(57)【要約】  ペーパーベースのマイクロ流体分析デバイス（ｐＰＡＤ）を作成する際に利用される基板のサブトラクティブパターニングのための方法およびシステム。非透過性の裏当て材料の上に基板を接着することによって、基板がエッチングされて高精度のフィーチャを生み出し、このフィーチャを利用して、極めて少量の試料を流し、テストすることが可能なＭＰＡＤを構築することができる。このシステムおよび方法は、二次元および三次元の流れシステムに関するフィーチャを構築するために種々の基板に合わせて修正することができる。基板組立体は、基板層（例えばペーパー）を非透過性の層（例えばフォイル）に貼り付けることによって形成される。基板層の一部がエッチング装置を利用して切り取られて、流体流れ領域を画定するための１つまたは複数のサブトラクティブパターンを基板組立体上に形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エッチングツールに対して非透過性の層に貼り付けられた吸収性の基板層を備えるマイクロ流体デバイスであって、流体流れを前記デバイス内で誘導する少なくとも１つのサブトラクティブパターンを形成するために前記基板層の一部が除去される、マイクロ流体デバイス。
【請求項２】
前記基板層は、ペーパー、ガラス繊維、ニトロセルロース、ポリマーまたはプラスチックを備える、請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項３】
前記基板層は親水性である、請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項４】
前記基板層はペーパーである、請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項５】
前記非透過性の層は、金属フォイル、プラスチックまたはポリマーである、請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項６】
前記非透過性の層は、アルミニウムフォイルである、請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項７】
前記非透過性の層は、レーザに対して非透過性である、請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項８】
前記基板層は、接着層によって前記非透過性の層に貼り付けられる、請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項９】
前記接着層は、テープ、グルーまたはワックスである、請求項８に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１０】
前記サブトラクティブパターンは、親水性の流体流れ領域を取り囲む、流体流れに対する疎水性のバリアである、請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１１】
前記疎水性のバリアは、２５〜８０μｍの幅を有する、請求項１０に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１２】
前記親水性の流体流れ領域は、試料区域と、チャネルを介して接続された少なくとも１つの検出区域とを備える、請求項１０に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１３】
非透過性の層に貼り付けられた基板層を備える基板組立体を形成するステップと、エッチング装置を利用して前記基板層の一部を切り取り、前記基板組立体上に１つまたは複数のサブトラクティブパターンを形成するステップとを含む、マイクロ流体デバイスを製造する方法。
【請求項１４】
前記エッチング装置はレーザである、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記基板層は、ペーパー、ガラス繊維、ニトロセルロース、ポリマーまたはプラスチックを備える、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記非透過性の層は、金属フォイル、プラスチックまたはポリマーである、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記基板層は、テープ、グルーまたはワックスである接着層によって前記非透過性の層に貼り付けられる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
前記１つまたは複数のサブトラクティブパターンは、一次元、二次元または三次元の流れシステムを形成する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１９】
前記サブトラクティブパターンは、親水性の流体流れ領域を取り囲む、流体流れに対する疎水性のバリアである、請求項１３に記載の方法。
【請求項２０】
基板層および非透過性の層を結合組立体に向けて誘導するための供給組立体であって、
前記結合組立体は、接着剤を利用して前記基板を前記非透過性の層に貼り付けて組み立て後の基板を形成する供給組立体と、
前記組み立て後の基板上に１つまたは複数のサブトラクティブパターンを形成するために前記基板層の一部を切り取るためのエッチング装置と、
前記組み立て後の基板を１つまたは複数のマイクロ流体デバイスに切断するための切断装置とを備える、マイクロ流体デバイスを製造するためのシステム。
【請求項２１】
一方のデバイスから他方への流体流れを可能にするチャネルを介して接続された、請求項１に定義されるような２つ以上のデバイスを備える多次元マイクロ流体デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、マイクロ流体デバイスに関し、より詳細には、高精度のサブトラクティブパターニングを有するそのようなデバイスに関する。本発明はまた、係るマイクロ流体デバイスを作成するためのシステムおよび方法にも関する。
