 요소와 분석 장치 (예를 들면, 디스플레이 기능을 갖는 피분석물 판독기) 사이에서 시약들 및 운반 유체들을 혼합하는 데 사용될 수 있다. 그러나 마이크로유체 디바이스의 한계 내에서 유체 유동의 방향 및 속도를 제어하는 것, 또는 마이크로유체 채널들 내측에서 복잡한 유체 유동 패턴들을 달성하는 것은 어렵다.

마이크로유체 펌프는 일회용의 어세이 디바이스들에서 온보드 샘플을 낮은 비용, 높은 정확성으로 핸들링하기 위한 수단을 제공하도록 개발되었다. 마이크로유체 펌프를 사용하는 디바이스들, 뿐만 아니라 마이크로유체 프로세스를 수행하고 제조하는 방법들이 또한 제공된다.

따라서, 하나의 양상에서, 본 발명은 마이크로유체 디바이스를 제공한다. 마이크로유체 디바이스는 제 1 만곡된 슬롯이 안에 배치된 강성의 본체, 강성의 본체에 부착된 상단 표면을 갖고 상단 표면에 배치된 제 1 유입구 포트 및 제 1 유출구 포트를 포함하고 제 1 만곡된 슬롯의 제 1 단부 및 제 2 단부와 정렬되게 위치되는 강성의 기재, 및 제 1 만곡된 슬롯 내에 배치되고 제 1 표면 및 제 2 표면을 갖는 제 1 탄성 부재를 포함하고, 제 2 표면은 강성의 기재와 제 1 채널을 규정하는 그루브를 포함한다. 다양한 실시형태들에서, 마이크로유체 디바이스는 각각 강성의 기재의 유입구 포트 및 유출구 포트와 개별적으로 유체 연통하는 유입구 커넥터 및 유출구 커넥터를 추가로 포함할 수 있다. 유입구 커넥터 및 유출구 커넥터는 강성의 기재의 측 표면에 배치될 수 있다. 만곡된 슬롯은 강성의 본체의 중앙에 대해 고정된 곡률 반경을 가질 수 있거나 또는 강성의 본체의 중앙에 대해 증가하거나 또는 감소하는 증가하는 또는 감소하는 곡률 반경을 가질 수 있다. 제 1 탄성 부재의 상단 표면은 강성의 본체의 상단 표면 위로 연장될 수 있다.

소정 실시형태들에서, 마이크로유체 디바이스는 강성의 본체에 배치되고 제 1 만곡된 슬롯에 실질적으로 평행하게 위치되는 하나 이상의 제 2 만곡된 슬롯들, 각각 하나 이상의 제 2 만곡된 슬롯들 내에 배치되고 제 1 표면 및 제 2 표면을 갖는 하나 이상의 제 2 탄성 부재들로서, 각각의 하나 이상의 제 2 탄성 부재들의 제 2 표면은 강성의 기재와 하나 이상의 제 2 채널들을 규정하는 그루브를 포함하는, 상기 하나 이상의 제 2 탄성 부재들, 및 강성의 본체에 배치되고 하나 이상의 제 2 만곡된 슬롯들의 개별적인 단부들과 정렬되게 위치되는 하나 이상의 제 2 유입구 포트들 및 유출구 포트들을 추가로 포함할 수 있다.

또 다른 양상에서, 본 발명은 마이크로유체 디바이스를 제공한다. 마이크로유체 디바이스는 상단 표면 및 바닥 표면을 갖고, 그를 통해 배치된 구멍을 포함하는 강성의 기재, 구멍의 내부 표면의 부분 내에 형성된 제 1 그루브, 제 1 그루브의 제 1 및 제 2 단부들에서 형성된 제 1 유입구 포트 및 제 1 유출구 포트, 구멍에 고정되게 부착되고 그 내부 표면 내에 형성된 제 1 만곡된 슬롯을 포함하는 칼라로서, 제 1 만곡된 슬롯은 구멍의 제 1 그루브와 정렬되게 위치되는, 상기 칼라, 및 제 1 만곡된 슬롯 내에 배치되고 구멍의 제 1 그루브와 제 1 채널을 형성하도록 구성되는 제 1 탄성 부재를 포함한다. 다양한 실시형태들에서, 마이크로유체 디바이스는 각각 제 1 그루브의 제 1 유입구 포트 및 제 1 유출구 포트와 개별적으로 유체 연통하는 유입구 커넥터 및 유출구 커넥터를 추가로 포함할 수 있다. 다양한 실시형태들에서, 마이크로유체 디바이스는 각각 강성의 기재의 유입구 포트 및 유출구 포트와 개별적으로 유체 연통하는 유입구 커넥터 및 유출구 커넥터를 추가로 포함할 수 있다. 유입구 커넥터 및 유출구 커넥터는 강성의 기재의 측 표면에 배치될 수 있다. 탄성 부재는 칼라의 제 1 만곡된 슬롯에 본딩될 수 있다. 다양한 실시형태들에서, 칼라는 구멍으로부터 멀리 연장되고 강성의 기재의 상단 표면에 형성된 환상의 링 내에 끼워맞춤되도록 구성되는 플랜지를 포함한다. 칼라의 상단 표면은 강성의 기재의 상단 표면 위로 연장될 수 있다.

소정 실시형태들에서, 마이크로유체 디바이스는 구멍의 내부 표면의 부분 내에 형성되고 제 1 그루브에 실질적으로 평행하게 위치되는 하나 이상의 제 2 그루브들, 각각 하나 이상의 제 2 그루브들의 제 1 및 제 2 단부들에서 형성되는 하나 이상의 제 2 유입구 포트들 및 제 2 유출구 포트들, 각각 구멍의 각각의 하나 이상의 제 2 그루브들과 정렬되게 위치되는 칼라의 내부 표면 내에 형성된 하나 이상의 제 2 만곡된 슬롯들, 및 각각 개별적인 하나 이상의 제 2 만곡된 슬롯들 내에 배치되고 구멍의 하나 이상의 제 2 그루브들과 하나 이상의 제 2 채널들을 형성하도록 구성되는 하나 이상의 제 2 탄성 부재들을 추가로 포함한다.

추가의 또 다른 양상에서, 본 발명은 본원에 설명된 바와 같은 하나 이상의 마이크로유체 디바이스들 및 실질적으로 그루브를 변형시키지 않고 그루브 내에서 제 1 탄성 부재의 표면의 부분을 압축하도록 구성되는 회전 가능한 액츄에이터를 포함하는 펌프를 제공한다. 액츄에이터는 만곡된 슬롯을 따라 병진 운동하도록 구성될 수 있다. 다양한 실시형태들에서 펌프는 마이크로유체 분석기와 유체 연통하게 배치되고, 마이크로유체 분석기는 적어도 하나의 타겟을 포함하는 것으로 추측되는 액체 샘플을 수용하도록 구성되는 적어도 하나의 마이크로채널을 포함할 수 있고 마이크로채널은 적어도 하나의 타겟의 존재를 판별하는 데 사용하기 위한 적어도 하나의 시약을 포함한다. 다양한 실시형태들에서, 펌프는 1-8 (즉, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 또는 8) 개의 마이크로유체 디바이스들을 포함할 수 잇다. 다양한 실시형태들에서, 펌프는 1 또는 3 개의 마이크로유체 디바이스들을 포함한다.

