(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モジュール式マイクロ流体システムにおいて、
複数のチャンネル、並びに該チャンネルの網目構造、孔、および凹部が中に形成された上面を有するマザーボード、
各々が前記マザーボード内のチャンネルの内の１つに配置できる大きさの少なくとも１つのチャンネル・インサート、
少なくとも１つの取付部材、および
前記少なくとも１つの取付部材により、前記少なくとも１つのチャンネル・インサートに連結される少なくとも１つのマイクロモジュール、
を備え、前記少なくとも１つのマイクロモジュール、前記少なくとも１つの取付部材、および前記少なくとも１つのチャンネル・インサートの間で流体連通していることを特徴とするモジュール式マイクロ流体システム。
【請求項２】
前記少なくとも１つの取付部材が第１の端部と第２の端部を有し、該第１の端部がマイクロモジュールと一体となり、前記第２の端部が前記少なくとも１つのチャンネル・インサート内の孔と連結して、逆目取付部、テーパー取付部、ルアー取付部またはルアーロック取付部を形成するように構成されていることを特徴とする請求項１記載のモジュール式マイクロ流体システム。
【請求項３】
少なくとも１つのヒータをさらに備え、各ヒータが、前記マザーボードと前記少なくとも１つのマイクロモジュールの内の１つとの間に配置されるように構成されていることを特徴とする請求項１記載のモジュール式マイクロ流体システム。
【請求項４】
少なくとも１つのポンプ−バルブアクチュエータをさらに備え、各ポンプ−バルブアクチュエータが、前記マザーボードと、中にマイクロチャンネルが形成された前記少なくとも１つのマイクロモジュールの内の１つとの間に配置されるように構成されていることを特徴とする請求項１記載のモジュール式マイクロ流体システム。
【請求項５】
少なくとも１つの電気接触ユニットをさらに備え、各電気接触ユニットが、前記マザーボードと前記少なくとも１つのマイクロモジュールの内の１つとの間に配置されるように構成されていることを特徴とする請求項１記載のモジュール式マイクロ流体システム。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の説明】
【０００１】
本出願は、２００８年３月２０日に出願された、「モジュール式マイクロ流体システムおよびモジュール式マイクロ流体システムの構築方法」と題する米国特許出願第１２／０７７６２１号の恩恵を主張するものである。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、生化学分野に関し、詳しくは、モジュール式マイクロ流体システムおよびモジュール式マイクロ流体システムの構築方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
製造業者は、化学と生物学の研究を行うために使用されるマイクロ流体システムの製造へのより大きな関心を示している。マイクロ流体システムは、非常に小さな体積の流体を使用しながら、複雑な化学反応や生体反応を行えるので、評判がよい。典型的なマイクロ流体システムは、例えば、相互接続部またはマイクロチャンネルを通じて流体的に連通した反応槽、ミキサおよび検出器などの多くの異なる部材を有する。この典型的なマイクロ流体システムには、流体サンプルを加熱する、ポンプ輸送するおよび案内する、ヒータ、アクチュエータおよびバルブなどの部材がその中に組み込まれている。
【０００４】
マイクロ流体システムは、高価な試薬の消費を減少させる、反応時間を減少させる、温度サイクル時間を短縮する、混合を向上させる、流体の小さな体積を精密に操作することなどのいくつかの利点を提供する複雑なシステムの小型化および集積を含むマイクロ流体技術を実践する。マイクロ流体技術により、大規模のベンチトップ型実験プロトコルを自動化し、それらを低コストでポータブルなマイクロ流体システムに集約することが可能になる。
【０００５】
しかしながら、今日、高機能のマイクロ流体システムを開発するために、個々の部材を最適化し、次いで、それらの集積を最適化してマイクロ流体システムを設計するには、膨大な時間と専門知識が要求される。例えば、ある部材を最適化すれば、それだけで良好に機能するかもしれないが、一旦、他の部材と集積したら、不十分な集積により、または動作条件の変化により、その性能が損なわれてしまうかもしれない。それに加え、マイクロ流体システムへのわずかな変更にはシステム全体の再構築がしばしば必要であり、これにより、開発時間が長くかかり、相当なコストを負うことになる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
それゆえ、機能性マイクロ流体システムを構築するための部材を迅速にカスタマイズできるようにする、応答時間の速い低コストの器具を開発することが非常に望ましいであろう。この必要性と他の必要性は、本発明の「プラグ・アンド・プレイ(plug-n-play)」方式のモジュール式マイクロ流体システムおよび「プラグ・アンド・プレイ」方式のモジュール式マイクロ流体システムを構築する方法によって満たされる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
ある態様において、本発明は、（ａ）中に複数のチャンネルが形成された上面を有するマザーボード、（ｂ）マザーボード内のチャンネルの内の１つの中に各々が配置されるようなサイズの少なくとも１つのチャンネル・インサート、（ｃ）少なくとも１つの取付部材、および（ｄ）少なくとも１つのマイクロモジュールを有するモジュール式マイクロ流体システムであって、少なくとも１つのマイクロモジュールの内の１つが１つの取付部材を通じて１つのチャンネル・インサートに連結され、１つのマイクロモジュール、１つの取付部材、および１つのチャンネル・インサートの間が流体連通しているモジュール式マイクロ流体システムを含む。
【０００８】
別の態様において、本発明は、モジュール式マイクロ流体システムを構築する方法であって、（ａ）複数のチャンネルを備えた上面を有するマザーボードを提供し、（ｂ）複数のチャンネル・インサートを提供し、（ｃ）マザーボード内の１つ以上チャンネルの内部に１つ以上のチャンネル・インサートを配置し、（ｄ）少なくとも１つのマイクロモジュールを提供し、（ｅ）少なくとも１つの取付部材を使用して、マイクロモジュールの内の１つを、マザーボードのチャンネル内に配置された少なくとも１つのチャンネル・インサートに連結する各工程を有してなり、１つのマイクロモジュール、少なくとも１つの取付部材、および少なくとも１つのチャンネル・インサートの間が流体連通している方法を含む。
【０００９】
さらに別の態様において、本発明は、マイクロ流体デバイスを構築するためのキットを含む。このキットは、（ａ）中に複数のチャンネルが形成された上面を有するマザーボード、（ｂ）マザーボード内のチャンネルの内の１つの中に各々が配置されるようなサイズの少なくとも１つのチャンネル・インサート、（ｃ）少なくとも１つの取付部材、および（ｄ）少なくとも１つのマイクロモジュールを含み、ここで、マイクロ流体デバイスが、少なくとも、１つのマイクロモジュールおよび１つの取付部材の間に流体−気体連通があるように１つの取付部材に接続された１つのマイクロモジュールを使用して構築されており、１つのマイクロモジュールおよび１つの取付部材が、逆目取付具、テーパー取付具、ルアー(Luer)取付具またはルアーロック取付具によって互いに連結されている。
【００１０】
本発明の追加の態様は、一部には、以下の詳細な説明、図面および特許請求の範囲に述べられており、一部は、詳細な説明から導かれ、もしくは本発明の実施によって分かるであろう。先の一般的な説明および以下の詳細な説明は、例示と説明だけであり、開示された発明を制限するものではないのが理解されよう。
【００１１】
本発明は、添付の図面と共に解釈したときに、以下の詳細な説明を参照することによって、より完全に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】本発明の実施の形態による例示のモジュール式マイクロ流体システムを示す斜視図
【図１Ｂ】本発明の実施の形態による別の例示のモジュール式マイクロ流体システムを示す平面図
【図２Ａ】本発明の実施の形態によるモジュール式マイクロ流体デバイスを構築するために使用できる異なるサイズと形状を有する様々なチャンネル・インサートを示す平面図
【図２Ｂ】本発明の実施の形態によるモジュール式マイクロ流体デバイスを構築するために使用できるチャンネル・インサートを示す斜視図