【背景技術】
【０００２】
分析アッセイは、例えば人の健康（例えば血液および尿検査）、環境汚染（例えば水および土壌検査）ならびに産業用の食品調理および医薬品調剤（例えば細菌汚染検査）などの診断用途において有益であるが、大型でコストのかかる研究施設と、訓練された技師を必要とする場合が多い。
【０００３】
例えば側方流動免疫アッセイなどの一方向（すなわち一次元、１Ｄ）に流れるペーパーベースの試験が、様々な用途（例えば家庭用妊娠検査）に関してしばらくの間使用されてきた。それらは機能的に簡素であり、使い捨てであり、ユーザ側の操作するための指示はほとんど必要としない。ペーパーベースのマイクロ流体分析デバイス「μパッド（μＰＡＤ）」と呼ばれるものの出現によって、この分野はより多様になり、このデバイスは、過去の一般的な紙片の試験と比べてより幅の狭い流れチャネルの寸法（およびさらには必要とされる試料の容量がより少ないこと）によって、複数の流れ方向（すなわち二次元および三次元、２Ｄおよび３Ｄ）におけるより複雑な試験、ならびに並行する多重テストを実施することができる。より少ない容量で機能する能力は、人の健康に関するポイントオブケア検査などの大きな容量を獲得するのが困難な試料を検査するのに重要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
μＰＡＤのこのような分野は、親水性の基板に疎水性の処置剤を付加的に添加するプロセスと、このような処置剤をマイクロスケール容量の試料（ペーパーベースのマイクロ流体）を流すための種々の幾何学形状にパターニングするプロセスとによって始まった。後に、添加法には、パターニングを達成するためのフォトマスクによるフォトリソグラフィ、または適切なパターンで必要な化学物質を加えるための種々のプリント技術などの方法を用いた疎水性の基板に対する親水性の処置剤も含まれた。いくつかのプリント方法、例えばワックスプリンティングは、添加された化学物質が紙の中で側方ににじみ出ることが理由で、高精度のパターニングを達成することができず、精細なマイクロフィーチャを不可能にし、このような方法を用いて形成されるμＰＡＤの設計および再現性を妨げていた。他の方法、例えばフォトリソグラフィを利用するものなどは高精度は維持したが、相対的に費用のかかる製造方法が必要とされる、および／または一般的ではない化学物質が必要であったりした。
【０００５】
添加法の開発に続いて、研究者等はその後、流体が横切ることができない吸収性の基板の中に間隙によってつながれた親水性の領域を創り出すために、機械制御された切断器具ならびにレーザなどのエッチングツールを利用するサブトラクティブ法を研究した。しかしながらこのような「カットアウト」法は、壊れやすく、扱いにくい製品を生み出した。さらに、このような方法は、どのくらい小さいフィーチャサイズが作成され得るか（例えばチャネル幅および他の幾何学形状）に関して制限され、故に、そのようなカットアウトされたペーパーベースのマイクロ流体テストに関する最小限の試料の容量は、添加法に必要とされる試料の容量より大きくなった。最終的には、このようなカットアウト法は、製造するためのプロセスの適応性に関して制限された。
【０００６】
よって、従来のそういった装置の１つまたは複数の欠点を克服するペーパーベースのマイクロ流体分析デバイスを開発することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
新規のマイクロ流体デバイスを生み出すための吸収性の基板のサブトラクティブパターニングに関する新規のシステムおよび方法が開発されてきた。
【０００８】
本発明の第１の態様によると、基板層と、エッチング装置に対して非透過性の層と、任意選択で基板層を非透過性の層に貼り付けるための接着層とを備え、流体流れをデバイス内で誘導するのに適したサブトラクティブパターンを形成するために基板層の一部が除去される、マイクロ流体デバイスが提供される。
【０００９】
本発明の別の態様によると、ペーパー層と、エッチング装置に対して非透過性のフォイル層と、ペーパー層をフォイル層に貼り付けるための接着層とを含むマイクロ流体デバイスが提供される。マイクロ流体デバイス上にサブトラクティブパターンを形成するためにペーパー層の一部は除去される。
【００１０】
本発明の別の態様では、マイクロ流体デバイスの製造方法が提供されており、方法は、基板層と、非透過性の層と、任意選択の接着層とを備える基板組立体を形成するステップと、基板組立体上に１つまたは複数のサブトラクティブパターンを形成するためにエッチング装置を用いて基板層の一部を切り取るステップと、切断装置を用いて基板組立体を切断して１つまたは複数のマイクロ流体デバイスにするステップとを含む。
【００１１】
マイクロ流体デバイスを製造するためのシステムがさらに提供されており、このシステムは、基板の層を非透過性材料の層に貼り付けて組み立て後の基板を形成する結合組立体に向けて基板の層および非透過性材料の層を誘導するための供給組立体と、組み立て後の基板上に１つまたは複数のサブトラクティブパターンを形成するために基板の層の一部を切り取るためのエッチング装置と、組み立て後の基板を切断して１つまたは複数のマイクロ流体デバイスにするための切断装置とを含む。
【００１２】
本発明は、耐久性がある、非透過性の裏当てと結合された吸収性基板の高精度のサブトラクティブパターニングを有するマイクロ流体デバイスを提供し、低容量の流体テスト（例えばマイクロリットルサイズの試料を利用する、例えば１０００μＬ未満の試料、および好ましくは、１μＬ未満の試料を含む１０μＬ未満の試料など）で有利に使用され得る小さなフィーチャサイズを望ましくは有するデバイスをもたらす。
【００１３】