도 1a 및 도 1b 는 마이크로유체 디바이스의 예시적인 실시형태들의 도면들이다.
도 2a 및 도 2b 는 도 1a 및 도 1b 의 마이크로유체 디바이스들의 횡단면도를 개별적으로 도시하는 도면이다.
도 3 은 도 2 의 횡단면의 확대도를 도시하는 도면이다.
도 4 는 도 1a 및 도 1b 의 마이크로유체 디바이스의 또 다른 횡단면도를 도시하는 도면이다.
도 5a-도 5c 는 마이크로유체 디바이스의 예시적인 실시형태들을 도시하는 도면들이다.
도 6a-도 6c 는 도 5a-도 5c 의 마이크로유체 디바이스들의 바닥도들을 개별적으로 도시하는 도면들이다.
도 7a-도 7b 는 규정된 채널을 도시하는 도 5a 의 마이크로유체 디바이스의 횡단면도들을 도시하는 도면들이다. 도 7c 는 규정된 채널을 도시하는 도 5c 의 마이크로유체 디바이스의 횡단면도이다.
도 8a-8c 는 도 5a-도 5c 의 마이크로유체 디바이스들의 횡단면도들을 개별적으로 도시하는 도면들이다.
도 9 는 도 5c 의 마이크로유체 디바이스를 통합한 예시적인 펌프를 도시하는 도면이다.

마이크로유체 펌프 및 펌프를 포함하는 디바이스는 일회용의 어세이 디바이스들에 대해 온보드 샘플을 낮은 비용, 높은 정확성, 및 낮은 유동 속도로 핸들링하기 위한 수단을 제공하도록 개발되고 있다. 유리하게, 펌프 내에 유체 유동의 속도는 심지어 매우 낮은 유동 속도들로 본질적으로 일정하다.

본 구성들 및 방법들이 설명되기 전에, 본 발명은 특정한 구성들, 방법들, 및 실험적 조건들에 제한되지 않고 그와 같은 구성들, 방법들, 및 조건들이 변할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 또한 본 발명의 범위가 단지 첨부된 청구 범위에 의해서만 제한되기 때문에 본원에 사용된 용어는 단지 특정한 실시형태들을 설명하기 위한 것이고, 제한을 의도한 것은 아니라는 것이 이해되어야 한다.

본 명세서 및 첨부된 청구 범위들에 사용된 바와 같은, 단수형은 문맥에서 명백하게 다르게 지시되지 않은 한 복수를 포함한다. 따라서, 예를 들면, "방법" 에 대한 기준은 본 개시 등을 정독한다면 본 기술 분야의 당업자에게 명백한 본원에 설명된 하나 이상의 방법 및/또는 단계들의 타입들을 포함한다.

"갖는", "포함되는" 또는 "특징으로 하는" 과 상호 교환 가능하게 사용되는 용어 "포함하는" 는 포괄적인 또는 확장 가능한 언어이고 부가적인 인용되지 않은 요소들 또는 방법 단계들을 배제하지 않는다. 구문 "이루어지는" 은 청구 범위에서 특정되지 않은 임의의 요소, 단계 또는 성분을 배제하지 않는다. 구문 "본질적으로 이루어지는" 은 특정된 재료들 또는 단계들 및 청구된 본 발명의 기본 및 새로운 특징에 실질적으로 영향을 주지 않는 것으로 청구 범위를 제한한다. 본 개시는 각각의 이들 구문들의 범위에 상응하는 본 발명의 디바이스들 및 방법들의 실시형태들을 고려한다. 따라서, 인용된 요소들 또는 단계들을 포함하는 디바이스 또는 방법은 디바이스 또는 방법이 그들 요소들 또는 단계들로 이루어지거나 또는 본질적으로 이루어지는 특정한 실시형태들을 고려한다.

다르게 규정되지 않는 한, 본원에 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속한 기술 분야의 당업자에 의해 일반적으로 이해되는 바와 동일한 의미를 갖는다. 본원에 설명된 것과 유사하거나 또는 등가의 임의의 방법들 및 재료들이 본 발명의 실시 또는 테스팅에 사용될 수 있지만, 바람직한 방법들 및 재료들은 지금부터 설명된다.

지금부터 도 1a 및 도 1b 를 참조하면, 본 발명은 마이크로유체 펌프를 형성하도록 로터리 액츄에이터와 함께 사용하기 위한 마이크로유체 디바이스 (10) 를 제공한다. 마이크로유체 디바이스 (10) 는 하나 이상의 만곡된 슬롯들 (14) 이 그 안에 배치된 실질적으로 강성의 본체 (12) 를 포함한다. 다양한 실시형태들에서, 강성의 본체 (12) 는 실질적으로 평면일 수 있고 금속, 플라스틱, 실리콘 (예를 들면 결정질실리콘), 또는 유리와 같은 그러나 이에 제한되지 않는 비-탄성 재료로부터 형성될 수 있다. 하나 이상의 만곡된 슬롯들 (14) 은 강성의 본체의 중앙 (C) 에 대해 고정된 곡률 반경 (즉, 일반적으로 원형) 을 가질 수 있거나, 또는 강성의 본체 (12) 의 중앙 (C) 에 대해 증가하는 또는 감소하는 곡률 반경 (즉, 나선형) 을 가질 수 있다.

하나 이상의 만곡된 슬롯들 (14) 이 커팅된 강성의 본체 (12) 의 표면들의 하나는 강성의 본체 (12) 와 같이, 실질적으로 평면일 수 있고 금속, 플라스틱, 실리콘 (예를 들면 결정질실리콘), 또는 유리와 같은 그러나 이에 제한되지 않는 비-탄성 재료로부터 형성될 수 있는 강성의 기재 (16) 에 부착된다. 다양한 실시형태들에서, 강성의 기재 (16) 는 강성의 본체 (12) 의 것과 동일한 재료로부터 형성될 수 있고, 강성의 본체 (12) 의 것과 동일한 또는 상이한 두께를 가질 수 있다. 다양한 실시형태들에서, 강성의 기재 (16) 는 강성의 본체 (12) 의 것과 상이한 재료로 형성될 수 있고, 강성의 본체 (12) 의 것과 동일한 또는 상이한 두께를 가질 수 있다.