【図２Ｃ】本発明の実施の形態によるモジュール式マイクロ流体デバイスを構築するために使用できるチャンネル・インサートの作用を示す斜視図
【図２Ｄ】本発明の実施の形態によるモジュール式マイクロ流体デバイスを構築するために使用できるチャンネル・インサートの作用を示す斜視図
【図３】本発明の実施の形態によるモジュール式マイクロ流体デバイスを構築するために使用できる様々な異なるマイクロモジュール（またはマイクロチップモジュール）を示す平面図
【図４Ａ】本発明の実施の形態による２つのチャンネル・インサートに接続される２つの取付部材に１つのマイクロモジュールをどのように接続できるかの説明に役立つように使用される斜視図
【図４Ｂ】本発明の実施の形態による２つのチャンネル・インサートに接続される２つの取付部材に１つのマイクロモジュールをどのように接続できるかの説明に役立つように使用される断面図
【図４Ｃ】本発明の実施の形態による２つのチャンネル・インサートに接続される２つの取付部材に１つのマイクロモジュールをどのように接続できるかの説明に役立つように使用される断面図
【図５Ａ】本発明の別の実施の形態による２つのチャンネル・インサートに接続される２つの取付部材に１つのマイクロモジュールをどのように接続できるかの説明に役立つように使用される斜視図
【図５Ｂ】本発明の別の実施の形態による２つのチャンネル・インサートに接続される２つの取付部材に１つのマイクロモジュールをどのように接続できるかの説明に役立つように使用される断面図
【図５Ｃ】本発明の別の実施の形態による２つのチャンネル・インサートに接続される２つの取付部材に１つのマイクロモジュールをどのように接続できるかの説明に役立つように使用される断面図
【図６Ａ】本発明の別の実施の形態による２つのチャンネル・インサートに接続される２つの取付部材に１つのマイクロモジュールをどのように接続できるかの説明に役立つように使用される斜視図
【図６Ｂ】本発明の別の実施の形態による２つのチャンネル・インサートに接続される２つの取付部材に１つのマイクロモジュールをどのように接続できるかの説明に役立つように使用される断面図
【図６Ｃ】本発明の別の実施の形態による２つのチャンネル・インサートに接続される２つの取付部材に１つのマイクロモジュールをどのように接続できるかの説明に役立つように使用される断面図
【図７】本発明のさらに別の実施の形態による、上部ではなく端部に開口を有する２つのチャンネル・インサートに１つのマイクロモジュールを接続できる様式の説明に役立つように使用される断面図
【図８】本発明のさらに別の実施の形態による、上部ではなく端部に開口を有する２つのチャンネル・インサートに１つのマイクロモジュールを接続できる別の様式の説明に役立つように使用される断面図
【図９】本発明のさらに別の実施の形態による、上部ではなく端部に開口を有する２つのチャンネル・インサートに１つのマイクロモジュールを接続できるさらに別の様式の説明に役立つように使用される断面図
【図１０Ａ】本発明の実施の形態によるマザーボードに、１つのマイクロモジュール（一体式取付部材を備えた）、２つのチャンネル・インサートおよび１つのヒータをどのように接続できるかの説明に役立つように使用される斜視図
【図１０Ｂ】本発明の実施の形態によるマザーボードに、１つのマイクロモジュール（一体式取付部材を備えた）、２つのチャンネル・インサートおよび１つのヒータをどのように接続できるかの説明に役立つように使用される断面図
【図１０Ｃ】本発明の実施の形態によるマザーボードに、１つのマイクロモジュール（一体式取付部材を備えた）、２つのチャンネル・インサートおよび１つのヒータをどのように接続できるかの説明に役立つように使用される断面図
【図１１Ａ】本発明の実施の形態によるマザーボードに、１つのマイクロモジュール（一体式取付部材を備えた）、２つのチャンネル・インサートおよび１つの電気接触ユニットをどのように接続できるかの説明に役立つように使用される斜視図
【図１１Ｂ】本発明の実施の形態によるマザーボードに、１つのマイクロモジュール（一体式取付部材を備えた）、２つのチャンネル・インサートおよび１つの電気接触ユニットをどのように接続できるかの説明に役立つように使用される断面図
【図１１Ｃ】本発明の実施の形態によるマザーボードに、１つのマイクロモジュール（一体式取付部材を備えた）、２つのチャンネル・インサートおよび１つの電気接触ユニットをどのように接続できるかの説明に役立つように使用される断面図
【図１２Ａ】本発明の実施の形態によるマザーボードに、１つのマイクロモジュール（一体式取付部材を備えた）、４つのチャンネル・インサートおよび１つの電気接触ユニットをどのように接続できるかの説明に役立つように使用される斜視図
【図１２Ｂ】本発明の実施の形態によるマザーボードに、１つのマイクロモジュール（一体式取付部材を備えた）、４つのチャンネル・インサートおよび１つの電気接触ユニットをどのように接続できるかの説明に役立つように使用される断面図
【図１２Ｃ】本発明の実施の形態によるマザーボードに、１つのマイクロモジュール（一体式取付部材を備えた）、４つのチャンネル・インサートおよび１つの電気接触ユニットをどのように接続できるかの説明に役立つように使用される断面図
【図１３Ａ】本発明の実施の形態によるマザーボードに、１つのマイクロモジュール（一体式取付部材を備えた）、２つのチャンネル・インサートおよび１つのアクチュエータをどのように接続できるかの説明に役立つように使用される斜視図
【図１３Ｂ】本発明の実施の形態によるマザーボードに、１つのマイクロモジュール（一体式取付部材を備えた）、２つのチャンネル・インサートおよび１つのアクチュエータをどのように接続できるかの説明に役立つように使用される断面図
【図１３Ｃ】本発明の実施の形態によるマザーボードに、１つのマイクロモジュール（一体式取付部材を備えた）、２つのチャンネル・インサートおよび１つのアクチュエータをどのように接続できるかの説明に役立つように使用される断面図
【図１３Ｄ】本発明の実施の形態によるマイクロモジュール内の流体の流れを制御するために、アクチュエータがポンプまたはバルブとしてどのように機能できるかの説明に役立つように使用される断面図
【図１３Ｅ】本発明の実施の形態によるマイクロモジュール内の流体の流れを制御するために、アクチュエータがポンプまたはバルブとしてどのように機能できるかの説明に役立つように使用される断面図
【図１３Ｆ】本発明の実施の形態によるマイクロモジュール内の流体の流れを制御するために、アクチュエータがポンプまたはバルブとしてどのように機能できるかの説明に役立つように使用される断面図
【図１３Ｇ】本発明の実施の形態によるマイクロモジュール内の流体の流れを制御するために、アクチュエータがポンプまたはバルブとしてどのように機能できるかの説明に役立つように使用される断面図
【図１３Ｈ】本発明の実施の形態によるマイクロモジュール内の流体の流れを制御するために、アクチュエータがポンプまたはバルブとしてどのように機能できるかの説明に役立つように使用される断面図
【図１３Ｉ】本発明の実施の形態によるマイクロモジュール内の流体の流れを制御するために、アクチュエータがポンプまたはバルブとしてどのように機能できるかの説明に役立つように使用される断面図
【図１３Ｊ】本発明の実施の形態によるマイクロモジュール内の流体の流れを制御するために、アクチュエータがポンプまたはバルブとしてどのように機能できるかの説明に役立つように使用される断面図
【図１３Ｋ】本発明の実施の形態によるマイクロモジュール内の流体の流れを制御するために、アクチュエータがポンプまたはバルブとしてどのように機能できるかの説明に役立つように使用される断面図
【図１４】本発明の実施の形態によるモジュール式マイクロ流体デバイスをテストするための実験中に撮られた写真
【図１５Ａ】本発明の実施の形態による異なるモジュール式マイクロ流体デバイスをテストするための実験中に撮られた写真
【図１５Ｂ】図１５Ａのモジュール式マイクロ流体デバイスをテストするための実験中に撮られた写真
【図１５Ｃ】図１５Ａのモジュール式マイクロ流体デバイスをテストするための実験中に撮られた写真
【図１６Ａ】本発明の実施の形態による異なるモジュール式マイクロ流体デバイスをテストするための実験中に撮られた写真
【図１６Ｂ】図１６Ａのモジュール式マイクロ流体デバイスをテストするための実験中に撮られた写真
【図１６Ｃ】図１６Ａのモジュール式マイクロ流体デバイスをテストするための実験中に撮られた写真
【図１７】本発明の実施の形態によるモジュール式マイクロ流体デバイスをテストするための実験中に撮られた写真