さらに、本発明は、高価な製造方法や材料または一般的ではない製造方法や材料を必要とせず、そのプロセスは大量生産に容易に拡張することが可能である。
【００１４】
本発明の他の特徴および利点は、以下でより完全に説明される。
【００１５】
本発明の実施形態をここで、添付される図面を参照して単なる一例として説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】ａ）本発明の一実施形態によるマイクロ流体デバイスの層、ｂ）このデバイスの中のサブトラクティブパターニングのためのレーザの利用、およびｃ）サブトラクティブパターニングの拡大図を概略的に示す図である。
【図２】本発明の一実施形態によるマイクロ流体デバイスの製造の概略図である。
【図３】レーザの様々な出力と、切断速度において調整された疎水性のバリアの実用性を示すグラフである。
【図４】異なる％の出力と、％の速度でのサブトラクティブパターニングに関してレーザを利用する際の、アルミニウムフォイルで裏当てされたワットマン１クロマトグラフィーペーパーにおける平均のバリアの幅をグラフで示す図である。
【図５】サブトラクティブパターニングのためにレーザを使用する際のアルミニウムフォイルで裏当てされたワットマン１クロマトグラフィーペーパーにおける高精度のマイクロチャネルを示す図である。
【図６】複合的なアッセイにおいて有益な８方向の複合的なμＰＡＤ機構を示す図である。
【図７】ａ）複数のチャネルを備えるマイクロ流体デバイスを作成するためのプロセスと、ｂ）マルチチャネルデバイスを概略的に示す図である。
【図８】マイクロ流体デバイスをテストするのに利用される方法論を示す図である。
【図９】一実施形態によるマイクロ流体デバイスにおける様々な幅の流体流れチャネルの実用性を示す図である。
【図１０】本発明の一実施形態によるマイクロ流体デバイスにおける流体流れチャネルの実用性に対する基板の繊維幅の影響をグラフで示す図である。
【図１１Ａ】ａ）Ｃｈｒ-１、ｂ）３ｍｍ  Ｃｈｒおよびｃ）ＲＣ-５５ペーパー基板においてそれぞれ形成された種々のチャネル幅を通る流れの距離をグラフで示す図である。
【図１１Ｂ】ａ）Ｃｈｒ-１、ｂ）３ｍｍ  Ｃｈｒおよびｃ）ＲＣ-５５ペーパー基板においてそれぞれ形成された種々のチャネル幅を通る流れの距離をグラフで示す図である。
【図１１Ｃ】ａ）Ｃｈｒ-１、ｂ）３ｍｍ  Ｃｈｒおよびｃ）ＲＣ-５５ペーパー基板においてそれぞれ形成された種々のチャネル幅を通る流れの距離をグラフで示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明は、エッチングツールに対して非透過性の層に貼り付けられた基板層を備え、流体流れをデバイスの中に誘導するサブトラクティブパターンを形成するために基板層の一部が除去されるマイクロ流体デバイスを提供する。
【００１８】
基板の高精度のサブトラクティブパターニングを有するマイクロ流体デバイスを製造するためのシステムおよび方法も提供される。本明細書で使用される際、用語「高精度」は、２００μｍ未満のサイズを有するフィーチャを形成することが可能なサブトラクティブパターニングを指している。デバイスは、非透過性の裏当て材料に基板を接着し、その後に好適なエッチングツールによって基板をエッチングして高精度のフィーチャを生み出すことによって作成される。このシステムおよび方法は、極めて少ない流体試料の量（例えば、１０００μＬ未満の試料、および好ましくは１μＬ未満の試料を含めた１０μＬ未満などのマイクロリットルサイズの試料）を含め、任意のサイズの試料の量をテストするのに有益なペーパーベースのマイクロ流体分析装置（μＰＡＤ）を構築するために利用されてよい。このシステムおよび方法は、本明細書に記載される種々の基板および非透過性の層に対して改変され得ることで、二次元および三次元の流れシステムを含めた、様々な幾何学形状および寸法のデバイスを構築することができる。
【００１９】
本発明によると、基板に貼り付けられ、エッチングツールに対して非透過性である層（例えばレーザを通さない裏当て）の組立体が設けられる。この組立体は、基板と、非透過性の裏当て層と、必要であれば接着層とを備える。基板層は、選択されたエッチングツールによって貫通可能である材料を有することで、エッチングツールによって、基板層の一部が除去されたサブトラクティブパターンが基板層の中に形成されてよい。基板層は、エッチングツールに対して透過性である（またはそれによって貫通することが可能な）何らかの吸収性材料であってよく、かつこれは親水性である。一実施形態において、基板層は、セルロースのクロマトグラフィーペーパーなどペーパー層である。他の実施形態において、基板は、別の材料で作成される場合もある。例えば基板層の材料は、これに限定するものではないがガラス繊維紙、ニトロセルロース、吸取紙、ポリマーまたはプラスチックであってよい。基板層の材料は、変動する厚さであってよく、多様な孔のサイズを有する場合がある。他の可能な吸収性の基板が本発明による基板層として使用される場合もある。
【００２０】
非透過性の層は、切断用レーザまたは任意の精度集中型の切断工具などの選択されたエッチングツールに対して非透過性の（またはそれによって貫通することができない）任意の材料であってよい。レーザは、ＣＯ２レーザであってよい、または例えばガスレーザ、化学レーザ、色素レーザ、金属蒸気レーザ、固体レーザまたは半導体レーザなど、別のタイプのレーザであってもよい。エッチングツールは、プラズマ切断ツールであってもよい、またはウォータージェット切断ツールである場合もある。 
【００２１】