강성의 기재 (16) 는 강성의 본체 (12) 에 부착되는 강성의 기재 (16) 의 표면에 배치되는 포트들 (18) 의 쌍을 포함한다. 포트들 (18) 은 만곡된 슬롯 (14) 의 단부 부분들 (20) 과 정렬되게 위치되고, 마이크로유체 디바이스 (10) 를 통해 유동하는 유체의 유입구/유출구로서 역할을 한다. 하나보다 많은 만곡된 슬롯 (14) 을 포함하는 마이크로유체 디바이스 (10) 의 실시형태들에서, 강성의 기재 (16) 는 각각 만곡된 슬롯 (14) 을 위한 포트들 (18) 의 쌍을 포함할 수 있고, 포트들 (18) 의 각각 쌍은 각각 만곡된 슬롯 (14) 의 단부 부분들 (20) 과 정렬되게 위치되고, 포트들 (18) 의 각각 쌍은 강성의 기재 (16) 의 표면에 배치된 상응하는 유입구/유출구 커넥터들 (22) 의 쌍과 유체 연통한다. 다양한 실시형태들에서, 유입구/유출구 커넥터들 (22) 의 쌍은 강성의 기재 (16) 의 측 표면 (24) 에 각각 형성된다. 소정 실시형태들에서, 각각의 유입구/유출구 커넥터들 (22) 은 서로 강성의 기재 (16) 의 상이한 측 표면에 형성된다 (도시 생략). 도 4 에 도시된 바와 같이, 강성의 기재 (16) 는 각각 포트들 (18) 과 유입구/유출구 커넥터들 (22) 사이에서 유체 연통을 규정하는 하나 이상의 유체 도관들 (26) 을 갖도록 형성될 수 있다.

강성의 본체 (12) 의 만곡된 슬롯 (14) 내에는 제 1 표면 (30) 및 제 2 표면 (32) 를 갖는 탄성 부재 (28) 가 제공된다. 탄성 부재 (28) 는 예를 들면, 엘라스토머와 같은 임의의 변형 가능하고 그리고/또는 압축 가능한 재료로부터 형성될 수 있고 그 사이에 유체-기밀성 시일을 생성하도록 강성의 본체 (12) 의 만곡된 슬롯 (14) 에 고정될 수 있다. 다양한 실시형태들에서, 탄성 부재 (28) 는 만곡된 슬롯 (14) 의 내부 표면 (34) 에 본딩되고 그리고/또는 강성의 기재 (16) 가 부착된 강성의 본체의 표면에 본딩될 수 있다.

다양한 방법들은 강성의 본체 (12) 에 탄성 부재 (28) 를 본딩하고 그리고/또는 강성의 기재 (16) 에 강성의 본체 (12) 를 부착하는 데 사용될 수 있다. 부품들은 본드의 생성/접착의 경화 전에 서로에 대해 두개의 부품들의 이동을 허용하는 UV 경화성 접착제 또는 다른 접착제들을 사용하여 함께 결합될 수 있다. 적절한 접착제들은 UV 경화성 접착제, 열-경화된 접착제, 압력 민감성 접착제, 산소 민감성 접착제, 및 양면 테이프 접착제를 포함한다. 대안적으로, 부품들은 초음파 용접 프로세스, 열 용접 프로세스, 및 비틀림 용접 프로세스와 같은 용접 프로세스를 사용하여 커플링될 수 있다. 추가의 대안예에서, 부품들은 투샷 몰딩 또는 오버몰딩의 프로세스를 사용하여 결합될 수 있고, 상기 경우에 처음에 하나의 폴리머 및 그후 다른 폴리머가 단일한 피스를 형성하도록 몰드 공구 내로 사출된다. 본 기술 분야에 당업자는 엘라스토머 및 비-엘라스토머 폴리머들이 부품들 사이에서 유체 기밀성 시일들을 달성하도록 이러한 방식으로 결합될 수 있다는 것을 용이하게 이해할 것이다.

지금부터 도 2a, 도 2b, 및 도 3 을 참조하면, 탄성 부재 (28) 의 제 2 표면 (32) 은 그 안에 배치된 그루브 (33) 를 포함할 수 있고, 상기 그루브 (33) 는 강성의 본체 (12) 가 강성의 기재 (16) 에 부착될 때에, 사용 중 유체가 유동할 수 있는 채널 (35) 을 규정한다. 예를 들면 롤러 또는 액츄에이터와 같은 변형 요소를 통해, 힘이 탄성 부재 (28) 에 인가될 때에, 탄성 부재 (28) 의 적어도 일부는 강성의 기재 (16) 와 형성된 채널 (35) 내에 압축됨으로써, 압축 사이트에서 채널 (35) 의 적어도 일부를 폐쇄한다.

압축된 상태에서, 탄성 부재 (28) 는 전형적으로 압축 사이트에서 채널 (35) 로부터 유체의 실질적인 부분을 변위시키도록 채널 (35) 의 충분한 부분을 폐쇄한다. 예를 들면, 탄성 부재 (28) 는 압축 사이트에서의 다른 측에서 채널 (35) 내에 배치된 유체로부터 압축 사이트에서의 일측에서 채널 (35) 내에 배치된 유체를 분리하도록 채널 (35) 의 충분한 부분을 폐쇄할 수 있다. 다양한 실시형태들에서, 탄성 부재 (28) 는, 압축된 상태에서, 그루브 (33) 의 비압축된 횡단면 구역의 적어도 약 50%, 적어도 약 75%, 적어도 약 90%, 적어도 약 95%, 적어도 약 97.5%, 적어도 약 99%, 또는 본질적으로 전부를 압축 사이트에서 폐쇄한다.

압축은 압축 사이트에서의 그루브 (33) 내에서 탄성 부재 (28) 와 강성의 기재 (12) 사이에 유체-기밀성 시일을 생성할 수 있다. 유체-기밀성 시일이 형성될 때에, 유체, 예를 들면, 액체가 압축 사이트에서의 일측으로부터 압축 사이트에서의 다른 측으로 그루브 (33) 를 따라 통과하는 것이 방지된다. 유체-기밀성 시일은 일시적일 수 있고, 예를 들면, 탄성 부재 (28) 는 압축의 제거시에 완전히 또는 부분적으로 이완됨으로써, 완전히 또는 부분적으로 그루브 (33) 를 재개방할 수 있다.

그루브 (33) 는 비압축된 상태에서 제 1 횡단면 구역 및 압축된 상태에서 제 2 횡단면 구역을 가질 수 있다. 다양한 실시형태들에서, 탄성 부재 (28) 의 부분은 그루브 (33) 를 실질적으로 변형시키지 않고 그루브 (33) 내에 압축된다. 예를 들면, 압축된 상태에서 압축 사이트에서의 횡단면 구역 대 비압축된 상태에서 동일한 장소에서의 횡단면 구멍의 비는 적어도 약 0.75, 적어도 약 0.85, 적어도 약 0.925, 적어도 약 0.975, 또는 약 1 일 수 있다. 다양한 실시형태들에서, 그루브 (33) 의 높이, 예를 들면, 압축된 상태에서 압축 사이트에서의 그루브 (33) 의 최대 높이는 비압축된 상태에서 동일한 장소에서의 그루브의 높이의 적어도 약 75%, 적어도 약 85%, 적어도 약 90%, 적어도 약 95%, 또는 약 100% 일 수 있다. 다양한 실시형태들에서, 그루브 (33) 의 폭, 예를 들면 압축된 상태에서 압축 사이트에서의 그루브 (33) 의 최대 폭은 비압축된 상태에서 동일한 장소에서의 그루브 (33) 의 폭의 적어도 약 75%, 적어도 약 85%, 적어도 약 90%, 적어도 약 95%, 또는 약 100% 일 수 있다.

