(57)【要約】マイクロ流体粒子ソーティングシステムに用いるための改良されたアクチュエータは、関連ソーティングチャネルにおいて粒子をチャネルの流れから選択的に偏向させるために用いられる複数のアクチュエータについてジグザグ状に配列した（staggered）パッキングスキームを利用する。アクチュエータブロックは、それぞれが複数のソーティングチャネルを含む関連ソーティングチップにおける作動ポートと整列するように構成された、アクチュエータの2次元配列を収容するために供給されうる。アクチュエータブロックは、ブロックにより収容された各アクチュエータにプレストレスを与えるための内蔵ストレス手段を含みうる。圧電スタックを含むアクチュエータは、はんだ付けワイヤーよりむしろ接触に基づく電気的接続を用いてパッキング密度を向上させる。アクチュエータは外部アクチュエータであってもよい。すなわち、外部アクチュエータは、ソーティングチャネルが形成される基板の外部である。2009536032.tif 000003
2009536032.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の特性をもつ粒子を粒子の流れから偏向させるようにマイクロソーターを選択的に作動させるための変位アクチュエータと連動するための作動ポートを各マイクロソーターが有し、第一マイクロソーターの作動ポートの少なくとも1つが、第二マイクロソーターの作動ポートとは異なる、マイクロ流体チップに沿った座標に位置している、複数のマイクロソーターを含むマイクロ流体チップ；および
ブロックとマイクロ流体チップが接合する際にブロックにおける各アクチュエータの位置がマイクロ流体チップにおける関連作動ポートの位置に対応するように、複数の変位アクチュエータを保持するブロック
を含む、粒子ソーティング用システム。
【請求項２】
ブロックが非励起状態で各変位アクチュエータのプレ圧縮を与える、請求項1記載のシステム。
【請求項３】
変位アクチュエータそれぞれが圧電スタックを含む、請求項1記載のシステム。
【請求項４】
各変位アクチュエータが、圧電スタックに取り付けられた電気コネクターを含む、請求項3記載のシステム。
【請求項５】
変位アクチュエータそれぞれが電気収縮性変位アクチュエータを含む、請求項1記載のシステム。
【請求項６】
作動ポートおよび変位アクチュエータが、少なくとも2列を有する配列で形成される、請求項1記載のシステム。
【請求項７】
作動ポートおよび変位アクチュエータが、3列を有する配列で形成される、請求項5記載のシステム。
【請求項８】
メインソーティングチャネルおよび2つの出口チャネル、ならびに、メインソーティングチャネルから伸びてアクチュエータポートで終結するアクチュエータポートアームを含む分岐型スイッチング領域を各マイクロソーターが含む、請求項1記載のシステム。
【請求項９】
第一マイクロソーターのアクチュエータポートアームの長さが第二マイクロソーターのアクチュエータポートアームの長さと異なる、請求項8記載のシステム。
【請求項１０】
複数のマイクロソーターの分岐型スイッチング領域が基板上で水平方向に整列している、請求項8記載のシステム。
【請求項１１】
各アクチュエータポートが密閉チャンバを含む、請求項1記載のシステム。
【請求項１２】
固定した2次元配列における関連ソーターを選択的に起動するためのアクチュエータを保持する、ブロックアセンブリ；
プレストレスを与えるために独立した屈曲手段に対して各アクチュエータを圧縮するブロックアセンブリ内の層；
ブロックに取り付けられた複数の作動ピン
を含む、変位アクチュエータの高密度配列を提供するためのシステム。
【請求項１３】
変位アクチュエータそれぞれが圧電スタックを含み、かつ作動ピンが圧電スタックに取り付けられている、請求項12記載のシステム。
【請求項１４】
各変位アクチュエータが、圧電スタックに取り付けられた電気コネクターを含む、請求項12記載のシステム。
【請求項１５】
変位アクチュエータが、少なくとも2列を有する配列で形成される、請求項12記載のシステム。
【請求項１６】
変位アクチュエータが、3列を有する配列で形成される、請求項12記載のシステム。
【請求項１７】
屈曲手段がつる巻きばねを含む、請求項12記載のシステム。
【請求項１８】
屈曲手段が屈曲部を含む、請求項12記載のシステム。