一実施形態において、金属フォイルが、非透過性の層として利用されてよい（例えば銅フォイル、錫フォイル、鉄フォイル、鋼フォイル、アルミニウムフォイルなど）。この点において、好適なフォイルは、使用されるエッチングツールのパラメータの下でそれを透過不能にする熱伝導性を有する。好ましい非透過性の層は、アルミニウムフォイルである。アルミニウムフォイルは、厚さが薄く（例えばおおよそ１０〜５０μｍ）、可撓性であるという特徴を有し、これは本発明のデバイスのロールツーロール式の製造を容易にし、また結果として生じるデバイスを皮膚用パッチ剤で使用し易くする。利用され得る他の非透過性の層は、非透過性の層によって被覆される材料を含んでおり、例えば金属層、ワックス層またはポリマー層によって被覆された紙などである。非透過性の層はまた、アルミニウムフォイルのものより大きくなり得る厚さを有する柔軟性のない材料を有する場合もある。例えば、非透過性の層は、例えばポリエチレンまたはポリメチルメタクリレートなどのプラスチックまたはポリマー材料であってよい。
【００２２】
当業者によって理解されるように、非透過性の層は、利用されるエッチングツールによって変化する場合がある。より詳細には、あるエッチングツールに対して非透過性である層は、別のエッチングツールに対しては非透過性でない場合もある。または、所与のエッチングツールの一セットのパラメータ（例えば低出力または高速）の下で非透過性である層は、同一のエッチングツールの異なるセットのパラメータ（例えば高出力または低速）に対しては非透過性ではない場合もある。例えばワックスペーパーは、低出力のエッチングツールの場合、非透過性の層として適しているが、さらにずっと大きな出力レベルにおいては金属フォイル層が好適な非透過性の層である。
【００２３】
基板層は、エッチングツールに対して非透過性の層に貼り付けられる。これらの層は、接着剤を加えることなく、基板および非透過性の層の一方、またはその両方の固有の接着特性のために自然に貼り付けられてよい。粘着性の非透過性の層の一例は、ワックスペーパーである。
【００２４】
代替として、基板層は、接着層によって非透過性の層に貼りつけられる。接着層は選択された基板層を非透過性の層に貼り付けるのに適した任意の接着剤であってよい。例えば接着層は、接着テープ（両面テープを含めた）、感圧型接着剤、接着ワックスまたは任意の好適なグルー製品であってよい。接着層は、基板の非透過性の層への接着を達成するのに十分な量だけ、確立された技術に従って基板層、非透過性の層またはその両方のいずれかに加えられる。
【００２５】
本発明のマイクロ流体デバイスの形状およびサイズは、特に制限されておらず、意図される実用性に適した任意の形状およびサイズであってよい。よって、デバイスは、手持ち式の装置の中で使用するようにサイズが決められて調整される場合、またはその意図される実用性に基づいてより小さい、またはより大きなサイズで調整される場合もある。
【００２６】
本明細書で例証されるような特有の実施形態では、マイクロ流体組立体は、接着テープを使用してペーパー基板に貼られたアルミニウムフォイルの非透過性の層と共に形成されてよい。しかしながら様々な可能性のある基板、裏当て、接着剤、多層および両面システムを含めた層の配列、ならびに複合的なμＰＡＤ幾何学形状が、本発明の実施形態に従って形成され得ることを理解されたい。
【００２７】
本発明のマイクロ流体デバイスは、このデバイス内に流体流れを誘導するサブトラクティブパターンを有する。サブトラクティブパターンは、選択されたエッチング装置を用いて透過性の基板層の中に形成される。サブトラクティブパターンは、非透過性の層を露出させ、流体の流れ（例えばこれは非吸収性）を許可しない疎水性のバリア領域を提供する、基板が除去されたデバイスの一部または領域である。サブトラクティブパターンは、親水性の流体流れ領域である基板層の領域を提供するように、すなわち疎水性のバリア領域が親水性の流体流れ領域（例えば吸収性の領域）を囲繞する、または取り囲むように全体的に成形される。例えばサブトラクティブパターンは、１つまたは複数の親水性の試料領域または区域（例えば、円形、楕円形、正方形または他の幾何学形状で、あるいは不規則な形状などの任意の所望される形状で）を試料が添加される基板層の中に提供してよい。サブトラクティブパターンはさらに、試料区域が、試料区域から検出区域までの流体の流れを許可する１つまたは複数の親水性のチャネルを介して、１つまたは複数の親水性の検出区域または読み取り区域に接続されるように基板内に形成されてよい（例えば、サブトラクティブパターンは、単一の検出区域のケースでは砂時計形状の流体流れ領域、または２つ以上の検出区域のケースではそこから延びる複数の付属物を有する中心の試料区域を有する特定の形状を提供する場合がある）。
【００２８】
疎水性のバリア領域は、隣接する親水性の流体流れ領域（例えば試料区域、検出区域またはチャネル区域）からの流体の流れを阻止するようにサイズが決められている。好ましくは、バリア領域は、所望されるようにデバイスを小型に維持するように最少限になるようにサイズが決められる。しかしながらバリア領域は、流体の流出がバリアを横切るように生じ、バリアの他方の側で基板に流れ込むほど小さくするべきではない。疎水性のバリアは、例えば１００μｍの幅より小さく、好ましくは８０μｍ、７０μｍ、６０μｍまたは５０μｍの幅より小さく、かつ２５μｍの幅より大きく、好ましくは３０μｍ、３５μｍまたは４０μｍの幅より大きくてよい。好ましいバリア領域の幅は、およそ２５〜８０μｍ、２５〜５５μｍまたは３０〜５０μｍ、または３５〜４５μｍの範囲内である。
【００２９】
基板内での、例えば試料区域と、検出区域との間で流体の流れを許可する親水性のチャネルに関して、好適なチャネル幅は、基板の材料、とりわけ基板の材料の繊維の幅と共に変動することが突き止められている。基板の繊維の幅が大きい程、流体の流れを許可するチャネルの幅も大きくなる。流体の流れを促進するために、親水性のチャネルの繊維構造は好ましくは、毛管力によってチャネルに沿った流体のウィッキング現象を助けるために、チャネルの経路に沿って連続して結び付けられる。一部のケースでは、１００μｍ未満のチャネル幅が、２μｍ未満または１μ未満、例えばこれに限定するものではないが０．１〜０．５μｍの繊維幅など５μｍ未満の平均の繊維幅を有する基板において可能である。５μｍを超える、例えば１０〜２０μｍの平均の幅の繊維を有する基板は好ましくは、１００μｍを超える、例えば１１０μｍ、１２０μｍ、１３０μｍ、１４０μｍ、１５０μｍおよびこれを超えるチャネルを備える。