만곡된 슬롯 (14) 의 길이를 따라 압축 사이트의 병진 운동은 효과적인 펌핑 작용을 생성하여 전진하는 변형 요소 또는 액츄에이터 (102) 의 방향에서 채널 (35) 내로 유체의 유동을 발생시킨다 (도 9 를 참조). 일부 실시형태들에서, 탄성 부재 (28) 의 제 1 표면은 강성의 본체 (12) 의 상단 표면 위로 연장됨으로써, 강성의 기재 (16) 에 대해 압축될 때에 채널 (35) 내로 탄성 부재 (28) 의 시일링을 지원할 수 있는 엘라스토머 재료의 두께를 증가시킨다.

지금부터 도 5a-도 5c, 도 6a-도 6c, 도 7a-도 7c, 및 도 8a-도 8c 를 참조하면, 본 발명은 마이크로유체 펌프 (100) 를 형성하도록 로터리 액츄에이터 (102) 와 함께 사용하기 위한 마이크로유체 디바이스 (50) 를 제공한다. 마이크로유체 디바이스 (50) 는 상단 표면 (54) 및 바닥 표면 (56) 을 갖는 실질적으로 강성의 기재 (52) 를 포함하고, 구멍 (58) 은 그를 통해 배치된 내부 표면 (60) 을 갖는다. 구멍 (58) 의 내부 표면 (60) 의 부분 내에는 하나 이상의 그루브들 (62) 이 존재한다. 다양한 실시형태들에서, 하나 이상의 그루브들 (62) 은 내부 표면 (60) 의 중앙 부분에 위치될 수 있다 (도 5a, 도 5b, 도 6a, 및 도 6b). 다양한 실시형태들에서, 하나 이상의 그루브들 (62) 은 강성의 기재 (52) 의 상단 표면 (54) 또는 바닥 표면 (56) 에 인접한 내부 표면 (60) 의 상단 에지 또는 바닥 에지를 따라 형성될 수 있다 (도 5c).

따라서, 이러한 구성에서, 마이크로유체 펌프 (100) 는 펌핑 작동을 위해 마이크로유체 디바이스 (10) 의 강성의 본체 (12) 의 상단 본체를 향해 지향되는 힘에 의존하지 않고, 오히려, 구멍 (58) 의 중앙 (C) 으로부터 멀리 그리고 강성의 기재 (52) 의 내부 표면 (60) 을 향해 지향된 힘들이 펌핑 작용을 액츄에이팅하도록 사용된다. 마찬가지로, 상기 구성은 제작 비용들을 감소시키고 그 조립을 용이하게 한다는 추가의 이점을 제공한다. 다양한 실시형태들에서, 강성의 기재 (52) 는 실질적으로 평면일 수 있고 금속, 플라스틱, 실리콘 (예를 들면 결정질실리콘), 또는 유리와 같은 그러나 이에 제한되지 않는 비-탄성 재료로부터 형성될 수 있다.

그루브 (62) 의 양쪽 단부 부분들 (64) 에는 강성의 기재 (52) 의 표면 (즉, 상단 표면 (54), 바닥 표면 (56), 또는 측 표면 (70)) 에 형성된 개별적인 유입구/유출구 커넥터 (68) 와 각각 유체 연통하는 포트들 (66) 이 배치된다. 구멍 (58) 의 내부 표면 (60) 에 배치된 하나보다 많은 그루브 (62) 를 포함하는 마이크로유체 디바이스 (50) 의 실시형태에서, 각각의 그루브 (62) 는 실질적으로 서로 평행하고, 차례로 강성의 기재 (52) 의 표면 (즉, 상단 표면 (54), 바닥 표면 (56), 또는 측 표면 (70)) 에 형성된 유입구/유출구 커넥터들 (68) 의 개별적인 쌍과 유체 연통하는 양쪽 단부 부분들 (64) 에 배치된 포트들 (66) 의 쌍을 포함한다. 다양한 실시형태들에서, 유입구/유출구 커넥터들 (68) 의 쌍은 강성의 기재 (52) 의 측 표면 (70) 에 각각 형성된다 (도 5a 및 도 5b). 다양한 실시형태들에서, 유입구/유출구 커넥터들 (68) 의 쌍은 강성의 기재 (52) 의 상단 표면 (54) 또는 바닥 표면 (56) 에 각각 형성된다 (도 5c 및 도 6c). 소정 실시형태들에서, 각각의 유입구/유출구 커넥터들 (68) 은 서로 강성의 기재 (52) 의 상이한 표면들 (즉, 상단 표면 (54), 바닥 표면 (56), 또는 두개의 상이한 측 표면들 (70)) 에 형성된다.

마이크로유체 디바이스 (50) 는 강성의 지지부 (52) 의 구멍 (58) 내에 끼워맞춤되도록 크기 설정되고 성형된 강성의 칼라 (92) 를 추가로 포함한다. 칼라 (92) 의 내부 표면 (94) 내에는 강성의 기재 (52) 내에 각각 그루브 (62) 와 정렬되게 위치되는 하나 이상의 만곡된 슬롯들 (96) 이 배치된다. 상기 논의된 바와 같이, 강성의 기재 (52) 의 내부 표면 (60) 내에 배치된 하나보다 많은 그루브 (62) 을 포함하는 마이크로유체 디바이스 (50) 의 실시형태들은 각각의 그루브 (62) 에 상응하는 만곡된 슬롯 (96) 을 포함하는 칼라 (92) 를 가질 것이다.

칼라 (92) 의 만곡된 슬롯 (96) 내에는 제 1 표면 (74) 및 제 2 표면 (76) 을 갖는 탄성 부재 (72) 가 제공된다. 탄성 부재 (72) 는 예를 들면 엘라스토머와 같은 임의의 변형 가능한 그리고/또는 압축 가능한 재료로부터 형성되고 그사이에 유체-기밀성 시일을 생성하도록 칼라 (92) 의 만곡된 슬롯 (96) 에 고정될 수 있다. 다양한 실시형태들에서, 탄성 부재 (72) 는 만곡된 슬롯 (96) 의 내부 표면 (98) 에 본딩되고 그리고/또는 칼라 (92) 의 내부 표면 (94) 에 본딩될 수 있다.

다양한 실시형태들에서, 칼라 (92) 는 그 주변부 주위에 배치되고 구멍 (58) 의 중앙 (C) 으로부터 멀리 연장되는 플랜지 (86) 를 포함할 수 있다. 플랜지 (86) 는 강성의 본체 (52) 의 상단 표면 (54) 또는 바닥 표면 (56) 내에 형성된 환상의 링 (88) 내에 끼워맞춤되도록 크기 설정되고 성형될 수 있다 지금부터 도 8a-도 8c 를 참조하면, 다양한 실시형태들에서, 칼라 (92) 가 강성의 본체 (52) 에 부착될 때에, 플랜지 (86) 의 상단 표면 (85) 은 강성의 본체 (52) 의 상단 표면 (54) 위로 연장된다. 다양한 실시형태들에서, 칼라 (92) 가 강성의 본체 (52) 에 부착될 때에, 플랜지 (86) 의 상단 표면 (85) 은 강성의 본체 (52) 의 상단 표면 (54) (또는 바닥 표면 (56)) 과 동일한 높이이다.