【請求項１９】
圧電スタック；
圧電スタックの第一端に接続した変位させるべき表面と接触するための作動ピン；
圧電スタックの第二端に連結した変位アクチュエータ装置の取り付けを保持するための取り付けピン；および
取り付けピン全体に施され、かつ圧電スタックに電気的接続を供給するために少なくとも部分的に圧電スタックに及ぶ、導電性被覆
を含む、変位アクチュエータ装置。
【請求項２０】
ソケットへの挿入により圧電スタックに電気的接触が与えられるように取り付けピン-スタック-作動ピン連結装置を挿入できる、導電性ばね装着接点を含むソケット
をさらに含む、請求項19記載の変位アクチュエータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本発明は、2006年5月5日に出願された、「並行マイクロ流体配列の作動」という発明の名称の米国仮特許出願第60/798,154号の優先権を主張し、その米国仮特許出願の内容は参照により本明細書に組み入れられている。
【０００２】
発明の分野
本発明は、マイクロ流体粒子処理システムまたは装置に用いるアクチュエータに関する。特に、本発明は、複数の並行チャネルにおいて粒子をソートするための並行配列マイクロ流体ソーティング装置と共に用いるアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００３】
発明の背景
マイクロ流体装置は、粒子にいくつものマイクロ流体処理を実行する様々な適用に用いられうる。
【０００４】
バイオテクノロジー、および特に細胞学および薬物スクリーニングの分野において、ハイスループットの粒子ソーティングが必要である。ソーティングを必要とする粒子の例は、血小板、白血球、腫瘍性細胞、胚性細胞などの様々な型の細胞である。これらの粒子は、特に、細胞学の分野において関心対象となる。他の粒子は、タンパク質、酵素、およびポリヌクレオチドなどの（高）分子種である。このファミリーの粒子は、新しい薬物の開発中の薬物スクリーニングの分野において特に関心対象となる。
【０００５】
粒子ソーティング用の方法および装置は公知であり、先行技術に記載される大部分は、粒子が、下流に少なくとも1つの分岐点を有するチャネルネットワークを流れる液体中に浮遊し、かつ検出-決定-偏向の原理に従って操作されるという条件下で行われている。移動粒子は、最初に、光吸収、蛍光強度、サイズ、または別の適切な特性などの特定の特性について分析される。この検出相の結果に依存して、粒子がさらにどのように取り扱われるかが決定される。決定の結果は、その後、特定の粒子の方向をチャネルネットワークの所定の分岐へ偏向させるように適用される。
【０００６】
ソーティング装置のスループット、すなわち、いくつの粒子が単位時間あたりソートされうるかが重要である。閉鎖型チャネルにおける粒子浮遊液の流れを用いるソーターについての典型的なソーティング速度は、単一のソーティングユニットについて、粒子数百個/秒から粒子何千個/秒の範囲である。
【０００７】
粒子ソーティングなどの特定のマイクロ流体処理において、所定の特性をもつ粒子を所定の特性をもたない粒子から分離することなどの処理を作動させるために用いられる特定のアクチュエータは、欠点を示す場合がある。例えば、特定のアクチュエータはマイクロ流体チップ上に比較的大量の空間を占め、アクチュエータがマイクロ流体チップ上でパッケージングされうる効率を制限し、それによりまた、並行チャネルの配列のパッキングの密度または効率を制限する可能性がある。
【発明の開示】
【０００８】
発明の概要
本発明は、マイクロ流体粒子ソーティングシステムに用いる改良されたアクチュエータを提供する。一つの態様において、本発明は、関連ソーティングチャネルにおける粒子をチャネルの流れから選択的に偏向させるために用いられる複数のアクチュエータについてのジグザグ状（staggered）パッキングスキームを提供する。もう一つの態様において、それぞれが複数のソーティングチャネルを含む関連ソーティングチップにおける作動ポートと整列するように構成される、アクチュエータの2次元配列を収容するためのアクチュエータブロックが提供される。アクチュエータブロックは、ブロックに収容された各アクチュエータにプレストレスを与えるための内蔵ストレス手段を含みうる。もう一つの態様において、圧電スタックを含むアクチュエータは、はんだ付けワイヤーよりむしろ接触に基づいた電気的接続を用いてパッキング密度を向上させてもよい。一つの態様において、アクチュエータは外部アクチュエータである。すなわち、外部アクチュエータは、ソーティングチャネルが形成される基板の外部である。