【００３０】
１つの親水性の流体流れ領域または複数の親水性の流体流れ領域を備える本発明のマイクロ流体デバイスは、多様な用途において有益である。流体試料が、デバイス内の試料区域に投入されてよく、流体流れ領域の中を１つまたは複数の検出区域またはテスト区域まで流れることになる。検出区域またはテスト区域は、試料区域中の標的成分と反応しやすい、またはそれを検出するのに有益な１つまたは複数の試薬を含んでよい。そのような用途の例には、これに限定するものではないが、妊娠テスト、グルコース試験、バイオマーカーテストなどの生物医学的な診断、微生物または他の汚染物質（例えばヒ素）に対する水試験なとの環境試験、および試料を保持するための任意の複雑な幾何学形状の高精度の機構が含まれる。よって、本発明の装置を利用して分析され得る流体試料には、これに限定するものではないが様々な供給源（例えば蛇口、池／湖、廃水、雨水など）からの水、または水を含有する試料および血液、尿、唾液、汗、涙または羊水などの体液が含まれる。
【００３１】
本発明のデバイスと共に使用する試料の量は変動する可能性がある。有利には、本発明のデバイスは、例えば１０００μＬ未満、および１μＬ未満の試料を含めた、好ましくは１０μＬ未満の試料などのマイクロリットル範囲の試料サイズを収容するようにサイズが決められてよい。
【００３２】
本明細書に記載され例示されるサブトラクティブパターンは単なる一例であり、他の特徴的なパターンが基板上にプリントされる場合もある。本発明の製作技術では、レーザなどのエッチングツールは、選択された基板を貫通し、切断ラインに沿って疎水性のバリアを生成するには十分であるが、非透過性の層を通り抜ける、または貫通することはない条件およびパラメータの下で使用される。よって、非透過性の層は、マイクロ流体デバイスに対して連続する支持体を提供し、基板層内の幅の狭い疎水性のバリアを伴うマイクロスケールのフィーチャの切断作業を可能にする。 
【００３３】
本発明のデバイスは、１つの個々のデバイスとして提供される、または多層デバイス、両面デバイスまたは多次元デバイスなどの他の構成で提供される場合もある。両面デバイスは、サブトラクティブパターン（同一パターンまたは異なるパターンのいずれかで）がデバイスの両側に存在するように背中合わせに接着された、または同一の非透過性の層を共有し、その両側に基板層を有する２つのデバイスを備える。多層デバイスは、２つ以上の基板および非透過性の層を備えることで、例えば異なる診断効用に関して異なるレベルでサブトラクティブパターンを提供する。多次元デバイスは、一方のデバイスから他方のデバイスへの流体の流れを許可するチャネルを介して接続された２つ以上のデバイスを備える。そのような流体流れチャネルはこれにより、第１のデバイスの流体流れ領域を、第２の、第３のまたはそれ以上のデバイスの流体流れ領域と接続する。当業者は、複数のデバイス間で種々の構成の流体流れを適応させることができることを理解するであろう。流体流れチャネルは、支持体の上に設けられてよい、上記に記載したような基板材料を含めた、流体の流れを許可する材料を含む。
【００３４】
本発明の別の態様において、ペーパーベースのマイクロ流体デバイスなどのマイクロ流体デバイス上でコンパクトでマイクロスケールのフィーチャのサブトラクティブパターニングを可能にする簡素な製作方法が提供される。パターニングは、エッチングツールを用いて達成される。例えば製造ラインを使用して、非透過性の層と、基板（例えばペーパー層）とを組み立てる場合がある。非透過性の層および基板のいずれかまたはその両方が粘着性である場合、このとき組み立ては、単に圧入作業を含むだけでよい。そうでない場合、このとき方法は、非透過性の層と、基板層の一方またはその両方に接着剤を塗布することを含み、その後にこのような層の組み立てが続く。次に、選択された基板および非透過性の層に適した条件およびパラメータの下でエッチングツールを利用して、組み立て後の基板の基板側でサブトラクティブパターニングが行われてよい。エッチングツールを利用して、基板の小さい領域を除去することで、例えばアルミニウムフォイルの裏当てなどの非透過性の層を露出させ、サブトラクティブパターンを形成する。エッチングツールはレーザであってよい。マイクロ流体デバイス（μＰＡＤ）において均一であり一貫したエッチングされた境界を生み出すために、接着層が、非透過性の層に対する基板の移動を阻止する。ひとたび基板のサブトラクティブパターニングが完了すると、切断機械を利用して、エッチングされた組み立て後の基板を切断して複数のマイクロ流体デバイスとすることができる。多様な基板、非透過性の層、エッチングツールおよび他のシステム機構が企図されること、ならびに出力および速度の設定はこれに従って変動し得ることを理解されたい。
【００３５】
本発明の製作方法では、吸収性の基板内の流れを制限するためのバリアの幅は、基板の一部を除去するのに使用されるエッチングツールの速度、ならびにサブトラクティブパターニング用のレーザのケースではエッチングツールの出力によって調節されてよい。本明細書で使用される際、バリアの幅は、組み立て後の基板からの基板の除去または削除から生じるデバイスの何もない疎水性の領域（つまり、非透過性の層が露出した領域）の幅である。例えば１つまたは複数の円形のμＰＡＤ設計（例えば３ｍｍの直径）が、レーザエッチングツールに関する一定の範囲の速度および出力の設定で作成されてよい。例えば３９±１５μｍのバリアの幅は、レーザエッチングツールに関する３％の出力設定と、０．７５％の速度設定とで達成され得る。別の例では、１つまたは複数の正方形のμＰＡＤ設計が、レーザエッチングツールに関する一定の範囲の速度と出力の設定で作成され得る。例えば３６±１３μｍの最少限のバリアの幅は、レーザエッチングツールに関する３％の出力設定と、０．７５％の速度設定で達成され得る。上記に記載した一例のバリアの幅は、例えばワットマン１クロマトグラフィーペーパー基板などのペーパー基板上でのサブトラクティブパターニングにおいてレーザエッチングツールのこの速度と、出力とを利用することによって達成される。