다양한 방법들이 칼라 (92) 에 탄성 부재 (72) 를 본딩하고 그리고/또는 강성의 기재 (52) 에 칼라 (92) 를 부착하는 데 사용될 수 있다. 상기 논의된 바와 같이, 부품들은 본드의 생성/접착의 경화 전에 서로에 대해 두개의 부품의 이동을 허용하는 UV 경화성 접착제 또는 다른 접착제들을 사용하여 함께 결합될 수 있다. 적절한 접착제들은 UV 경화성 접착제, 열-경화된 접착제, 압력 민감성 접착제, 산소 민감성 접착제, 및 양면 테이프 접착제를 포함한다. 대안적으로, 부품들은 초음파 용접 프로세스, 열 용접 프로세스, 및 비틀림 용접 프로세스와 같은 용접 프로세스를 사용하여 커플링될 수 있다. 추가의 대안예에서, 부품들은 투샷 몰딩 또는 오버몰딩의 프로세스를 사용하여 결합될 수 있고, 상기 경우에 처음에 하나의 폴리머 및 그후에 다른 폴리머가 단일한 피스를 형성하도록 몰드 공구 내로 사출된다. 본 기술 분야에 당업자는 엘라스토머 및 비-엘라스토머 폴리머들이 부품들 사이에서 유체 기밀성 시일들을 달성하도록 이러한 방식으로 결합될 수 있다는 것을 용이하게 이해할 것이다.

다시 도 7a-도 7c 를 참조하면, 칼라 (92) 가 강성의 기재 (52) 에 부착될 때에, 탄성 부재 (72) 의 제 2 표면 (76) 은 사용 중에 유체가 유동할 수 있는 그루브 (62) 와 채널 (82) 을 규정한다. 예를 들면 롤러 또는 액츄에이터와 같은 변형 요소를 통해 힘이 탄성 부재 (72) 에 인가될 때에, 탄성 부재 (72) 의 적어도 일부는 그루브 (62) 와 형성된 채널 (82) 내에서 압축됨으로써, 압축 사이트에서 채널 (82) 의 적어도 일부를 폐쇄한다. 다양한 실시형태들에서, 탄성 부재 (72) 의 제 2 표면 (76) 은 실질적으로 플랫형일 수 있거나 또는 채널 (82) 을 추가로 규정하도록 오목형일 수 있다.

상기와 같이, 압축된 상태에서, 탄성 부재 (72) 는 전형적으로 압축 사이트에서 채널 (82) 로부터 유체의 실질적인 부분을 변위시키도록 채널 (82) 의 충분한 부분을 폐쇄한다. 예를 들면, 탄성 부재 (72) 는 압축 사이트에서의 다른 측에서 채널 (82) 내에 배치된 유체로부터 압축 사이트에서의 일측에서 채널 (82) 내에 배치된 유체를 분리하도록 채널 (82) 의 충분한 부분을 폐쇄한다. 다양한 실시형태들에서, 탄성 부재 (72) 는 압축된 상태에서, 그루브 (62) 의 비압축된 횡단면 구역의 적어도 약 50%, 적어도 약 75%, 적어도 약 90%, 적어도 약 95%, 적어도 약 97.5%, 적어도 약 99%, 또는 본질적으로 전부를 압축 사이트에서 폐쇄한다.

압축은 압축 사이트에서의 그루브 (62) 내에 탄성 부재 (72) 와 강성의 기재 (52) 사이의 유체-기밀성 시일을 생성할 수 있다. 유체-기밀성 시일이 형성될 때에, 유체, 예를 들면 액체가 압축 사이트에서의 일측으로부터 압축 사이트에서의 다른 측으로 그루브 (62) 를 따라 통과하는 것이 방지된다. 유체-기밀성 시일은 일시적일 수 있고, 예를 들면, 탄성 부재 (72) 는 압축의 제거시에 완전히 또는 부분적으로 이완됨으로써 그루브 (62) 를 완전히 또는 부분적으로 재개방시킬 수 있다.

그루브 (62) 는 비압축된 상태에서 제 1 횡단면 구역 및 압축된 상태에서 제 2 횡단면 구역을 가질 수 있다. 다양한 실시형태들에서, 탄성 부재 (72) 의 부분은 그루브 (62) 를 실질적으로 변형시키지 않고 그루브 (62) 내에서 압축된다. 예를 들면, 압축된 상태에서 압축 사이트에서의 횡단면 구역 대 비압축된 상태에서 동일한 장소에서의 횡단면 구역의 비는 적어도 약 0.75, 적어도 약 0.85, 적어도 약 0.925, 적어도 약 0.975, 또는 약 1 일 수 있다. 다양한 실시형태들에서, 그루브 (62) 의 폭, 예를 들면, 압축된 상태에서 압축 사이트에서의 그루브 (62) 의 최대 폭은, 비압축된 상태에서 동일한 장소에서의 그루브 (62) 의 폭의 적어도 약 75%, 적어도 약 85%, 적어도 약 90%, 적어도 약 95%, 또는 약 100% 일 수 있다. 다양한 실시형태들에서, 그루브 (62) 의 높이, 예를 들면, 압축된 상태에서 압축 사이트에서의 그루브 (62) 의 최대 높이는 비압축된 상태에서 동일한 장소에서의 그루브 (62) 의 폭의 적어도 약 75%, 적어도 약 85%, 적어도 약 90%, 적어도 약 95%, 또는 약 100% 일 수 있다.

만곡된 슬롯 (96) 의 길이를 따른 압축 사이트의 병진 운동은 효과적인 펌핑 작용을 생성하여 전진하는 변형 요소 또는 액츄에이터의 방향으로 채널 (82) 내에서 유체의 유동을 발생시킨다 (도시 생략). 일부 실시형태들에서, 탄성 부재 (72) 의 제 1 표면 (74) 은 칼라 (92) 의 내부 표면 (94) 을 넘어 구멍 (58) 의 중앙 (C) 을 향해 연장된다. 소정 실시형태들에서, 제 1 표면 (74) 은 채널 (82) 의 일부 또는 전체에 걸쳐 배치된 상승된 요소 (84) 를 포함한다. 따라서, 상승된 요소 (84) 는 채널 (82) 과 일치하는 구역에서 증가된 횡단면 두께를 제공한다. 이는 채널 (82) 의 표면과 그루브 (62) 내로 전진된 변형된 탄성 부재 (72) 사이에 워터 기밀성 시일을 생성하는 데 지원한다. 본 기술 분야의 당업자는 상승된 요소 (84) 가 범프와 같은 다수의 적절한 형상들 중 하나일 수 있다는 것을 이해할 것이다. 다른 실시형태들에서, 탄성 부재 (72) 는 상승된 요소 (84) 를 갖지 않는다.