【０００９】
本発明の一つの局面によると、粒子のソーティング用システムは、複数のマイクロソーターを含むマイクロ流体チップを含み、各マイクロソーターは、所定の特性をもつ粒子を粒子の流れから偏向させるようにマイクロソーターを選択的に作動させるための変位アクチュエータと連動するための作動ポートを有し、第一マイクロソーターの作動ポートの少なくとも1つは、第二マイクロソーターの作動ポートとは異なる、チップに沿った座標で位置し、ブロックは、ブロックとチップが接合される際にブロックにおける各アクチュエータの位置がマイクロソーターチップにおける関連アクチュエータポートの位置に対応するように複数の変位アクチュエータを保持する。
【００１０】
本発明のもう一つの局面により、変位アクチュエータの高密度の配列を提供するためのシステムは、固定した2次元配列での関連ソーターを選択的に起動させるためのアクチュエータを保持するブロックアセンブリ、プレストレスを与えるために独立した屈曲手段に対して各アクチュエータを圧縮するブロックアセンブリにおける層、および、ブロックに取り付けられた複数の作動ピンを含む。
【００１１】
本発明のさらにもう一つの局面により、変位アクチュエータ装置は、圧電スタック；圧電スタックの第一端に接続した変位させるべき表面と接触するための作動ピン；圧電スタックの第二端に連結した変位アクチュエータ装置の取り付けを保持するための取り付けピン；および、取り付けピン全体に施され、かつ圧電スタックへ電気的接続を供給するために少なくとも部分的に圧電スタックに及ぶ、導電性被覆を含む。
【００１２】
発明の詳細な説明
本発明は、液体中に浮遊している粒子をソートするマイクロ流体粒子ソーティングシステムに用いるための改良された作動システムを提供する。粒子ソーティングシステムは、所定の特性に基づいた、ハイスループットでエラーの少ない粒子ソーティングを提供する。本発明は、例示的態様を以下に記載する。当業者は、本発明が、いくつかの異なる適用および態様で実施されることができ、かつその適用において、本明細書に描かれた特定の態様へ特に限定されることはないことを認識するであろう。
【００１３】
図1は、本発明の例示的態様による、マイクロ流体粒子処理システム10を示す。例示的粒子処理システムは、1つまたは複数の所定の特性に基づいて複数の並行チャネルを流れる粒子をソートするための粒子ソーティングシステムを含む。例示的粒子処理システム10は基板12上に形成され、かつ、投入試料の流れを並行して処理するための、ソーティングチャネル160として示されたいくつかの処理チャネルを含む。処理システム10は、試料をシステムへ投入するための複数の試料入口130を含む。例示的態様において、試料入口130は、シース流体などの処理流体をシステムに流す入口チャネル132と交差する。試料入口130および入口チャネル132は、並行処理チャネル160を通ってシステムにより処理されるべき粒子を有するシース流を生じる。
【００１４】
適切なシース流システムは、2004年11月1日に出願された米国特許出願第10/979,848号に記載されており、その特許出願の内容は参照により本明細書に組み入れられている。しかしながら、本発明は、試料および/またはシース流を粒子処理システムへ投入するそのような様式に限定されず、任意の適切な手段を使用可能である。
【００１５】
検出領域120は、並行チャネル110を流れる、処理されるべき粒子を含むシース流を受け、粒子を分析する。例示的態様において検出システムは、粒子を観察して、所定の特性をもつ粒子を同定する。検出領域は、チャネル160を流れる標的粒子における所定の特性を感知するための1つまたは複数の検出器を含む。
【００１６】
粒子を分析するための適切な検出システムは、米国特許出願第10/915,016号に記載されており、その特許出願の内容は参照により本明細書に組み入れられている。当業者は、粒子を分析する任意の適切な手段が用いられうることを認識しているだろう。
【００１７】