【図１８】本発明の実施の形態によるプリント制御回路（ＰＣＢ）基板上に構築された例示のモジュール式マイクロ流体システムの斜視図
【図１９】本発明の実施の形態によるモジュール式マイクロ流体システムを構築する方法の各工程を示す流れ図
【図２０Ａ】本発明の実施の形態により構築できる例示のマイクロ流体デバイスの基本的な平面図
【図２０Ｂ】本発明の実施の形態により構築できる例示のマイクロ流体デバイスの基本的な断面図
【図２１Ａ】本発明の実施の形態により構築できる例示のマイクロ流体デバイスの基本的な平面図
【図２１Ｂ】本発明の実施の形態により構築できる例示のマイクロ流体デバイスの基本的な断面図
【図２２Ａ】本発明の実施の形態により構築できる例示のマイクロ流体デバイスの基本的な平面図
【図２２Ｂ】本発明の実施の形態により構築できる例示のマイクロ流体デバイスの基本的な断面図
【図２３Ａ】本発明の実施の形態により構築できる例示のマイクロ流体デバイスの基本的な平面図
【図２３Ｂ】本発明の実施の形態により構築できる例示のマイクロ流体デバイスの基本的な断面図
【図２４Ａ】本発明の実施の形態により構築できる例示のマイクロ流体デバイスの基本的な平面図
【図２４Ｂ】本発明の実施の形態により構築できる例示のマイクロ流体デバイスの基本的な断面図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明は、より大きな集積システムを形成するために複数のマイクロ流体部材を接続することによって製造される「プラグ・アンド・プレイ」方式のマイクロ流体システムに関する。このモジュール式マイクロ流体システムは、相互接続チャンネルおよび外部のデータ収集デバイスおよびシステム制御デバイスへの電気接続を提供する集積電極（または電極を通すための孔）を備えたマザーボードを備えている。このモジュール式マイクロ流体システムは、チャンネル・インサート（マザーボードのチャンネル内に配置される）、ヒータ・ユニット、アクチュエータ・ユニット、およびマザーボード１１４上に配置される異なる機能を有するマイクロチップ／モジュールも備えている。ある実施の形態において、マイクロモジュールおよびチャンネル・インサートはマザーボードに差し込まれて、集積マイクロ流体システムを形成している。マイクロモジュールおよびチャンネル・インサートは、集積ビルトイン取付具またはチャンネルおよびマイクロモジュールに差し込むことのできる取付具を介して互いに取り付けられて、漏れのない流体接続を提供する。その上、ヒータおよびアクチュエータを、マザーボード上のどこかに配置し、集積モジュール式マイクロ流体システムのための加熱、ポンプ動作およびバルブ動作を提供するために使用できる。組立てとテスト後、別のモジュール式マイクロ流体システムの構築にさらに使用するために、全ての部材を取り外し、再配置することもできる。それゆえ、集積モジュール式マイクロ流体システムの異なる構成を設計し、容易に構築することができる。モジュール式マイクロ流体システムおよびその様々な部材についての詳細な考察が、図１〜１３に関して以下に挙げられている。
【００１４】
図１Ａを参照すると、本発明の実施の形態による例示のモジュール式マイクロ流体システム１００の斜視図が示されている。モジュール式マイクロ流体システム１００は、マザーボード１１４の上面に差し込まれるまたは配置される多種多様の部材１０２，１０４，１０６，１０８，１１０および１１２の任意の組合せを有しても差し支えない（注記：部材１０４，１０８および１１０並びに１１２は、図４および図１０〜１３に見ることができる）。図示された例示のマザーボード１１４は、相互接続チャンネル／溝１１６の網状構造、電極または光ファイバをその中に通すことのできる孔１１８、および異なる部材１０６，１０８，１１０および１１２を中に配置できる凹部１２０を備えた上面１１５を有する。所望であれば、マザーボード１１４は、電極または光ファイバをその中に通すことのできる孔１１８の代わりに、またはそれに加え、中に形成された集積電極を有していてもよい（例えば、図１２参照）。マザーボード１１４の上面に差し込めるまたは配置できる異なる部材１０２，１０４，１０６，１０８，１１０および１１２としては、チャンネル・インサート１０２（またはチャンネル接続部１０２）、取付部材１０４（例えば、図４Ａ参照のこと）、マイクロチップモジュールまたはマイクロモジュール１０６、アクチュエータ１０８（例えば、図１１Ｂ参照のこと）、ヒータ１１０（例えば、図１１Ｂ参照のこと）および電気接続ユニット１１２（例えば、図１Ｂ参照のこと）が挙げられる。
【００１５】
図１Ｂは、異なるサイズのマイクロモジュール１０６、チャンネル・インサート１０２およびヒータ１１０をマザーボード１１４の上面に配置できる、本発明の実施の形態を示している。チャンネル１１６の網状構造、孔１１８、凹部１２０を備えた、マザーボード１１４は、多くのタイプとサイズの部材との接続を形成できるように構造化され、配置されている。異なる部材１０２，１０４，１０６，１０８，１１０および１１２、並びにそれらをどのようにマザーボード１１４に接続できるかが、図３〜１３に関して、以下に詳しく記載される。
【００１６】
図２Ａ〜２Ｂを参照すると、本発明の実施の形態によるモジュール式マイクロ流体デバイス１００の構築に役立つように使用できる異なるサイズと形状を有する多種多様なチャンネル・インサートが示されている。図２Ａに示されているように、チャンネル・インサート１０２は、透明（図示されている）であっても、不透明（図示されていない）であっても差し支えなく、多種多様なサイズと形状を有していて差し支えなく、代表的ないくつかだけが、ここに示され説明される。図示された例示のチャンネル・インサート１０２としては：（１）短い真っ直ぐなチャンネル・インサート１０２ａ（例えば、１．５ｍｍ（幅）×２ｍｍ（厚）×４ｍｍ（長））；（２）中くらいの真っ直ぐなチャンネル・インサート１０２ｂ；（３）長い真っ直ぐなチャンネル・インサート１０２ｃ；（４）短い左曲がりのチャンネル・インサート１０２ｄ；（５）長い左曲がりのチャンネル・インサート１０２ｅ；（６）短い右曲がりのチャンネル・インサート１０２ｆ；（７）長い右曲がりのチャンネル・インサート１０２ｇ；（８）小さいＨ形チャンネル・インサート１０２ｈ；（９）大きいＨ形チャンネル・インサート１０２ｉ；（１０）小さいＴ形チャンネル・インサート１０２ｊ；および（１１）大きいＴ形チャンネル・インサート１０２ｋが挙げられる。各チャンネル・インサート１０２ａ，１０２ｂ・・・・１０２ｋは、少なくとも２つの開口１２４および少量の流体が中を通る内部に形成されたチャンネル１２６を有する。本開示の目的のために、「流体」という用語は、本発明のマイクロ流体システムの実施の形態を通って流動できる液体または気体を意味する。使用者は、モジュール式マイクロ流体システム１００を構築するときに、マザーボード１１４の相互接続チャンネル１１６内に所望のチャンネル・インサート１０２ａ，１０２ｂ・・・・１０２ｋを選択し、配置する。別の実施の形態において、チャンネル・インサート１０２は、図７〜９に関して以下に検討するように、１つ以上の開口１２４を、上面の代わりに、端部に有していてもよい。
【００１７】
ある実施の形態において、チャンネル・インサート１０２は、チャンネル１２６内の流体の流れを可能にするまたは防ぐように制御できる回転バルブ１０３を備えることができる。例えば、図２Ｂは、小さなＨ形チャンネル・インサート１０２ｈ’内に配置される回転バルブ１０３（真っ直ぐなチャンネル１０５を備えたオン・オフ回転バルブ）を示している。また、図２Ｃ〜２Ｄは、小さなＨ形チャンネル・インサート１０２ｈ”内に配置される別のタイプの回転バルブ１０３’（Ｌ形チャンネル１０５’を備えた９０°回転バルブ）を示している。図２Ｃにおいて、回転バルブ１０３’は、流体が小さなＨ形チャンネル・インサート１０２ｈ”を一方向に移動できる（図面の矢印に示された流動方向）１つの位置にある。図２Ｄにおいて、回転バルブ１０３’は、流体が小さなＨ形チャンネル・インサート１０２ｈ”を別の方向に移動できる（図面の矢印に示された流動方向）別の位置にある。もちろん、チャンネル・インサート１０２は、幅広い異なるバルブを備えることができる。
【００１８】