채널들 (35 및 82) 은 탄성 부재 (28 및 72) 가 그루브들 (20 및 62) 내에서 점진적으로 변형되는 주어진 속도 동안 채널 내의 체적 및 최종 유동 속도를 규정하도록 치수 설정될 수 있다. 따라서 형성된 그루브들 (20 및 62) 의 고품질 및 정확성은 마이크로유체 디바이스가 매우 느리고 균일한 유동 속도들을 달성할 수 있게 하고, 이는 다르게 대체의 제조 프로세스들이 채용된다면 달성될 수 없을 것이다. 그렇게 형성된 채널들은 그들의 길이들의 전체 또는 일부를 따라 일정한 폭 치수 및 일정한 깊이 치수를 갖도록 치수 설정될 수 있다. 소정 실시형태들에서, 채널들 (35 및 82) 은 변형 요소 또는 액츄에이터와 맞물리는 탄성 부재의 길이를 따라 일정한 폭 치수 및 일정한 깊이 치수를 가질 것이다. 일반적으로, 채널 (35 및 82) 은 500 내지 900 미크론의 폭 치수 및 40 내지 100 미크론의 깊이 치수를 가질 수 있다. 그와 같이, 디바이스는 0.001 ㎕/s 내지 5.0 ㎕/s 로 채널 (35 및 82) 내의 유동 속도에 대해 맞춰질 수 잇다.

본원에 설명된 마이크로유체 디바이스들에 형성된 그루브들 (20 및 62) 은 다양한 횡단면의 기하학적 형상을 사용할 수 있다. 채널의 하나의 표면이 원호형임으로써 오목한 원형의 기하학적 형상을 규정하는 그루브를 본원에 제공된 도면들이 도시하지만, 채널들은 라운드형, 타원형 또는 일반적으로 U-형상의 표면을 가질 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 하나의 실시형태에서, 채널은 0.7 내지 0.9 mm 의 곡률 반경을 갖는 원호 형상의 표면을 갖는다. 본 기술 분야의 당업자는 마이크로유체 디바이스들에 형성된 채널들의 표면들이 예를 들면 소수성을 변화시킴으로써 변경될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들면, 소수성은 계면 활성제들과 같은 친수성 재료들의 적용, 소수성 재료들의 적용, 원하는 소수성을 갖는 재료들로부터의 구성, 강력한 빔들에 의한 표면들의 이온화, 및/또는 그와 같은 것에 의해 변경될 수 있다.

지금부터 도 13 을 참조하면, 또 다른 양상에서, 본원에 설명된 마이크로유체 디바이스 (10, 50) 를 사용하는 마이크로유체 펌프 (100) 가 제공된다. 마이크로유체 펌프 (100) 는 하나 이상의 마이크로유체 디바이스들 (10, 50) 및 액츄에이터가 회전할 때에 마이크로유체 디바이스(들) (10, 50) 의 탄성 부재 (72) 의 제 1 표면 (74) 의 부분을 압축하도록 구성된 로터리 액츄에이터 (102) 를 포함한다. 도 13 은 단일한 마이크로유체 디바이스 (10, 50) 로써 도시되지만, 임의의 수의 마이크로유체 디바이스들 (10, 50) 이 멀티채널 펌프 (100) 을 형성하도록 액츄에이터 (102) 에 제공될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 다양한 실시형태들에서, 펌프 (100) 는 1-8 (즉, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 또는 8) 개의 마이크로유체 디바이스들 (10, 50) 를 포함할 수 있다. 다양한 실시형태들에서, 펌프 (100) 는 1 또는 3 개의 마이크로유체 디바이스들 (10, 50) 를 포함한다.

따라서, 액츄에이터 (102) 의 기계적 회전은 마이크로유체 디바이스 (10, 50) 의 만곡된 슬롯 (96) 의 길이를 따라 압축 사이트의 병진 운동을 발생시킴으로써, 효과적인 펌핑 작용을 생성하여 전진하는 액츄에이터 (102) 의 방향으로 채널 (82) 내에서 유체의 유동을 발생시킨다. 유체의 유동은 그후 적절한 유입구/유출구 커넥터 (68) 를 통해 그리고 예를 들면, 그에 부착된 튜빙 (110) 내로 나간다. 그러한 튜빙은 본 기술 분야에 당업자에 의해 이해될 수 있는 바와 같은 펌프 (100) 와 프로세스, 테스트 분석기, 약물 투여 디바이스, 또는 산업적 적용예 사이에 유체 연통을 제공할 수 있다.

상기 논의된 바와 같이, 일반적으로 만곡된 채널 (82) 은 액츄에이터 (102) 가 회전함으로써, 마이크로유체 디바이스 (10, 50) 의 만곡된 슬롯(들) (14, 96) 을 따라 병진 압축될 때에 실질적으로 채널 (35, 82) 을 변형시키지 않고 유체가 채널 (35, 82) 내에서의 탄성 부재 (28, 72) 의 압축에 의해 마이크로유체 디바이스 (10, 50) 의 채널(들) (35, 82) 을 통해 전진하는 것을 허용한다. 다양한 실시형태들에서, 액츄에이터 (102) 의 기계적인 회전은 액츄에이터 (102) 에 커플링되는 전기 모터 (104) 에 의해 완수될 수 있다. 전기 모터 (104) 및 액츄에이터 (102) 는 하우징 (106) 에 제공될 수 있어서 액츄에이터 (102) 는 마이크로유체 디바이스가 액츄에이터 (102) 와 접촉할 때에 마이크로유체 디바이스 (10, 50) 의 하나 이상의 탄성 부재들 (72) 을 방사상으로 횡단시키도록 구성된다. 종래 기술 분야의 당업자에게 이해될 수 있는 바와 같이, 마이크로유체 디바이스 (10, 50) 와 관련하여 액츄에이터 (102) 의 회전 방향은 채널(들)(82) 내에 유동 방향을 나타낸다. 그와 같이, 본 기술 분야의 당업자는 유리하게, 펌프 (100) 를 통한 유체 유동이 양방향일 수 있다는 것을 이해할것이다.

액츄에이터 (102) 는 따라서 그 운동을 제어하는 전기 모터 (104) 로 전압 (108) 을 인가함으로써 회전될 수 있다. 그와 같이, 본 발명은 본원에 설명된 바와 같은 마이크로유체 펌프 (100) 에 전압 (108) 을 인가하는 것을 포함하는 마이크로유체 프로세스를 수행하기 위한 방법을 추가로 제공한다. 인가된 전압 (108) 은 적어도 하나의 액츄에이터 (102) 또는 그에 부착된 변형 요소를 전진시키는 모터 (104) 를 활성화시키고, 이는 마이크로유체 디바이스 (10, 50) 의 탄성 부재 (72) 와 회전 가능하게 맞물린다. 그러한 회전은 상응하는 그루브 (62) 내에서 탄성 부재 (72) 의 변형을 발생시킴으로써 채널 (82) 의 적어도 일부를 폐쇄한다.