処理領域140において、処理システム10は、チャネル110を流れる粒子に対して選択された処理を実行する。例示的態様において、処理領域は、検出領域120における検出器により1つまたは複数の所定の特性を有すると決定された粒子を所定の特性をもたない粒子から分離するための一連のスイッチ150を含む。
【００１８】
図2は、図1の粒子処理システム10における領域Dの詳細図である。
【００１９】
図3は、本発明の例示的態様の処理領域に用いられる適切なスイッチ151を示す。各ソーティングチャネル160は、そのチャネル内で粒子のソーティングを実行するために専用スイッチ151を結合している。示されているように、ソーティングチャネル160は、担体液体中に浮遊している粒子をスイッチング領域を通って運ぶ。ソーティング領域において、ソーティングチャネル160は、分岐点21で第一分岐22aおよび第二分岐22bへ分岐する。例示的スイッチ151は、検出領域120により同定されたチャネル160における選択された粒子18bに選択的に圧力パルスを印加し、所定の特性をもつ粒子をチャネルの第一出口22aへ偏向させることにより粒子を分離し、一方、所定の特性をもたない粒子18aは、チャネル160の第二出口22bへ流れる。検出領域120は、ソーティングチャネルにおいてスイッチング領域の上流に規定され、上記のように、検出領域20において粒子の所定の特性を感知するための検出器を結合している。
【００２０】
例示的態様により、各スイッチ151は、スイッチング領域にソーティングチャネル160と交差するサイドチャネル152を含む。シース流体などの流体は、サイドチャネル152を部分的に満たして、そこにメニスカス153を形成する。サイドチャネル152は伸長して密閉チャンバ154で終結するが、該密閉チャンバは、好ましくは、シース流体以外の空気などの流体で満たされている。メニスカス153は、インターフェースとなり、シース流体と密閉チャンバ154の間に障壁を形成する。チャンバ154は、好ましくは、可撓性または可動性の壁を含み、その壁は、内側へ撓むまたは動く際に密閉チャンバ154における圧力の増加を引き起こす。チャンバ154は、下記のように、基板上に形成されたソーティング構成部品を外部アクチュエータと連動させるための作動ポートとして機能する。
【００２１】
アクチュエータ158はまた、検出領域における検出器が所定の特性をもつ粒子を同定した際にスイッチ151を作動させるために供給される。いくつかの態様において、アクチュエータ158は、スイッチ151の外部である。アクチュエータは、作動の際にソーティングチャネル160において瞬間的に流れの外乱を引き起こし、その中で流れを偏向させる。アクチュエータ158は、選択的にチャンバ154における圧力を増加させて、サイドチャネル152近くのソーティングチャネルにおける流れを、内側へ、実質的にはソーティングチャネル160における正常な流れと直角に、移動させる。ソーティングにおける正常な流れと直角の成分を有するこの一時的液体変位は、混合物においてそれらを残りの粒子から分離するために所定の特性をもつ粒子を偏向させるのに適用されうる。
【００２２】
アクチュエータ158は、好ましくは、下記のように、変位アクチュエータである。
【００２３】
緩衝器は、任意で、アクチュエータにより生じた圧力パルスを吸収するために供給されうる。
【００２４】
好ましくは、アクチュエータ158は、ソーティングチャネル160が形成されている基板の外部である。密閉チャンバ154もまた、基板の外部であってよい。
【００２５】
図4は、本発明の開示により、粒子の流れにおいて関心対象の粒子を他の粒子から分離するための圧力パルスを生じるためにおよび/または圧力パルスを吸収するための緩衝器として働くために適したスイッチの、もう一つの態様を示す。示されているように、スイッチ151'は、ソーティングチャネル160に通じる基板12に形成されたサイド通路152'に隣接して形成される。サイド通路152'は、通路の側壁における開口により形成された流体インターフェースポート17を含む。密閉圧縮チャンバ154'は、サイド通路152'に隣接して位置し、流体インターフェースポートを通してサイド通路と連通する。例示的チャンバ154'は、シール71および可撓性膜72により形成される。サイド通路152'における担体流体は、サイド通路とチャンバの間の界面にメニスカス153'を形成する。アクチュエータ158'は、可撓性膜を押し下げて、チャンバにおける圧力を増加させ、それがメニスカスを撓ませて、担体流体に圧力パルスを引き起こす。