図３を参照すると、本発明の実施の形態によるモジュール式マイクロ流体デバイス１０００の構築に役立つように使用できる異なるタイプのマイクロモジュール１０６（またはマイクロチップモジュール１０６）が示されている。マイクロモジュール１０６は、透明（図示されている）であっても、不透明（図示せず）であっても差し支えない。例えば、モジュール式マイクロ流体デバイス１００の構築に役立つように使用できるマイクロモジュール１０６としては：（１）混合モジュール１０６ａ（サンプル流体を混合するために使用される）；（２）検出チャンバマイクロモジュール１０６ｂ（バイオセンサとして使用される）；（３）反応マイクロモジュール１０６ｃ（加熱でき、冷却でき、真空にでき、ポリメラーゼ連鎖反応などの化学または生化学反応、細胞培養または分子増幅を行うために使用される）；および（４）電気泳動マイクロモジュール１０６ｄ（分子を分離するために使用される）が挙げられる。各マイクロモジュール１０６ａ，１０６ｂ・・・１０６ｄは、少なくとも２つの開口１２８および少量の流体がその中を流れる内部に形成されたチャンネル１０３を有する（例示の反応マイクロモジュール１０６ｃの断面側面図については、図１０を参照のこと）。マイクロモジュール１０６ａ，１０６ｂ・・・１０６ｄは、異なる機能を有することに加え、異なるサイズおよび形状を有していても差し支えない（図１Ｂ参照のこと）。例えば、マイクロモジュール１０６ａ，１０６ｂ・・・１０６ｄは、どのような厚さ（例えば、２ｍｍ）であってもよく、７．５ｍｍ×７．５ｍｍ、１６．５ｍｍ×１６．５ｍｍ、７．５ｍｍ×１７．５ｍｍ、２５．５ｍｍ×２５．５ｍ、および３４．５ｍｍ×３４．５ｍｍの寸法を有していて差し支えない。様々な用途および機能を有する異なるマイクロモジュール１０６を製造でき、このプラグ・アンド・プレイ方式のマイクロ流体システム１００に使用できることが理解されよう。例えば、製造でき、このプラグ・アンド・プレイ方式のマイクロ流体システム１００に使用できるいくつかの代わりのマイクロモジュール１０６としては、濾過マイクロモジュール（サンプル流体を濾過するために使用される）、分離マイクロモジュール（サンプル流体を分離するために使用される）、加熱マイクロモジュール（サンプル流体を加熱するための内部ヒータを有する）、バルブマイクロモジュール（サンプル流体を方向付けたり、停止させたりするために使用される）、ポンプマイクロモジュール（サンプル流体をポンプ輸送するための内部ポンプを有する）、ポンプ・バルブマイクロモジュール（サンプル流体をポンプ輸送し、サンプル流体を方向付けたり停止させたりする両方のために使用される）、および単離マイクロモジュール（サンプル流体を単離するために使用される）、もしくはこれらの組合せが挙げられる。
【００１９】
図４Ａ〜４Ｃを参照すると、本発明のある実施の形態による２つのチャンネル・インサート１０２’および１０２”に接続される２つの取付部材１０４’および１０４”に１つのマイクロモジュール１０６をどのように接続できるかの説明に役立つように使用できる３つの図面が示されている。図４Ａは、２つの取付部材１０４’と１０４”および２つのチャンネル・インサート１０２’と１０２”から外されたマイクロモジュール１０６を示す斜視図である。図４Ｂは、互いに接続される前の、マイクロモジュール１０６、２つの取付部材１０４’と１０４”および２つのチャンネル・インサート１０２’と１０２”を示す断面図である。この例において、マイクロモジュール１０６は、内部チャンバ１３０と流体連通した、中に形成された２つの孔１２８’と１２８”（例えば、雌ルアー取付具１２８’と１２８”、雌ルアーロック取付具１２８’と１２８”）を有する。各取付部材１０４’と１０４”は、第１の端部１３２ａと１３２ｂ（例えば、雄ルアー取付具１３２ａと１３２ｂ、雄ルアーロック取付具１３２ａと１３２ｂ）、管１３４（例えば、可撓管１３４）、および第２の端部１３８ａと１３８ｂ（例えば、雄ルアー取付具１３８ａと１３８ｂ、雄ルアーロック取付具１３８ａと１３８ｂ）を有する。それに加え、各チャンネル・インサート１０２’と１０２”は、２つの開口１２４ａと１２４ｂ（例えば、雌ルアー取付具１２４ａと１２４ｂ、雌ルアーロック取付具１２４ａと１２４ｂ）およびその中に形成されたチャンネル１２６（例えば、チャンネル１２６は、ここでは円形であるのが示されているが、任意の幾何学形状であって差し支えない）。ある実施の形態において、マイクロモジュール１０６は、２つのチャンネル・インサート１０２’と１０２”の孔１２４ａと１２４ｂに差し込まれるように構成された第２の端部１３２ａと１３２ｂを有する２つの取付部材１０４’および１０４”の第１の端部１３８ａと１３８ｂを受け入れるように構成された孔１２８’と１２８”を有する。図４Ｃは、流体が１つのチャンネル・インサート１０２’から、マイクロモジュール１０６を通って他の取付部材１０４”に、次いで、他のチャンネル・インサート１０２”へと流動できるように接続された、マイクロモジュール１０６、２つの取付部材１０４’と１０４”、および２つのチャンネル・インサート１０２’と１０２”を示す断面図である。所望であれば、マイクロモジュール１０６は、１つ以上のチャンネル・インサート１０２と平行に接続でき、その場合、流体はマイクロモジュール１０６およびチャンネル・インサート１０２の両方で流動させても差し支えない。
【００２０】
図５Ａ〜５Ｃを参照すると、本発明の別の実施の形態による２つのチャンネル・インサート１０２’と１０２”に接続できる２つの一体取付部材１０４’および１０４”を、１つのマイクロモジュール１０６’、この場合には反応槽がどのように有するかの説明に役立つように使用される３つの図面が示されている。図５Ａは、２つのチャンネル・インサート１０２’と１０２”から外されたマイクロモジュール１０６’を示す斜視図である。図５Ｂは、互いに接続される前の、マイクロモジュール１０６’および２つのチャンネル・インサート１０２’と１０２”を示す断面図である。この例において、マイクロモジュール１０６’は、内部チャンネル１３０および各々が露出端１３６ａと１３６ｂ（例えば、雄ルアー取付具１３６ａと１３６ｂ、雄ルアーロック取付具１３６ａと１３６ｂ）を有する２つの一体取付部材１０４ａおよび１０４ｂを有する。それに加え、各チャンネル・インサート１０２’および１０２”は、２つの開口１２４ａと１２４ｂ（例えば、雌ルアー取付具１２４ａと１２４ｂ、雌ルアーロック取付具１２４ａと１２４ｂ）およびその中に形成されたチャンネル１２６を有する。ある実施の形態において、マイクロモジュール１０６’は、チャンネル・インサート１０２’と１０２”内の孔１２４ａと１２４ｂに差し込まれるように構成された第２の端部１３６ａと１３６ｂも有する取付部材１０４ａと１０４ｂの第１の端部をその中に組み込んでいる。図５Ｃは、流体が１つのチャンネル・インサート１０２’から１つの一体取付部材１０４ａに、そしてマイクロモジュール１０６’のチャンネル１３０を通って、他の一体取付部材１０４ｂに、次いで、他のチャンネル・インサート１０２”中に通過できるように、２つのチャンネル・インサート１０２’と１０２”に接続された２つの一体取付部材１０４ａと１０４ｂを備えたマイクロモジュール１０６’を示す断面図である。
【００２１】
図６Ａ〜６Ｃを参照すると、本発明の別の実施の形態による一体取付部材１０４ａ’と１０４ｂ’を有する２つのチャンネル・インサート１０２”’と１０２””に１つのマイクロモジュール１０６をどのように接続できるかの説明に役立つように使用される３つの図面が示されている。図６Ａは、２つのチャンネル・インサート１０２”’と１０２””から外されたマイクロモジュール１０６を示す斜視図である。図６Ｂは、互いに接続される前の、マイクロモジュール１０６および２つのチャンネル・インサート１０２”’と１０２””を示す断面図である。この例において、マイクロモジュール１０６は、内部チャンバ１３０と流体連通したその中に形成された２つの孔１２８’と１２８”（例えば、雌ルアー取付具１２８’と１２８”、雌ルアーロック取付具１２８’と１２８”）を有する。各チャンネル・インサート１０２”’と１０２””は、中に形成されたチャンネル１２６に加え、各々が露出端１３６ａ’と１３６ｂ’（例えば、雄ルアー取付具１３６ａ’と１３６ｂ’、雄ルアーロック取付具１３６ａ’と１３６ｂ’）を備えた２つの一体取付部材１０４ａ’と１０４ｂ’を有する。ある実施の形態において、チャンネル・インサート１０２”’と１０２””は、マイクロモジュール１０６内の孔１２８’と１２８”に差し込まれるように構成された第２の端部１３６ａと１３６ｂも有する取付部材１０４ａ’と１０４ｂ’の第１の端部をその中に組み込んでいる。図６Ｃは、流体が１つのチャンネル・インサート１０２”’から１つの一体取付部材１０４ａ’に、そしてマイクロモジュール１０６を通って、他の一体取付部材１０４ｂ’に、次いで、他のチャンネル・インサート１０２””中に通過できるように、２つのチャンネル・インサート１０２”’と１０２””に接続されたマイクロモジュール１０６を示す断面図である。