【００３６】
図２に示されるような本発明によるマイクロ流体デバイスを生産するための一例の製造ラインは、本発明のマイクロ流体デバイスの大規模な連続生産のための全ての要素を装備することができる。大量生産の機能の点において、製作プロセスは、（ｉ）基板および非透過性の層のための供給システムと、（ｉｉ）基板と非透過性の層を貼り付けるためのシステムと、（ｉｉｉ）レーザ切断システムと、（ｉｖ）最終的なデバイスを切断するためのシステム（例えば押圧切断）とを含んでよい。代替として、基板と非透過性の層を貼り付ける作業は、製造ラインとは別のプロセスとして行われる場合もある。示されるように、基板と非透過性の層の供給システムは、基板のロールからのシートと、非透過性の層のロールからのシートをシステム内に供給する。いくつかの実施形態において、システムはまた、システムに供給される基板および非透過性の層の一方またはその両方に接着層を塗布するための手段を含む。基板と非透過性の層を貼り付けるためのシステムは、基板層と非透過性の層に接着するために複数のロールを含む場合がある。レーザ切断システムは、基板の小さい範囲を除去することで非透過性の裏当てを露出させ、これによりサブトラクティブパターンを生成するためのレーザを含んでよい。任意選択の接着層は、基板が移動するのを阻止し、エッチングされた境界をペーパーベースのマイクロ流体デバイス（μＰＡＤ）内で安定させる。ひとたび基板のサブトラクティブパターニングが完了すると、最終デバイスを切断するシステム（例えば切断機械）を利用して、基板を個々のマイクロ流体デバイスに切断することができる。
【００３７】
有利には、本発明のマイクロ流体デバイスを製造するのに必要とされる材料は安価であり、手に入れやすく、本発明の製作プロセスにおいて利用し易い。加えて、本発明の組み立ておよび製作方法は、μＰＡＤの大量生産にも利用することができ、本発明の装置の作成の効率に貢献し得る。さらに、この製作方法は、μＰＡＤの小型化を可能にするため、微小な試料の量を使用することができ、これによりデバイス内で使用される材料の量を削減し、バイオアッセイに必要とされる化学試薬の量、パッケージングコストも削減するため、結果として診断および環境試験用途での広範囲な利用にとって安価なμＰＡＤとなる。
【００３８】
本発明の実施形態を、限定として解釈すべきではない以下の特有の例を参照して説明する。
実施例１
【００３９】
小さい精密なフィーチャを形成するために、レーザ切断製作技術を使用して、アルミニウムフォイルによって裏当てされたクロマトグラフィーペーパー（ワットマン１ＣＨＲ）を有するマイクロ流体デバイスを準備した。
【００４０】
材料および化学物質−アルミニウムフォイル（Ｄｉａｍｏｎｄ-Ｒｅｙｎｏｌｄｓ  Ｃｏｎｓｕｍｅｒ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ  Ｉｎｃ．，厚さ１５μｍ）および両面接着テープ(Ｓｔｕｄｉｏ)が利用された。セルロースクロマトグラフィーペーパー（ＧＥ  ｈｅａｌｔｈｃａｒｅによるワットマングレード１ＣＨＲ、サイズ２０ｃｍｘ２０ｃｍ、厚さ０．１８ｍｍ）およびグルコースを含む人工尿試料（水>９８．８９%，グルコース１%、メチルパラベン０．１%、ガラセトフェノン０．００３５%、チモール０．００１７%)が ＶＷＲＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ(カナダ、オンタリオ州、ミシソーガ)社より購入された。赤色色素（アルラレッド ＡＣ色素含有量８０％）、脱イオン水、グルコースオキシダーゼ（アスペルギルスニガー）、ホースラディッシュペルオキシダーゼ(ＨＲＰ）およびヨウ化カリウムが、Ｓｉｇｍａ-Ａｌｄｒｉｃｈ(カナダ、オンタリオ州、オークビル）より購入された。溶液は、脱イオン化水を用いて作成された。有色色素はＳｔｕｄｉｏにより製造されたカラーマーカー（フェルトチップペン）から抽出された。
【００４１】
マイクロフィーチャの製作−コンパクトなマイクロスケールのフィーチャを製作するために、図１ａに示されるようにアルミニウムフォイルによって裏当てされたクロマトグラフィーペーパーを有するペーパーベースのデバイスが組み立てられた。アルミニウムフォイルは、両面テープによってペーパーに貼り付けられた、またはフォイルをペーパー層に接着することによって、またはフォイルテープを利用して貼り付けられた。所望されるフィーチャのパターンが、ＩｎｋＳｃａｐｅソフトウェアを用いてＰＣ上に描かれた。このようなパターンは、図１ｂに示されるように１０．６μｍ（Ｓｐｅｅｄｙ１００、Ｔｒｏｔｅｃ)の波長を有する３０Ｗ  ＣＯ２を用いて、フォイルが裏当てされたペーパー上にプリントされた。製作技術の基盤となるのは、図１ｃに示されるように、３０Ｗのレーザビームが、ペーパー層（および接着層）を貫通して切断し、材料が除去された疎水性のバリアを備えたチャネルを生成するが、アルミニウムフォイル層は貫通して切断することができないということである。アルミニウムを貫通して切断するためには、典型的にはおおよそ１０００Ｗのレーザ出力が必要とされる。フォイル裏当てはこれにより、ペーパーベースのマイクロ流体デバイスに対して連続する耐久性のある支持体を提供し、この支持体は、ペーパー層を所定の場所に固定し、ペーパー内での幅の狭い疎水性のバリアを備えた精密なマイクロスケールのフィーチャの切断を可能にする。フォイル層がペーパーに接着されるため、最終的なデバイスは、マイクロスケールフィーチャのいかなる移動も被ることがなく、試験する間、扱い易い。
【００４２】