【００２６】
図5a〜5dは、図1〜4の粒子ソーティングシステム10におけるスイッチ151のスイッチング操作を示す。図5a〜5dの態様において、スイッチ151は、アクチュエータ158がチャンバ154における圧力を増加させる時に生じる圧力パルスを吸収するための緩衝器を含む。緩衝器は、スイッチサイド通路154の反対側に形成された密閉チャンバ154'で終結する第二サイド通路を含む。図5Aにおいて、検出領域120における検出器は、粒子における所定の特性を感知し、アクチュエータ158を起動するシグナルを発生する。アクチュエータの起動によりスイッチ151のタンク154内の圧力は増加し、これはメニスカス153を撓ませ、図5Bにおける矢印により示されているように、第一サイド通路152からの液体の一時的放出を引き起こす。ソーティングチャネルにおいてこの時点で引き起こされた突然の圧力増加は、第二タンク緩衝器の弾性特性のために、緩衝器を形成する第二サイド通路へと液体を流す。液体の緩衝器サイド通路へのこの動きは矢印で示されている。結果として、図5Cに見られるように、ソーティングチャネルを通る流れは偏向し、第一サイド通路154と緩衝器サイド通路の間に位置した関心対象の選択された粒子18bを、正常な状態でのその流れ方向と直角にシフトさせる。図5Aおよび5Dに示されているように、圧力パルスにより放射状に変位した関心対象の偏向粒子は、その後第一出口チャネル22aへ流れ、一方、圧力パルスによって影響されなかった非選択の粒子は第二出口チャネル22bへ流れ、それにより、所定の特性をもつ粒子が所定の特性をもたない粒子から分離される。
【００２７】
アクチュエータ158が起動していない時、タンク154、154'内の圧力は正常圧力へ戻り、粒子の第二出口チャネル22bへの粒子の正常な流れを可能にする。
【００２８】
粒子の検出および選択的偏向のこの過程は、高速で粒子をソートするために1秒あたり何度も繰り返されうる。記載された流体スイッチングを採用することで、1秒あたり最高約数千回までのスイッチング操作を実行することができ、ソートされる粒子約百万個/時間のソーティング速度を生じる。
【００２９】
適切なスイッチング機構は、米国特許第6,877,528号、第6,808,075号、第6,976,590号、および第7,157,274号、ならびに米国特許出願第11/295,183号に記載されており、それらの特許の内容は参照により本明細書に組み入れられている。
【００３０】
本発明の例示的態様によると、図1および2に示されているように、ソーティングチャネル160の配列に対するアクチュエータ158は、マイクロ流体基板12上にジグザグ状に配列されて、基板12上でのチャネルの高密度のパッキングを可能にする。例えば、例示的態様において、各スイッチにおいてサイドチャネル152がソーティングチャネル160と交差する、スイッチのスイッチング領域は、領域140において実質的に等しい間隔でありうる。スイッチのサイドチャネル152は、様々な長さをもち、サイドチャネル152の端におけるアクチュエータ158の位置をジグザグ状に配列することを可能にしうる。それでもなお、本発明の他の態様において、スイッチング領域におけるスイッチをジグザグ状に配列することができる。スイッチをジグザグ状に配列することは、検出から作動までの異なる時間について(各長さについて)の補正、ならびに場合により、ソートされたおよびソートされていないチャネル(スイッチング接合部後のy字チャネル)における抵抗がすべて本質的に整合するとは限らないだろうという事実を許容するために流れ抵抗整合についての補正を必要とする。
【００３１】