【００２２】
図７〜９を参照すると、本発明のさらにいくつかの実施の形態による、上部ではなく端部に開口１２４を有する２つのチャンネル・インサート１０２に１つマイクロモジュール１０６を接続できる３つの異なる様式を示すのに使用される３つの図面が示されている。図７は、２つの取付部材１０４’と１０４”および２つのチャンネル・インサート１０２’と１０２”から取り外されたマイクロモジュール１０６（図４Ａ〜４Ｃに先に記載したような底面ではなく側面に２つの開口１２８を有する）を示す平面図である。図８は、２つのチャンネル・インサート１０２’と１０２”から取り外されたマイクロモジュール１０６（図５Ａ〜５Ｃに先に示したような底面ではなく側面に２つの一体取付部材１０４ａと１０４ｂを有する）を示す平面図である。図９は、一体取付部材１０４ａ’と１０４ｂ’を有する２つのチャンネル・インサート１０２”’と１０２””から取り外されたマイクロモジュール１０６（図６Ａ〜６Ｃに先に記載したような底面ではなく側面に２つ開口１２８を有する）を示す平面図である。これらの実施の形態の各々において、マイクロモジュール１０６は、全ての部品が取付部材１０４を介して互いに接続されたときに、それぞれのチャンネル・インサート１０２と流体連通しているであろう。それに加え、マザーボード１１４内の溝１１６および／または凹部１２０は、上述したように部材を一緒に組み立てたときに、調節する必要があるかもしれない。
【００２３】
チャンネル・インサート１０２、取付部材１０４および／またはマイクロモジュール１０６のいずれかが、互いに接続するためにルアー取付具またはルアーロック取付具を使用する場合には、それらのルアー取付具は、標準的な６％のルアーテーパーを有して差し支えない。漏れのない接続を形成することが望ましい場合には、任意の２つの部材１０２，１０４および１０６を取り付ける前に、予備硬化したポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）などの予備硬化ポリマーを数滴、取付具に加えて差し支えない。予備硬化ポリマーの付加の利点は、硬化後に、取付製造の不完全さにより存在するかもしれない任意の隙間を封止し、流体の漏れを防ぐことである。それゆえ、取付製造の許容範囲を、予備硬化ポリマーの付加により減少させることができる。また、永久的なプロセスではないので、部材１０２，１０４および１０６は、容易に分離し、再利用することができる。接着剤または同様の防水性材料を、その材料が部材１０２，１０４および１０６を永久的に取り付けず、接着材料が容易に除去できる限り、予備硬化ポリマーの代わりに使用しても差し支えない。逆目取付具およびテーパー状取付具などの多種多様の取付具形状を本発明に使用できることが理解されよう。本発明について行った概念実証の全ての実験で、予備硬化ポリマーも、接着剤も、防水性材料も使用しなかった（図１４〜１７参照）。
【００２４】
図１０Ａ〜１０Ｃを参照すると、本発明の実施の形態によるマザーボード１１４に、１つのマイクロモジュール１０６’（一体取付部材１０４ａと１０４ｂを備えた）、２つのチャンネル・インサート１０２’と１０２”および１つのヒータ１１０をどのように取り付けられるかの説明に役立つように使用される３つの図面が示されている。図１０Ａは、マザーボード１１４に取り付けられたマイクロモジュール１０６’および２つのチャンネル・インサート１０２’と１０２”を示す斜視図である（注記：一体取付部材１０４ａと１０４ｂおよびヒータ１１０は見えない）。図１０Ｂは、互いに接続され、マザーボード１１４に取り付けられる前の、マイクロモジュール１０６’（一体取付部材１０４ａと１０４ｂを備えた）、２つのチャンネル・インサート１０２’と１０２”、およびヒータ１１０を示す断面図である。この例において、マザーボード１１４は、凹部１２０中に存在しかつ電気接点を通じてヒータ１１０に電力を供給するために使用される２つの一体電気コネクタ１００２ａと１００２ｂを有する。図１０Ｃは、互いに接続され、マザーボード１１４に取り付けらた、マイクロモジュール１０６’（一体取付部材１０４ａと１０４ｂを備えた）、２つのチャンネル・インサート１０２’と１０２”、およびヒータ１１０を示す断面図である。ヒータ１１０は、マイクロモジュール１０６’の下に配置されており、熱をマイクロモジュール１０６’に供給する。所望であれば、熱グリースまたは接着剤を用いて、ヒータ１１０をマイクロモジュール１０６’の底面に取り付けて、ヒータ１１０とマイクロモジュール１０６’との間の良好な熱伝導を確実にしても差し支えない。マイクロモジュール１０６’（一体取付部材１０４ａと１０４ｂを備えた）、および２つのチャンネル・インサート１０２’と１０２”は、流体が、１つのチャンネル・インサート１０２’から、１つの取付部材１０４ａを通り、次いで、マイクロモジュール１０６’の内部チャンバ１３０を通り、他の取付部材１０４ｂに、次いで、他のチャンネル・インサート１０２”に通過できるように互いに接続されているのが分かる。あるいは、マイクロモジュール１０６を外的に加熱する代わりに、一体ヒータを使用することによって、内的に加熱しても差し支えない。
【００２５】
図１１Ａ〜１１Ｃを参照すると、本発明の実施の形態によるマザーボード１１４に、１つのマイクロモジュール１０６”（一体取付部材１０４ａと１０４ｂを備えた）、２つのチャンネル・インサート１０２’と１０２”および１つの電気接触ユニット１１２をどのように取り付けられるかの説明に役立つように使用される３つの図面が示されている。図１１Ａは、マザーボード１１４に取り付けられたマイクロモジュール１０６”（２つの電気パッド１１０２ａと１１０２ｂを有する）および２つのチャンネル・インサート１０２’と１０２”を示す斜視図である（注記：この例においては、マイクロモジュール１０６”は、電気化学検出テストを可能にする検出チャンバを有する）。図１１Ｂは、互いに接続され、マザーボード１１４に取り付けられる前の、マイクロモジュール１０６”（一体取付部材１０４ａと１０４ｂを備えた）、２つのチャンネル・インサート１０２’と１０２”、および電気接触ユニット１１２を示す断面図である。この例において、マザーボード１１４は、電気接触ユニット１１２に接続された２つの電極１１０４ａと１１０４ｂを通す２つの孔１１８ａと１１８ｂを有する。電気接触ユニット１１２は、マイクロモジュール１０６”上の２つの電気パッド１１０２ａと１１０２ｂに接続した２つの電気接点１１０６ａと１１０６ｂも有する。電気接触ユニット１１２は、マザーボード１１４の凹部１２０内に適合するような大きさである。図１１Ｃは、互いに接続され、マザーボード１１４に取り付けらた、マイクロモジュール１０６”（一体取付部材１０４ａと１０４ｂを備えた）、２つのチャンネル・インサート１０２’と１０２”、および電気接触ユニット１１２を示す断面図である。電気接触ユニット１１２は、マイクロモジュール１０６”の下に配置され、電気をマイクロモジュール１０６”に供給するか、あるいはマイクロモジュール１０６”からの電気信号を測定する（注記：所望であれば、電気接触ユニット１１２は、マザーボード１１４内の一体電極に接触する電気接触パッドを底部に有してもよい）。マイクロモジュール１０６”（一体取付部材１０４ａと１０４ｂを備えた）、および２つのチャンネル・インサート１０２’と１０２”は、流体が、１つのチャンネル・インサート１０２’から、１つの取付部材１０４ａを通り、次いで、マイクロモジュール１０６”を通り、他の取付部材１０４ｂに、次いで、他のチャンネル・インサート１０２”に通過できるように互いに接続されているのが分かる。電気接触ユニットは、一体電極（または電極が通るための孔）を有していてもよく、電気接触ユニットは、外部のデータ収集デバイスおよびシステム制御デバイスに電気の接続を提供してもよい。
【００２６】