フィーチャおよびバリアのサイズは、ＴｏｕｐｖｉｅｗソフトウェアによってＵＳＢマイクロスコープ（ｘｃｓｏｕｒｃｅ、２０ｘ-８００ｘ、８ＬＥＤ、３Ｄデジタルズームマイクロスコープ）を用いて測定された。アッセイ画像が ＤＳＬＲカメラ(Ｎｉｋｏｎ  Ａｆ-ｓ  Ｄｘ  Ｍｉｃｒｏ  ４０ｍｍ  Ｆ２．８Ｇレンズを備えるＮｉｋｏｎ  Ｄ５２００)およびスキャナ(ＲＩＣＯＨ、Ａｆｉｃｉｏ  ＭＰ  ２００２)を用いて取り込まれた。ＪＥＯＬ６４００走査電子マイクロスコープ（ＳＥＭ）を使用してクロマトグラフィーペーパーのマイクログラフ画像を取得した。
【００４３】
大量生産の機能−大量生産の機能の点において、本発明の製作プロセスは、（ｉ）ペーパーおよびフォイル供給システムと、（ｉｉ）ペーパーとフォイルを貼り付けるステップと、（ｉｉｉ）レーザ切断システムと、（ｉｖ）最終的なペーパーデバイスを切断するステップ（例えば押圧切断）とを含む。単一の製造ラインが、図２に示されるように大規模な連続生産のための全てのこのような設備を装備することができる。ペーパーと、フォイルは、上記のプロセスより前に事前に貼り付けられる場合もある。
【００４４】
染料およびグルコースによるアッセイテスト−本発明のマイクロスケールデバイスは、ほんの２μＬの試料流体を利用して、８つのテスト読み取り区域を備えたデバイス上で色素テストおよびグルコーステストを実施することによってテストされた。色素テストに関して、おおよそ０．２μＬの８つの異なる色素（マーカーインク）の各々が、テスト読み取りサークル内に配置され、室温で乾燥させられた。黄色の色付きのマーカー色素（２μＬ）がその後、試料区域に置かれ、これはチャネルを通って読み取り区域まで流れた。グルコーステストに関しては、標準的な手順を用いて（Ｍａｒｔｉｎｅｚ等、Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．，２００８，８０，３６９９-３７０７)０．６Ｍヨウ化カリウムのうちの０．１μＬがテスト読み取り区域に配置され、０．１μＬのグルコースオキシダーゼホースラディッシュペルオキシダーゼ（溶液の１ｍＬ当たり１２０単位のグルコースオキシダーゼと、３０単位のホースラディッシュペルオキシダーゼ）がその後に続いた。これらは室温で乾燥されられた。グルコースを含む人工尿（２μＬ）がその後、試料区域に置かれ、これはチャネルを通って８つの読み取り区域まで流れた。
結果
【００４５】
最も狭い幅の疎水性のバリア−バリアの幅を最適にするために、一定の範囲のレーザ出力および切断速度に関して、フォイルが裏当てされたペーパーシート上に３ｍｍの直径の円が作成された。より幅の狭いバリアの幅は、それらをより一緒に近づけて詰め込むことができるため、単一のデバイス上により多くのパターンを含むことを可能にし、このことは、より少ない試料流体量を用いてより多くのテストを行う能力を与える。しかしながらバリアが小さすぎる場合、このときバリアを横切る流体のにじみが生じる可能性がある。より高いレーザ出力は、ペーパーのより大きな領域を除去し、これによりより大きな切断幅を生じる。同様にレーザ切断ヘッドのより低い速度は、より多くのペーパー材料の除去と、より大きな切断幅を生じさせることになる。出力および速度は、最大値のパーセンテージとして調節可能であり、この場合レーザに関する最大出力は３０Ｗであり、最大切断速度は８０ｃｍ／秒である。一連の円形パターンが単一のシート上に切り取られ、図３に示されるように、（最大速度および最大出力の）０．５％の速度および１％の出力で始まり、最大速度の３％までの速度に関する０．２５％の増加量と、最大出力の８％までの出力に関する１％の増加量だけ増大した。図３に示されるように、出力と速度の組み合わせの各々に関して０．６μＬの赤色色素を投入することによってバリアを横切るにじみをテストした。図３における点線は、成功した円と、失敗した円を隔てており、点線より上の円は、バリアを横切るにじみを呈したが、これより下の円は呈さなかった。
【００４６】
成功した円のどれが最も狭いバリアの幅を有するかを判定するために、各円のバリアが、マイクロスコープ画像を分析し図４において結果をグラフ化することによって測定された。この非制限的な実施形態では、最も幅の狭いバリアは３９±１５μｍであり、０．７５％の速度と３％の出力から生じており、これは図３におけるボックスで囲まれた円として示される。比較のために、レーザ切断に関して先に報告したバリアの幅は、濾紙において４００μｍ（Ｎｉｅ等、Ａｎａｌｙｓｔ、２０１２年、１３８、６７１-６７６に記載されるように）であり、レーザエッチングに関してはニトロセルロース膜における８５±５μｍであった（Ｓｐｉｃａｒ-Ｍｉｈａｌｉｃ等、Ｊ．Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈ．Ｍｉｃｒｏｅｎｇ．，２０１３年、２３、０６７００３に記載されるように）。
【００４７】
図４はまた、より低い速度値と、より高い出力値がより厚みのあるバリアを生じることを裏付けている。どんなサイズの疎水性のバリアが各用途に必要とされるかに応じて幅広いレーザ出力と速度の組み合わせを利用することができることを図３および図４における結果から見ることもできる。
【００４８】
同様のテストが、レーザエッチングツールに関する一定の範囲の速度と出力の設定で作成された３ｍｍの正方形のμＰＡＤ設計に対しても行われた。このテストにおいて最も狭いバリアの幅は、３６±１３μｍであると判定され、０．７５％の速度と３％の出力から生じている。
【００４９】
本発明のシステムおよび方法は、従来の解決策より小さいバリアの幅を提供する。本発明のシステムおよび方法は、５５μｍ未満、および好ましくは３９μｍ未満、およびより好ましくは３６μｍ以下のバリアの幅を提供する。使用される基板のタイプ、エッチング装置の出力、エッチング装置の速度およびエッチング装置の集束力のうちの１つまたは複数に応じて、より小さいバリアの幅が本発明によって達成され得る。