例示的態様において、アクチュエータ158は、間隔3で基板に沿って異なる座標でジグザグ状に配列される。本明細書に用いられる場合、「座標」という用語は、基板に沿った要素の縦位置を指す。例えば、座標という用語は、アクチュエータおよび/もしくはアクチュエータポートの1列のスイッチからの、または基板の前(入口)端もしくは後(出口)端と平行のもう一つの列からの距離を指しうる。この態様において、作動ポートは、スイッチング接合部の位置をラインSに置いたままにして、非対称のアクチュエータポートアーム長を用いることによりチップ上でジグザグ状に配列される。例えば、アクチュエータ158は、アクチュエータポートおよびチャンバ154をスイッチング領域からジグザグ状の距離に位置するようにスイッチのサイドチャネルを選択的に伸ばすことにより、ジグザグ状に配列されうる。例えば、図1および2に示された例示的態様において、チャネルは3つのサブセットでのグループである。一連の3つのスイッチにおける第一スイッチ151aの第一サイドチャネル152aは第一の長さAをもち、対応するアクチュエータがラインXに沿って位置するように、ラインXにアクチュエータポートを形成する密閉チャンバ154aで終結する。第二スイッチ151bの第二サイドチャネル152bは第二の長さBをもち、対応するアクチュエータがラインYに沿って位置するように、ラインYにアクチュエータポートを形成する密閉チャンバ154bで終結する。第三スイッチ151cの第三サイドチャネル152cは第三の長さCをもち、対応するアクチュエータが、ラインSに沿って整列しているスイッチング領域から最も遠いラインZに沿って位置するように、ラインZにアクチュエータポートを形成する密閉チャンバ154cで終結する。従って、アクチュエータおよび関連チャンバは3つ毎に、基板の同じ座標(すなわち、同じ列)に沿って整列する。このように、一連のソーティングチャネルおよびスイッチについてのアクチュエータの3分の1は、スイッチングラインSに最も近いラインXに沿って位置し、アクチュエータのもう一つの3分の1は、スイッチングラインSからより遠いラインYに沿って位置し、アクチュエータの最後の3分の1は、スイッチングラインSから最も遠いラインZに沿って位置している。
【００３２】
例示的パッキングスキームは、従って、ソーティングチャネルの高密度のパッキングを可能にする。一つの態様において、ソーティングチャネルは、チャネル間間隔900ミクロン程度の小ささでパッキングされうる。対照的に、アクチュエータが同じラインに沿って整列していたならば、より大きい空間が必要になったであろう。
【００３３】
チャネル3つ毎にジグザグ状配置の作動ポートを用いることにより、本発明の例示的態様は、一般的に直線的にパッキングするには大きすぎる通常の圧電スタックまたは電気収縮型もしくは他の型の変位アクチュエータを可能にする。
【００３４】
アクチュエータおよびマイクロ流体粒子処理システムの対応する作動ポートの配列は、ジグザグ状に配列した3列で示されるが、当業者は、本発明のアクチュエータおよびマイクロ流体粒子処理システムの対応する作動ポートの配列がより少ない列、例えば、2列、または3列より多い列、例えば、4列、5列、6列など、を有しうることを理解するだろう。
【００３５】
または、領域140におけるスイッチング点も同様にまたは代替的に、ラインSがいくつかのジグザグ状に配列したラインを含むようにジグザグ状に配列されてもよい。
【００３６】
この態様において、アクチュエータ配列およびアクチュエータポート配列は、間隔が一致しかつ新しい最小限のチャネル間間隔に達するように設計される。
【００３７】
本発明のもう一つの態様によると、粒子処理システムは、粒子処理システムにおいて複数のスイッチを作動させるための複数のアクチュエータを含む自己整列アクチュエータパッキングブロックを含みうる。図6は、検出システム120がソーティングチャネル160において粒子における所定の特性を検出した場合の、スイッチを作動させるために適した自己整列アクチュエータパッキングブロック400の態様を示す。基板12に連結する場合、ブロックにおける各アクチュエータ158をスイッチングサイドチャネルの終端における密閉チャンバと整列させて、選択されたスイッチおよびソーティングチャネル160とアクチュエータとを関連づける。検出システム120によりシグナルが発生すると、コントローラーは、ブロック内の適切なアクチュエータ158を選択的に作動させて関連スイッチングチャンバにおける圧力を増加させ、これにより、関連スイッチングサイドチャネルにおけるメニスカスの撓みを引き起こして、関連ソーティングチャネルにおいてターゲットされた粒子を偏向させる。アクチュエータブロック400は、適切な場合、アクチュエータの1つ、同時に複数または全部を作動させてもよい。