図１２Ａ〜１２Ｃを参照すると、本発明の実施の形態によるマザーボード１１４に、１つのマイクロモジュール１０６”’（一体取付部材１０４ａと１０４ｂを備えた）、４つのチャンネル・インサート１０２’（３つが示されている）と１０２”（１つが示されている）、および１つの電気接触ユニット１１２’をどのように取り付けられるかの説明に役立つように使用される３つの図面が示されている。図１２Ａは、マザーボード１１４に取り付けられたマイクロモジュール１０６”’（４つの電気パッド１２０２ａ，１２０２ｂ，１２０２ｃおよび１２０２ｄを有する）を示す斜視図である（注記：この例においては、マイクロモジュール１０６”’は、電気泳動テストを可能にするチャンバを有する）。図１２Ｂは、互いに接続され、マザーボード１１４に取り付けられる前の、マイクロモジュール１０６”’（一体取付部材１０４ａと１０４ｂを備えた）、２つのチャンネル・インサート１０２’と１０２”、および電気接触ユニット１１２’を示す断面図である。この例において、マザーボード１１４は、電気接触ユニット１１２’に接続された４つの電極１２０４ａと１２０４ｂ（２つが示されている）を通す４つの孔１１８ａと１１８ｂ（２つが示されている）を有する。電気接触ユニット１１２’は、マイクロモジュール１０６”’上の４つの電気パッド１２０２ａ，１２０２ｂ，１２０２ｃおよび１２０２ｄにそれぞれ接続した４つの電気接点１２０６ａと１２０６ｂ（２つが示されている）も有する。さらに、電気接触ユニット１１２’は、光ファイバ１２０８がその中を通り、マイクロモジュール１０６”’とインターフェースで接続する孔を有する。マザーボード１１４も、光ファイバ１２０８がその中を通り、外部デバイスと接続できる別の孔１１８ｅも有し、この場合、例えば、光ファイバ１２０８は蛍光検出に使用できる。電気接触ユニット１１２’は、マザーボード１１４の凹部１２０内に適合するような大きさである。代わりの実施の形態において、モジュールは、マザーボードの凹部内に適合するような大きさでなくてもよいが、マザーボードの上面に積層されてよく、またはマザーボードのない状況で組み立てられてもよい。図１２Ｃは、互いに接続され、マザーボード１１４に取り付けらた、マイクロモジュール１０６”’（一体取付部材１０４ａと１０４ｂを備えた）、２つのチャンネル・インサート１０２’と１０２”、および電気接触ユニット１１２を示す断面図である。電気接触ユニット１１２’は、マイクロモジュール１０６”’の下に配置され、電気をマイクロモジュール１０６”’に供給する（注記：所望であれば、電気接触ユニット１１２’は、マザーボード１１４内の一体電極に接触する電気接触パッドを底部に有してもよい）。マイクロモジュール１０６”’（一体取付部材１０４ａと１０４ｂを備えた）および４つのチャンネル・インサート１０２’（３つが示されている）と１０２”（１つが示されている）は、流体が、界面動電的および／または電気浸透的流れにより、３つのチャンネル・インサート１０２’から、３つの取付部材１０４ａを通り、次いで、マイクロモジュール１０６”’を通り、別の取付部材１０４ｂに、次いで、他のチャンネル・インサート１０２”に通過できるように接続されているのが分かる。
【００２７】
図１３Ａ〜１３Ｃを参照すると、本発明の実施の形態によるマザーボード１１４に、１つのマイクロモジュール１０６””（一体取付部材１０４ａと１０４ｂを備えた）、２つのチャンネル・インサート１０２’と１０２”、および１つのアクチュエータ１０８をどのように取り付けられるかの説明に役立つように使用される３つの図面が示されている。図１３Ａは、マイクロモジュール１０６””およびその下のアクチュエータ１０８（３つのピストン１３０２ａ，１３０２ｂおよび１３０２ｃを有する）を示す斜視図であり、マイクロモジュール１０６””およびアクチュエータ１０８の両方がマザーボード１１４に取り付けられている。図１３Ｂは、互いに接続され、マザーボード１１４に取り付けられる前の、マイクロモジュール１０６””（一体取付部材１０４ａと１０４ｂを備えた）、２つのチャンネル・インサート１０２’と１０２”、およびアクチュエータ１０８を示す断面図である。この例において、マザーボード１１４は、アクチュエータ１０８に電力を供給する３つの一体電気コネクタ１３０４ａ，１３０４ｂおよび１３０４ｃを有する。例示のアクチュエータ１０８は、マザーボード１１４内の３つの一体電気コネクタ１３０４ａ，１３０４ｂおよび１３０４ｃと接触する３つの電極１３０６ａ，１３０６ｂおよび１３０６ｃを有する。あるいは、マザーボード１１４は、アクチュエータ１０８の３つの電極１３０６ａ，１３０６ｂおよび１３０６ｃを通す３つのチャンネル１１８を有しても差し支えない。アクチュエータ１０８は、マザーボード１１４の凹部１２０内に適合するような大きさである。図１３Ｃは、互いに接続され、マザーボード１１４に取り付けらた、マイクロモジュール１０６””（一体取付部材１０４ａと１０４ｂを備えた）、２つのチャンネル・インサート１０２’と１０２”、およびアクチュエータ１０８を示す断面図である。マイクロモジュール１０６””（一体取付部材１０４ａと１０４ｂを備えた）、および２つのチャンネル・インサート１０２’と１０２”は、流体が、１つのチャンネル・インサート１０２’から、１つの取付部材１０４ａを通り、次いで、マイクロモジュール１０６””の内部通路１３０を通り、他の取付部材１０４ｂに、次いで、他のチャンネル・インサート１０２”に通過できるように互いに接続されているのが分かる。アクチュエータ１０８は、流体がマイクロモジュール１０６””内のいずれの方向にも流れられるような構成で示されている。しかしながら、アクチュエータ１０８を用いて、マイクロモジュール１０６””を通して流体をいずれの方向にポンプ輸送しても差し支えなく、マイクロモジュール１０６””を通る流体の流れを防ぐためのバルブとして使用しても差し支えない。可撓性底部を有するマイクロモジュール１０６””内の流体をポンプ輸送するおよびバルブで調節するアクチュエータ１０８の例が、図１３Ｄ〜１３Ｋに関して次に記載されている。
【００２８】
図１３Ｄ〜１３Ｉは、マイクロモジュール１０６””内でアクチュエータ１０８がどのように流体を左から右にポンプ輸送できるかの説明に役立つように使用される。最初に、アクチュエータ１０８は、左のピストン１３０２ａが持ち上げられて、マイクロモジュール１０６””中の通路１３０内の流体の流れを遮断するように制御される（図１３Ｄ参照）。次いで、アクチュエータ１０８は、左のピストン１３０２ａと真ん中のピストン１３０２ｂが持ち上げられて、マイクロモジュール１０６””中の通路１３０内で流体を左から右にポンプ輸送するように制御される（図１３Ｅ参照）。次に、アクチュエータ１０８は、左のピストン１３０２ａが下げられ、真ん中のピストン１３０２ｂと右のピストン１３０２ｃの両方が持ち上げられて、マイクロモジュール１０６””中の通路１３０内で流体を左から右にさらにポンプ輸送するように制御される（図１３Ｆ参照）。その後、アクチュエータ１０８は、左のピストン１３０２ａと真ん中のピストン１３０２ｂが下げられて、右のピストン１３０２ｃが持ち上げられて、より多くの流体がマイクロモジュール１０６””中の通路１３０に進入するように制御される（図１３Ｇ参照）。次いで、アクチュエータ１０８は、左のピストン１３０２ａと右のピストン１３０２ｃが挙げられて、マイクロモジュール１０６””中の通路１３０の真ん中部分にある流体を押し込めるように制御される（図１３Ｈ参照）。その後、アクチュエータ１０８は、左のピストン１３０２ａと真ん中のピストン１３０２ｂが持ち上げられ、右のピストン１３０２ｃが下げられて、流体をマイクロモジュール１０６””中の通路１３０内を左から右にポンプ輸送するように制御される（図１３Ｉ参照）。このようにして、アクチュエータ１０８は、蠕動ポンプと似たように、ピストン１３０２ａ，１３０２ｂおよび１３０２ｃを上げ下げして、流体をマイクロモジュール１０６””中の通路１３０内の任意の所望の方向にポンプ輸送するように制御できることが認識されるであろう。
【００２９】
図１３Ｊは、アクチュエータ１０８がどのようにして、マイクロモジュール１０６””内の流体の流れを遮断できるかの説明に役立つように使用される。ある実施の形態において、アクチュエータ１０８は、真ん中のピストン１３０２ｂが持ち上げられて、マイクロモジュール１０６””中の通路１３０内の流体の流れを遮断するように制御されるであろう。もちろん、アクチュエータ１０８は、所望であれば、ピストン１３０２ａ，１３０２ｂおよび１３０２ｃのいずれをまたは任意の組合せを持ち上げて、マイクロモジュール１０６””中の通路１３０内の流体の流れを遮断するように制御しても差し支えない。図１３Ｋは、それぞれ、ソレノイド１３１２ａ’，１３１２ｂ’および１３１２ｃ’の動作を制御することによって圧縮されるバネ１３１０ａ’，１３１０ｂ’および１３１０ｃ’を備えた、３つのピストン１３０２ａ’，１３０２ｂ’および１３０２ｃ’を有する例示のアクチュエータ１０８’の概略図である。また、３つのピストン１３０２ａ’，１３０２ｂ’および１３０２ｃ’は、例えば、マザーボード１１４内の孔１１８を通して提供できる空気圧を含む、幅広い代わりの方法によって圧縮しても差し支えないことが理解されよう。所望であれば、市販のマイクロポンプを使用し、マザーボード１１４に取り付けても、またはマザーボード１１４の隣りに配置しても差し支えない。市販のマイクロポンプの例としては、Bartels Mikrotechik GmbH、Star Micronica Co., Ltd,および高砂電気工業により製造されているポンプが挙げられる。