초당 다양한 범위의 펄스들이 전기 모터 (104) 에 인가됨으로써, 마이크로유체 디바이스 (10 또는 50) 내에서 다양한 범위의 유동 속도들을 유발시킬 수 있다. 유체 유동은 본질적으로 일정할 수 있고, 거의 없는 또는 전혀 없는 전단력이 심지어 매우 낮은 유동 속도들로 유체에 부과된다. 펌프의 이러한 특징들은 낮은 유동 속도들이 발생할 화학 반응들에 대해 충분한 시간을 제공하면서, 그것과 함께 수행되는 분석들의 정확성을 향상시킨다 (예를 들면, 피분석물 무결성은 전단 및 열화에의 샘플 구성 요소들의 노출을 최소화시킴으로써 유지된다). 낮은, 일정한 펌핑된 유동 속도는 또한 도징 정확성을 보장시키도록 약물 투여에서 매우 유용할 수 있다.

하나의 실시형태에서, 초당 100 내지 10,000 펄스들이 전기 모터 (104) 에 인가되어, 채널들을 통해 약 0.001 ㎕/s 내지 5.0 ㎕/s 의 유동 속도를 생성할 수 있다. 본 발명의 설계는 채널들 (82) 내의 힘들이 다양한 범위의 인가된 펄스들에 걸쳐 매우 일정하게 유지되게 허용한다.

다양한 실시형태들에서, 마이크로유체 디바이스 (10 또는 50) 의 유입구/유출구 커넥터들 (68) 이 하나 이상의 마이크로유체 분석기들 (200) 에 연결될 수 있다. 그러한 연결성은 마이크로유체 디바이스 (10, 50) 및 마이크로유체 분석기 (200) 가 부착되는 중간의 기재들에 형성된 튜빙 (110) 및/또는 채널들에 의해 실행됨으로써, 마이크로유체 디바이스 (10 또는 50) 와 마이크로유체 분석기 (200) 사이에 유체 연통을 확립할 수 있다. 마이크로유체 분석기 (200) 및/또는 중간의 기재는 생물학적 어세이가 유체 샘플에서 수행될 수 있도록 제공된 그 안에 또는 다른 곳에서 움직일 수 없는 다양한 시약들이 제공된 리저버들 및/또는 하나 이상의 마이크로채널들을 포함할 수 있다.

다음의 실시형태는 장치 및 소모품으로 이루어지는 낮은 비용의 진단 제품들에서 사용을 위해 본 발명의 마이크로유체 펌프 (100) 의 사용을 설명하고, 소모품은 잠재적인 높은 오염 위험성으로 인해 시일링이 요구된다. 두개의 양상들이 설명된다. 첫번째로, 소모품의 내부에 위치에서 디포짓팅된 저장된 건식 화막물질들에 액체 샘플의 펌핑을 수행한 후에, 저장된 화학물질들과 액체 샘플의 혼합이 이어지는 매우 낮은 비용의 방법. 두번째로, 희석 단계가 진단 프로세스를 통해 부분적인 방식으로 행해지는 동일한 펌핑 시스템을 사용하는 화학물질들의 희석. 두개의 양상들은 함께 또는 개별적으로 사용될 수 있다.

디포짓팅된 화학물질들에 샘플 유체의 펌핑을 수행한 후에 낮은 비용 방식으로 디포짓팅된 화학물질들과 샘플 유체의 혼합이 이어지는 방법은 장치 (100) 와 통합된 단지 하나의 액츄에이터 (102), 예를 들면 DC 또는 스텝퍼 모터 (104) 를 사용하는 것을 포함한다. 상기 설명된 바와 같이, 마이크로유체 디바이스 (10, 50) 는 펌프 액츄에이터들 (102) 또는 롤러들에 의해 변형되는 탄성 부재 (28, 72) 에 부분적으로 규정되는 하나 이상의 만곡된 환상의 채널들 (35, 82) 을 포함한다. 자석 또는 자석화된 퍽 (puck) 또는 볼 베어링들을 포함하는 혼합 챔버 마이크로유체 디바이스 (10, 50) (또는, 일부 실시형태들에서, 채널들 (35, 82) 에 동심임) 와 유체 연통한다. 액츄에이터 (102) 와 협력하여 퍽을 요동시키거나 또는 다르게 이동시킬 수 있는 자석 혼합 헤드가 퍽 또는 볼 베어링들에 자기적으로 커플링된다.

마이크로유체 디바이스 (10, 50) 의 채널들 (82) 로부터 혼합 챔버에 유입구 및 유출구 포트들을 제공함으로써, 유체는 모터 (104) 가 사전 결정된 방향으로 회전할 때에 펌프 채널들 (82) 로부터 혼합 챔버 내로 펌핑될 수 있다. 펌프 (100) 의 장치 구성 요소 (즉, 분석기 (200)) 는 모터 (104) 가 소정 방향으로 회전할 때에 기능적으로 펌핑 및 혼합을 제공하지만 모터 (104) 가 반대 방향으로 회전할 때에 단지 혼합 기능을 제공하는 적절한 메카니즘, 예를 들면 폴 및 압축 스프링에 의해 실행되는 래칫 시스템을 포함하고, 혼합 헤드는 모터 (104) 의 하나의 회전 방향으로 펌프 롤러들과 회전하고 펌프 롤러들 (102) 은 모터 (104) 가 다른 방향으로 회전할 때에 모터 (104) 로부터 해제되고, 따라서 단지 혼합 헤드의 회전만을 제공한다. 압축 스프링은 또한 효과적인 펌핑을 용이하게 하도록 펌프 채널들 (82) 에서 필수적인 접촉력을 제공할 수 있다.

다음은 본원에 설명된 마이크로유체 디바이스들 (10, 50) 을 사용하여 진단 테스트 중에 희석 단계를 수행하는 예시적인 방법을 설명할 것이다. 이러한 실시형태에서, 두개의 만곡된 펌프 채널들 (35, 82) 은 각각 그들의 자체의 유체 경로를 갖는, 예를 들면, 내부 채널이 샘플 유체의 유체 펌핑을 제공하고 외부 채널은 희석 유체를 위한 유체 펌핑을 제공하는 마이크로유체 디바이스 (10, 50) 에 포함된다. 각각의 채널 (35, 82) 은 동일한 펌프 롤러들 또는 액츄에이터들 (102) 에 의해 압축될 수 있어서, 전기 모터 (104) 에 의한 구동 샤프트의 회전은 양쪽 샘플 유체 및 버퍼/희석 유체가 펌핑되게 한다. 상기 논의된 바와 같이, 보다 많은 유체들이 별개의 채널들 (35, 82) 에서 펌핑되도록 요구된다면, 마이크로유체 디바이스들 (10, 50) 은 원한다면 평행하게 복수의 유체 채널들 (35, 82) 을 수용하도록 형성될 수 있다. 이러한 실시형태에서 운반되는 샘플은 첫번째로 채널 (35, 82) 과 유체 연통하게 혼합 챔버에 위치된 저장된 디포짓팅된 화학물질들과 혼합된 후, 희석 유체를 사용하여 희석 단계가 이어지도록 요구된다.