【００３８】
例示的アクチュエータは、内蔵プレストレストばね、屈曲部、または各アクチュエータに対する、例えば各アクチュエータピンに対する適切な可撓性装置を含む。
【００３９】
例示的態様において、複数のアクチュエータ158は、2次元配列で高密度にパッキングされる。それぞれの例示的アクチュエータ158は、圧電スタック1581、または特定のシグナルを供給されると膨張または収縮する他の適切な変位アクチュエータを含む。または、圧電スタックが、当技術分野において公知の電気収縮変位アクチュエータを含んでもよい。作動ピン1582または他の適切な装置は、圧電スタックの前側へ任意の適切な手段によって取り付けられる。作動ピン1582は、グルー、セメント、または他の結合手段を含む任意の適切な手段によって圧電スタックへ取り付けられうる。取り付けピン1583は、各圧電スタック1581の後部に取り付けられる。作動ピン1582は、圧電スタックが膨張し、関連ソーティングチャネルにおける標的粒子を選択的に偏向させるのに必要な圧力パルスを生じると、ブロック400から伸びて密閉スイッチングチャンバの可動性壁に接触するように構成される。全体として、積み重ねられた作動ピン1582、圧電スタック1581、および取り付けピン1583は、「圧電ピン」ユニットを形成する。
【００４０】
圧電ピンの配列を収容するためのブロックは、圧電ピンが固定されうるバックプレート1585を含む。圧電ピンは、好ましくは、取り付けピン1583がバックプレート中に形成された開口部1591を通して伸びるように、バックプレート1585へ固定される。取り付けピン1583は、電源からの電気を通して、アクチュエータを作動させうる。圧電ピンを固定した後、バックプレートを、次に、圧電ピンが前方ブロック1584の先端1587に位置した屈曲部1586に対して圧縮されるように、前方ブロック1584へ取り付ける。圧電ピンの圧縮を供給するために任意の適切な装置を用いることができ、本発明は、例示的屈曲部1586に限定されない。前方ブロック1584の先端1587は、ブロックが基板に連結された際にソーティングシステムの基板12に面する。作動ピン1582により形成された圧電ピンのチップは、それらが基板12とアクチュエータブロックシステム400の間に機械的干渉を生じることなしにマイクロソーターシステムの作動ポートと接触するように、前方ブロックにおける開口部1588を通して突き出る。
【００４１】
例示的態様において、アクチュエータブロック400は、R軸に沿って示される3列の圧電ピンを含む。各列はラインX、Y、およびZの1つに対応し、それに沿って、基板上のスイッチの配列内に各スイッチについてのサイドチャネルの終端において密閉チャンバが形成されている。各列において、アクチュエータは、関連ラインX、Y、またはZに沿って配置されたスイッチのサブセットにおける各密閉チャンバと整列するようにアクチュエータブロックの長さLに沿って間隔が空けられている。例示的態様は、間隔3でのジグザグ状配置を示しているが、当業者は、アクチュエータサイドチャネルおよび関連アクチュエータが任意の適切な間隔でジグザグ状に配列されうることを認識しているだろう。例えば、代替的なジグザグ状配置として、2列のアクチュエータがブロック状に形成される。アクチュエータブロックにおける列の数は、ジグザグ状配置が生じるスイッチのサブセットの数に対応する。
【００４２】
例示的アクチュエータブロック400は、高密度パッキング配列を実施して、空間を節約する。例示的態様において、各アクチュエータ、すなわち圧電ピンまたは他の適切な変位アクチュエータは、作動ピンがブロックの長い側面に沿って2mm未満、好ましくは1mm未満の間隔で直線的に見出されるように、アクチュエータ中心間に約4mm未満間隔で間隔をあける。
【００４３】
例示的態様において、屈曲部1586は、長い時間および多くのサイクルに渡って信頼性のある圧電スタック操作を促進するためのプレストレスト状態でアクチュエータを維持するために提供される。静止位置(一つの態様において適用されるゼロ電圧)において、圧電ピンまたは他の作動装置は圧縮して保たれる。取り付けピンに電圧が印加されると、取り付けピン1583は電圧を圧電スタック1581に伝達し、アクチュエータを圧縮圧力に対して膨張させ、それにより関連スイッチ151を作動させる。