【００３０】
本願の発明者等は、モジュール式マイクロ流体システム１００の機能性を確認するためにいくつかの異なる実験を行った。これらの実験の結果が、図１４〜１７に関して次に記載されている。最初の実験において、本発明者等は、例示のモジュール式マイクロ流体システム１００ａ内の圧力をテストした（図１４参照）。図１４は、例示のモジュール式マイクロ流体システム１００ａを示す写真であり、ここで、マイクロモジュール１０６が、小型ルアー取付部材１０４（図示せず）によりＴ形チャンネル・インサート１０２ｊおよびＨ形チャンネル・インサート１０２ｈに差し込まれており、その全てがマザーボード１１４上にある。シリンジとシリンジポンプ（図示せず）を用いて、水をモジュール式マイクロ流体システム１００ａ中に１００μｌ／分でポンプ輸送した。圧力計１４０２をシリンジとモジュール式マイクロ流体システム１００ａとの間に接続した。モジュール式マイクロ流体システム１００ａに水を充填した後、ポンプ操作を続けたが、システム１００ａの出口は、相互接続部のいずれの間に流体漏れがあるか否かを見るために塞いだ。５１．１ｐｓｉ（約３５２ｋＰａ）の圧力でさえ、流体漏れは観察されず、この特別な実験を停止した。
【００３１】
第２の実験において、本発明者等は、例示のモジュール式マイクロ流体システム１００ｂと１００ｂ’を構築し、テストした（図１５Ａ〜１５Ｃ参照のこと）。図１５Ａは、１つのＴ形チャンネル・インサート１０２ｊおよび３つのＨ形チャンネル・インサート１０２ｈがその上に最初に配置されたマザーボード１１４を示す写真である。図１５Ｂは、チャンネル・インサート１０２ｈおよび１０２ｊに、長い反応槽マイクロモジュール１０６ｃ、流れデフレクタ・マイクロモジュール１０６ｂを備えた反応槽および小さな反応槽マイクロモジュール１０６ｃ’が差し込まれて、モジュール式マイクロ流体システム１００ｂを形成していることを示す写真である。流体流（水および着色水）は、電池１５０２により電力が与えられたポータブル・マイクロポンプ１５００（Bartel Mikrotechik GmbH ポータブル・マイクロポンプ１５００）により供給した。図１５Ｃは、先のモジュール式マイクロ流体システム１００ｂの部材の取り外しと再構成によって、１分未満で製造した再構成モジュール式マイクロ流体システム１００ｂ’を示す写真である。
【００３２】
第３の実験において、本発明者等は、例示のモジュール式マイクロ流体システム１００ｃおよび１００ｃ’を構築し、テストした（図１６Ａ〜１６Ｃ参照）。図１６Ａは、４つのＴ形チャンネル・インサート１０２ｊおよび７つのＨ形チャンネル・インサート１０２ｈが最初にその上に配置されたマザーボード１１４を示す写真である。図１６Ｂは、４つの入口１６０２および１つの出口１６０４を有するモジュール式マイクロ流体システム１００ｃを形成するように、チャンネル・インサート１０２ｈおよび１０２ｊに差し込まれた小さい反応槽マイクロモジュール１０６’、大きいミキサ・マイクロモジュール１０６ａ、流れデフレクタ・マイクロモジュール１０６ｂを備えた反応槽および長い反応槽マイクロモジュール１０６ｃを示す写真である。流体流（水および３種類の異なる着色水）はシリンジポンプにより供給した。図１６Ｃは、上述したモジュール式マイクロ流体システム１００ｃに似ているが、代わりに、マザーボード１１４を使用せずに平らな表面上に構築したモジュール式マイクロ流体システム１００ｃ’を示す写真である。
【００３３】
第４の実験において、本発明者等は、例示のモジュール式マイクロ流体システム１００ｄを構築し、テストした（図１７参照）。図１７は、２つのヒータ１１０が最初にその上に配置され、各ヒータ１１０の上にマイクロモジュール１０６が配置された、マザーボード１１４を示す写真である。２つのヒータ１１０は、Ｔｈｅｒｍｏｆｏｉｌ（商標）の可撓性ヒータモデル：ＨＫ５５６５Ｒ５．３Ｌ６ＢおよびＨＫ５５７２Ｒ２６．５Ｌ１２Ｂ（ミネソタ州、ミネアポリス所在のMinco）であった。この写真は、マイクロモジュール１０６内の温度分布を示す熱映像も示している。この実験において、これらのヒータ１１０で、マイクロモジュール１０６を溶融させずに、９０℃より高い温度が達成された。
【００３４】
プラグ・アンド・プレイ方式のモジュール式マイクロ流体システム１００を製造する際に、多種多様な技術を使用して差し支えない。例えば、標準的なマイクロ加工技術、射出成形技術、ソフトリソグラフィーやステレオリソグラフィーなどの様々な高速試作成形技術もしくはこれらの製造技術の任意の組合せを用いて、プラグ・アンド・プレイ方式のモジュール式マイクロ流体システム１００の部材を製造することができる。また、マザーボード１１４は、標準的なプリント回路基板（ＰＣＢ）技術を用いて製造することができる。このようにして、電気回路をマザーボード１１４に容易に集積することができる。所望であれば、マザーボード１１４は、様々な部材の配列に役立つようにスロットおよび孔を備えて差し支えない。プリント回路基板（ＰＣＢ）上に製造された例示のモジュール式マイクロ流体システム１００を、図１８に関して次に記載する。
【００３５】
図１８を参照すると、本発明の実施の形態によるプリント回路基板（ＰＣＢ）１８０２上に製造された例示のモジュール式マイクロ流体システム１００ｅの斜視図が示されている。このモジュール式マイクロ流体システム１００ｅは、そこに取り付けられた様々なチャンネル取付具１０２および様々なマイクロモジュール１０６を有するマザーボード１１４が上に配置されたＰＣＢ１８０２を備えている。マザーボード１１４は、ＰＣＢ１８０２の上面１８０６上に配置された電気ピンコネクタ１８０４（５つが示されている）に接続された集積電極（図示せず）を有する。電気ピンコネクタ１８０４は、データ収集およびシステム制御を提供する外部電子装置に繋がっているそこから延在した可撓ケーブル１８１０を有するケーブルコネクタ１８０８に接続されているのが示されている。ＰＣＢ１８０２は、マザーボード１１４へのインターフェースを提供し、マイクロモジュール１０６における光検出に使用できる光ファイバコネクタ１８１２も備えている（図１２参照）。
【００３６】
図１９を参照すると、本発明の実施の形態によるモジュール式マイクロ流体システム１００を構築するための例示の方法１９００の各工程を示す流れ図が示されている。工程１９０２で、チャンネル１１６の網状構造を備えた上面１１５を有するマザーボード１１４が提供される。次いで、工程１９０４と１９０６で、異なるタイプのチャンネル・インサート１０２が提供され、次いで、マザーボード１１４内に配置されたチャンネル１１６の１つ以上の内部に１つ以上のチャンネル・インサート１０２が配置される。工程１９０８と１９１０で、少なくとも１つのマイクロモジュール１０６が提供され、ここで、マイクロモジュール１０６の内の１つは、少なくとも１つの取付部材１０４を通じて、マザーボード１１４内に配置された少なくとも１つのチャンネル・インサート１０２に接続される。工程１９１２で（随意的）、１つのマイクロモジュール１０６をチャンネル・インサート１０２に接続する前に、ポンピング−バルビング・アクチュエータ１０８を提供し、マザーボード１１４とマイクロモジュール１０６の内の１つとの間に配置しても差し支えない（図１３参照）。工程１９１４で（随意的）、１つのマイクロモジュール１０６をチャンネル・インサート１０２に接続する前に、ヒータ１１０を提供し、マザーボード１１４とマイクロモジュール１０６の内の１つとの間に配置しても差し支えない（図１０参照）。工程１９１６で（随意的）、１つのマイクロモジュール１０６をチャンネル・インサート１０２に接続する前に、電気接触ユニット１１２を提供し、マザーボード１１４とマイクロモジュール１０６の内の１つとの間に配置しても差し支えない（図１１参照）。それゆえ、集積されたモジュール式マイクロ流体システム１００を構築するために、チャンネルを備えたチャンネル・インサート１０２を、マザーボード１１４内のスロットまたは溝１１６に最初に取り付けるかまたは配置する。次いで、所望であれば、マイクロモジュール１０６（マイクロチップ１０６）を補助取付部材１０４によりチャンネル・インサート１０２に取り付ける前に、再利用できるアクチュエータ１０８、ヒータ１１０、および／または電気接触ユニット１１２をマザーボード１１４に取り付けることができる。
【００３７】