저장된 화학물질들로부터 멀리 희석 유체를 저장하는 것이 바람직하고 따라서 저장된 화학물질들은 희석 유체에 의해 영향을 받지 않게 된다. 모터 (104) 가 소정 방향으로 회전할 때에 펌프 롤러들 또는 액츄에이터들 (102) 는 마이크로유체 분석기 (200) 의 챔버 내로 양쪽 샘플 유체 및 희석 유체를 운반하도록 마이크로유체 디바이스 (10, 50) 의 탄성 부재 (72) 와 맞물린다. 혼합 챔버가 샘플 유체로 충전되기 때문에, 희석 유체는 요구된 희석 유체의 양 및 희석 유체 펌핑 채널들 (35, 82) 의 기하학적 형상 및 혼합 챔버 체적에 따라 크기 설정된 2차 챔버를 충전한다. 모터 (104) 가 정지될 때에 양쪽 희석 유체 및 샘플 유체는 그들의 개별적인 챔버들에서 유지된다.

혼합이 요구된다면, 상기 설명된 바와 같은 등가의 메카니즘은 단지 혼합만을 제공하도록 반대 방향으로 모터 (104) 를 회전시키도록 실행될 수 있다. 샘플 유체 및 희석 유체가 조합되도록 요구될 때에, 모터 (104) 는 두개의 유체들을 조합하는 마이크로유체 분석기 (200) (또는 마이크로유체 디바이스 (10 또는 50)) 내의 위치로 샘플 및 희석 유체를 운반하는 펌프 롤러들/액츄에이터들 (102) 과 맞물리도록 회전한다. 두개의 유체들을 조합하는 것을 지원하도록, 패시브 혼합 특징들이 유체 조합 영역에 포함될 수 있다. 모터 (104) 가 두개의 유체들을 펌핑 (100) 하도록 연속적으로 회전하기 때문에, 희석된 샘플은 분석기 내에 또 다른 위치로, 예를 들면 피분석물의 검출을 수행하는 위치로 운반될 수 있다.

본 발명은 상기 개시를 참조하여 설명되지만, 변경예들 및 변형예들은 본 발명의 사상 및 범위 내에 포함된다는 것이 이해될 것이다. 따라서, 본 발명은 단지 다음의 청구 범위들에 의해서만 제한된다.

Claims

마이크로유체 디바이스로서,
a) 제 1 만곡된 슬롯이 안에 배치된 강성의 본체;
b) 상기 강성의 본체에 부착된 상단 표면을 갖고, 상기 상단 표면에 배치되고 상기 제 1 만곡된 슬롯의 제 1 단부 및 제 2 단부와 정렬되게 위치된 제 1 유입구 포트 및 제 1 유출구 포트를 포함하는 강성의 기재; 및
c) 상기 제 1 만곡된 슬롯 내에 배치되고 제 1 표면 및 제 2 표면을 갖는 제 1 탄성 부재를 포함하고,
상기 제 1 탄성 부재의 전체 길이는 상기 제 1 만곡된 슬롯 내에 배치되고;
상기 제 1 표면은 상기 강성의 본체의 상단 표면 위로 연장되고;
상기 제 2 표면은 상기 강성의 기재와 제 1 채널을 규정하는 그루브를 포함하는, 마이크로유체 디바이스.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 탄성 부재는 상기 강성의 본체의 만곡된 슬롯에 본딩되는, 마이크로유체 디바이스.
제 1 항에 있어서,
각각 상기 강성의 기재의 상기 유입구 포트 및 유출구 포트와 개별적으로 유체 연통하는 유입구 커넥터 및 유출구 커넥터를 추가로 포함하는, 마이크로유체 디바이스.
제 3 항에 있어서,
상기 유입구 커넥터 및 상기 유출구 커넥터는 상기 강성의 기재의 측 표면에 배치되는, 마이크로유체 디바이스.
제 4 항에 있어서,
상기 유입구 커넥터 및 상기 유출구 커넥터는 서로 상기 강성의 기재의 상이한 측 표면들에 배치되는, 마이크로유체 디바이스.
제 1 항에 있어서,
만곡된 슬롯은 상기 강성의 본체의 중앙에 대해 고정된 곡률 반경을 갖는, 마이크로유체 디바이스.
제 1 항에 있어서,
만곡된 슬롯은 상기 강성의 본체의 중앙에 대해 증가하거나 또는 감소하는 증가하는 또는 감소하는 곡률 반경을 갖는, 마이크로유체 디바이스.
삭제
제 1 항에 있어서,
d) 상기 강성의 본체에 배치되고 상기 제 1 만곡된 슬롯에 평행하게 위치된 하나 이상의 제 2 만곡된 슬롯들;
e) 각각 상기 하나 이상의 제 2 만곡된 슬롯들 내에 배치되고 제 1 표면 및 제 2 표면을 갖는 하나 이상의 제 2 탄성 부재들로서, 각각의 상기 하나 이상의 제 2 탄성 부재들의 상기 제 2 표면은 상기 강성의 기재와 하나 이상의 제 2 채널들을 규정하는 그루브를 포함하는, 상기 하나 이상의 제 2 탄성 부재들; 및
f) 상기 강성의 본체에 배치되고 상기 하나 이상의 제 2 만곡된 슬롯들의 개별적인 단부들과 정렬되게 위치되는 하나 이상의 제 2 유입구 포트들 및 제 2 유출구 포트들을 추가로 포함하는, 마이크로유체 디바이스.
제 1 항 내지 제 7 항 및 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 하나 이상의 마이크로유체 디바이스들 및 회전 가능한 액츄에이터를 포함하는 펌프로서,
상기 액츄에이터는 상기 액츄에이터가 만곡된 슬롯을 따라 회전 및 병진 압축할 때에 채널을 변형시키지 않고 상기 채널 내에서 탄성 부재의 상기 상단 표면의 부분을 압축하도록 구성되는, 펌프.
제 10 항에 있어서,
상기 펌프는 1-8 개의 마이크로유체 디바이스들을 포함하는, 펌프.
제 11 항에 있어서,
상기 펌프는 1 개의 마이크로유체 디바이스를 포함하는, 펌프.
제 11 항에 있어서,
상기 펌프는 3 개의 마이크로유체 디바이스들을 포함하는, 펌프.
제 10 항에 있어서,
상기 펌프는 마이크로유체 분석기와 유체 연통하게 배치되는, 펌프.
제 14 항에 있어서,
상기 마이크로유체 분석기는 적어도 하나의 타겟을 포함하는 것으로 추측되는 액체 샘플을 수용하도록 구성되는 적어도 하나의 마이크로채널을 포함하고, 상기 마이크로채널은 상기 적어도 하나의 타겟의 존재를 판별하는 데 사용하기 위한 적어도 하나의 시약을 포함하는, 펌프.