【００４４】
図7に示された本発明のもう一つの態様によると、粒子処理システムについてのアクチュエータブロック400'は、内蔵プレストレスを供給するために、つる巻ばね1596を用いて圧電ピンなどの変位作動装置を静止位置において圧縮しうる。つる巻きばね1596は、各圧電ピン158または他の作動装置全体に渡って配置されうる。ばね搭載圧電ピンは、その後、例示的態様において、アクチュエータブロック400'の先端に位置している剛体面1597に対して一斉に圧縮されうる。剛体面1597は任意の適切な位置に位置しうる。
【００４５】
図8〜11dを参照すると、本発明は同様にまたは代替的に、はんだ付けまたは圧着ワイヤーを用いるよりむしろ接触に基づいた電気的接続で圧電ピンアクチュエータを供給し、それによりさらにパッキング密度を向上させることにより、高性能を提供しうる。
【００４６】
圧電スタックは、通常、スタックの反対側で電極にはんだ付けされたワイヤーを有する。全ての高密度パッキング実行において、それらのワイヤーをブロックから引き出し、圧電駆動エレクトロニクスへと1つずつ接続しなければならない。例示的電子ピン158において、圧電ピン構造の後部の取り付けピン1583の側面は、金属、例えば銅などの導電性物質による被覆1593で覆われ(または金属化されるか導体を取り付けられる)、それは圧電スタック1581自身の側面に渡って拡張され、集積回路チップインラインパッケージピンソケットと同様に、設計者がアクチュエータブロックバックプレートの中または下に取り付けられた導電性ばね1594を用いて挿入による電気的接続を生じることを可能にする。
【００４７】
例示的圧電スタックに基づいたピン(圧電ピン)上の集積導体表面は、電気的接続が導電性ばねを用いて生じるのを可能にする - はんだ付けされたものの代わりに挿入接続を可能にする。
【００４８】
図8に示されているように、作動ピン1582は、圧電スタック1581の前端における溝1598により受け入れられる作動ピンの後端上の突起を用いて圧電スタック1581に取り付けられうる。任意の適切な取り付け手段が用いられうる。
【００４９】
本発明は、例示的態様に関連して記載されている。本発明の範囲から逸脱することなく上記の構築物に特定の変更が加えられうるため、上の記載に含まれるかまたは添付の図面に示されるすべての事柄は、実例として解釈され、かつ限定的意味ではないことが意図される。
【００５０】
添付の特許請求の範囲は、本明細書に記載された本発明のすべての包括的および特定の特徴、ならびに言語の問題としてそれらの間に入ると言われうる本発明の範囲のすべての言明を網羅しうることもまた理解されるべきである。
【００５１】
本発明を記載してきたが、新規として主張され、かつ特許証により保護されるものは添付の通りである。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の例示的態様によるマイクロ流体粒子ソーティングシステムを示す。
【図２】図1のマイクロ流体粒子ソーティングシステムの領域の詳細図である。
【図３】本発明の一つの態様によるマイクロ流体粒子ソーティングシステムにおける粒子ソーティングモジュールを示す。
【図４】本発明の粒子ソーティングシステムに用いるのに適した粒子ソーティングモジュールのもう一つの態様を示す。
【図５】図5a〜5dは、所定の特性に基づいた粒子の流れのソーティング中の粒子ソーティングモジュールのもう一つの態様を示す。
【図６】2次元配列における図1の粒子ソーティングシステムと共に用いられる複数の外部アクチュエータを収容するためのアクチュエータブロックの態様を示す。
【図７】アクチュエータブロックのもう一つの態様を示す。
【図８】図1の粒子ソーティングシステムにおけるソーティングスイッチを選択的に作動させるために用いられるアクチュエータの態様を示す。
【図９】アクチュエータのもう一つの態様を示す。
【図１０】アクチュエータに電気的接続を供給するために接触ばねを含む図9のアクチュエータを示す。
【図１１】図11A〜11Dは、図8のアクチュエータを示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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