本発明の特定の実施の形態を先に記載してきたが、特に先の教示を踏まえて、多くの改変が当業者により行われてよいので、本発明はこれらの実施の形態に制限されないことが理解されよう。これを説明するために、いくつかの追加の実施の形態を以下に検討して、本発明の実施の形態による「プラグ・アンド・プレイ」方式のマイクロ流体システム１００を構築するために使用できる異なる可能な接続の組合せの内のいくつかをさらに説明する。また、チャンネル・インサート１０２は、マイクロモジュール１０６の多くの実施の形態の内の１つであることも理解すべきである。
【００３８】
先に記載された例示のマイクロ流体デバイス１００は、少なくとも２つのチャンネル・インサート１０２および少なくとも１つのマイクロモジュール１０６を有していた。しかしながら、ある場合には、たった１つの取付部材１０４および１つのマイクロモジュール１０６を用いてマイクロ流体デバイス１００（例えば、図２０Ａ〜２０Ｂおよび２１Ａ〜２１Ｂに示された２つの例示のマイクロ流体デバイス１００を参照のこと）を構築しても差し支えない。他の場合には、少なくとも２つのマイクロモジュール１０６を用いてマイクロ流体デバイス１００を構築しても差し支えなく、チャンネル・インサート１０２は必要とされないであろう（例えば、図２２Ａ〜２２Ｂに示された２つの例示のマイクロ流体デバイス１００を参照のこと）。それに加え、部材１０２および１０６は、互いの上部に差し込んで、３次元のマイクロ流体システム１００（例えば、図２３Ａ〜２３Ｂおよび２４Ａ〜２４Ｂに示された２つの例示のマイクロ流体デバイス１００を参照のこと）を形成しても差し支えない。あるいは、チャンネル・インサート１０２は、マイクロモジュール１０６の上面に差し込むことができ、次いで、他のマイクロモジュール１０６をチャンネル・インサート１０２（図示せず）に差し込むことができる。これらの場合の全てにおいて、少なくとも１つの取付部材１０４（例えば、雄と雌のルアー取付具）を用いて、マイクロ流体デバイス１００を製造した（注記：マザーボード１１４の使用は随意的である）。本発明の部材を使用した所望のマイクロ流体デバイス１００を参照を製造するのに使用できる組合せが数多くあり、これらの組合せと変更例の全てが、本発明の「プラグ・アンド・プレイ」方式のマイクロ流体デバイスの実施の形態を形成することが分かる。
【００３９】
プラグ・アンド・プレイ方式のモジュール式マイクロ流体システム１００に関連する追加の利点および特徴のいくつかを以下に挙げる：
・  様々な部材１０２，１０４および１０６の間の漏れのない流体連通を提供するために、Ｏリング、平面ガスケット、フェルールまたはサムスクリューなどの余計な部材は必要ない。  
・  マイクロ流体システム１００により、液体の代わりに気体を流すことができる。  
・  マザーボード１１４は、ヒータ１１０、アクチュエータ１０８等、並びにデータ収集およびシステム制御を提供する外部電子装置のための電気接続の全てを提供できる。  
・  全ての受動的（反応、検出、混合など）および能動的（ポンプ、バルブなど）機能をマイクロチップ部材１０６中に組み込むことができる。  
・  ポンプ動作およびバルブ動作のための、マザーボード１１４上のどこかに配置できる、アクチュエータ１０８は、再利用でき、マザーボード１１４に容易に取付け、取外しができる。  
・  部材１０２，１０４，１０６，１０８，１１０および１１２は、さらに使用するために、損傷なく、容易に再配置、取付け、取外しが可能である。  
・  マイクロチップおよびチャンネル部材１０２，１０４および１０６の全ては、使い捨て式であって差し支えなく、マザーボード１１４、アクチュエータ１０８、ヒータ１１０などは、費用を削減するために再利用できるものであり得る。  
・  集積マイクロ流体システム１００の異なる構成を、容易に設計し、構築できる。  
・  マザーボード１１４は、標準的なマイクロプレートのフットプリントを有することができ、例えば、９６の個別のチャンバマイクロチップ１０６を取り付けることによって、９６ウェル状のマイクロプレートに転換できる。
【００４０】
本発明のいくつかの実施の形態を添付の図面に示し、先の詳細な説明に記載してきたが、本発明は、開示された実施の形態に制限されず、以下の特許請求の範囲に述べられ、定義された本発明の精神から逸脱せずに、多図多くの再構成、改変および置換が可能であることが理解されよう。
【符号の説明】
【００４１】
１００    モジュール式マイクロ流体システムまたはデバイス
１０２    チャンネル・インサート
１０３    回転バルブ
１０４    取付部材
１０６    マイクロモジュール
１０８    アクチュエータ
１１０    ヒータ
１１２    電気接続ユニット
１１４    マザーボード
【図１Ａ】
0005575104.tif 000002
【図１Ｂ】
0005575104.tif 000003
【図２Ａ】
0005575104.tif 000004
【図２Ｂ】
0005575104.tif 000005
【図２Ｃ】
0005575104.tif 000006
【図２Ｄ】
0005575104.tif 000007
【図３】
0005575104.tif 000008
【図４Ａ】
0005575104.tif 000009
【図４Ｂ】
0005575104.tif 000010
【図４Ｃ】
0005575104.tif 000011
【図５Ａ】
0005575104.tif 000012
【図５Ｂ】
0005575104.tif 000013
【図５Ｃ】
0005575104.tif 000014
【図６Ａ】
0005575104.tif 000015
【図６Ｂ】
0005575104.tif 000016
【図６Ｃ】
0005575104.tif 000017
【図７】
0005575104.tif 000018
【図８】
0005575104.tif 000019
【図９】
0005575104.tif 000020
【図１０Ａ】
0005575104.tif 000021
【図１０Ｂ】
0005575104.tif 000022
【図１０Ｃ】
0005575104.tif 000023
【図１１Ａ】
0005575104.tif 000024
【図１１Ｂ】
0005575104.tif 000025
【図１１Ｃ】
0005575104.tif 000026
【図１２Ａ】
0005575104.tif 000027
【図１２Ｂ】
0005575104.tif 000028
【図１２Ｃ】
0005575104.tif 000029
【図１３Ａ】
0005575104.tif 000030
【図１３Ｂ】
0005575104.tif 000031
【図１３Ｃ】
0005575104.tif 000032
【図１３Ｄ】
0005575104.tif 000033
【図１３Ｅ】
0005575104.tif 000034
【図１３Ｆ】
0005575104.tif 000035
【図１３Ｇ】
0005575104.tif 000036
【図１３Ｈ】
0005575104.tif 000037
【図１３Ｉ】
0005575104.tif 000038
【図１３Ｊ】
0005575104.tif 000039
【図１３Ｋ】
0005575104.tif 000040
【図１４】
0005575104.tif 000041
【図１５Ａ】
0005575104.tif 000042
【図１５Ｂ】
0005575104.tif 000043
【図１５Ｃ】
0005575104.tif 000044
【図１６Ａ】
0005575104.tif 000045
【図１６Ｂ】
0005575104.tif 000046
【図１６Ｃ】
0005575104.tif 000047
【図１７】
0005575104.tif 000048
【図１８】
0005575104.tif 000049
【図１９】
0005575104.tif 000050
【図２０Ａ】
0005575104.tif 000051
【図２０Ｂ】
0005575104.tif 000052
【図２１Ａ】
0005575104.tif 000053
【図２１Ｂ】
0005575104.tif 000054
【図２２Ａ】
0005575104.tif 000055
【図２２Ｂ】
0005575104.tif 000056
【図２３Ａ】
0005575104.tif 000057
【図２３Ｂ】
0005575104.tif 000058
【図２４Ａ】
0005575104.tif 000059
【図２４Ｂ】
0005575104.tif 000060