【００５０】
ペーパーチャネル（親水性の経路）の最も狭い幅−ワットマン１ＣＨＲペーパーを使用するこの技術を用いて形成することができる最小の可能なフィーチャを求めるために、図５に示されるように３ｍｍの直径の円と接続された異なる幅の３ｍｍ長のチャネルが設計された。図５では、ソフトウェアにおけるパターンに関して描かれた直線間の距離と（左側）、ＵＳＢマイクロスコープによって測定された実際の幅（右側）が示されている。図５から、チャネル幅におけるおおよその縮小は、描かれた距離と、実際のチャネル幅との間で３３から６０μｍの範囲であることがわかる。各チャネルは、各円に０．７μＬの赤色色素を投入し、流体がチャネルの全長をつたって流れることができるかどうかを観察することによってテストされた。最小のペーパーチャネルは１２８+/-３０μｍの実際の幅であった。ペーパーチャネルの厳密な検査は、この値を下回る幅では、繊維基材の中の繊維が緩むようになり、流体に対して連続する経路を提供するために隣接する繊維と共に織られた状態を維持するその能力を失ったことを示した。よって、繊維がこのようなペーパータイプの繊維基材の部分を維持することを可能にするには、少なくとも約１００μｍのペーパーチャネルの幅が十分であると判定された。この長さの基準が物理的なパラメータに相当するかどうかを知るために、クロマトグラフィーペーパーのＳＥＭ画像が調べられ、２０μｍほどの大きさの繊維の幅と、５０μｍほどの大きさの繊維間の隙間が、このようなペーパータイプに関して観察された。
【００５１】
こうして、本発明のシステムおよび方法は、従来の解決策より小さいチャネルの幅を提供する。本発明のシステムおよび方法は、２７０μｍ未満の、好ましくは１５０μｍ未満の、およびより好ましくは１２８μｍ±３０μｍに等しいチャネル幅を提供する。使用される基板のタイプ、エッチング装置の出力、エッチング装置の速度およびエッチング装置の集束力のうちの１つまたは複数に応じて、より小さいチャネルの幅が本発明によって達成される場合もある。例えば、異なる基板材料は、破壊に関して異なる閾値（例えば基板が破壊される前の最小のチャネルの厚さ）を有する可能性があるため、最小のチャネルの幅は変動する可能性がある。
【００５２】
少ない試料の量による色素テスト−上記のフォイルが裏当てされたレーザ切断方法を用いて、中央に試料サークル（３ｍｍの直径）を有し、この試料サークルから、図６に示されるように２８０μｍ長であり、３００μｍの設計幅と、３９±１５μｍのバリア幅とを有するチャネルによって接続された８つのテスト読み取り区域（２ｍｍの直径）に試料が供給されるデバイスが準備され、単一の試料量からの複数のアッセイにおける本発明の装置の利用に関する可能性を例証した。本発明の製作技術を利用すると、円の直径はさらに小さくすることができ、試料をピペットで取る実験者の正確性（例えば試料サークルの直径に関する）および裸眼検出能力（例えば読み取りサークルに関する）によってのみ制限される。
【００５３】
取り囲んでいる円には、可能性のあるバイオアッセイの試薬を表す、０．２μＬの緑、薄緑、青、薄い青、オレンジ、赤、茶色およびピンクの色素が配置された。黄色の色素（２．０μＬ）が、試料の量をシミュレートするために中央の円の中に置かれ、各々の読み取り区域において結果として生じる色の変化は、成功したテスト読み取り値を表している。よって、中央の円は、試料流体を受け取り、この流体は周辺の８つのテストサークルへと流れて８つの異なる色の変化を生み出す。これは、微小な試料と共に使用するためにペーパー内にコンパクトでマイクロスケールのフィーチャ（つまり、マイクロ流体デバイス）を形成するための本発明の製作技術の実用性を例証している。
【００５４】
少量の尿試料によるグルコーステスト−バイオアッセイを伴う製作技術の効果を実証するために、ほんの２μＬの人工尿試料を用いて行われたグルコースオキシダーゼ（ＧＯｘ）アッセイが実施された。色素テストに関して記載されるのと同じレイアウトが使用された。上記に説明されるように十分に確立された比色分析検出技術が使用された。試薬は最初は色がなく、尿試料が試料サークル内に置かれた後、テスト読み取り区域が試料の投入の５分以内に暗い茶色に変化し、グルコースの存在を示した。茶色の鮮明度は、尿試料中のグルコースの濃度に左右される。このことは、微小の試料（すなわち２μＬの試料）を用いるバイオアッセイにおいて本発明のマイクロ流体デバイスの利用が成功したことを実証している。実際には、８つの読み取り区域は、様々なテストに関して異なる試薬を含む場合がある。
結論
【００５５】
こうして、レーザ切断機械を利用することによって、ペーパーベースのマイクロ流体デバイス上でコンパクトでマイクロスケールのフィーチャをパターニングすることを可能にする簡素な製作技術が開発された。製作に必要とされる材料は、安価であり、手に入れやすく、製作プロセスにおいて利用し易い。加えて、この技術は、μＰＡＤの大量生産に取り入れることもできる。この技術はμＰＡＤの小型化を可能にすることで、少量の試料を使用することができ、これによりデバイス内で使用される材料の量を削減し、バイオアッセイに必要とされる化学試薬の量を減らし、パッケージングコストも削減するため、結果として、広範な診断および環境テスト用途のための安価なμＰＡＤとなる。
【００５６】
バリアを横断する流体流れを制限することが可能な３９±１５μｍの幅のチャネルバリアを備えたデバイスが準備された。およそ１００μｍの幅を備えるチャネルが、使用されるクロマトグラフィーペーパー内の流体流れを可能にすることがわかった。ほんの２μＬ試料流体量を用いて、８つの読み取り区域を備えたデバイスによって成功した色素テストおよびグルコーステストが行われて、本発明の技術を使用してコンパクトでマイクロスケールのバイオアッセイを生み出すことが可能なデバイスを作り出すことができることを実証した。
実施例２
【００５７】
種々の幾何学形状の親水性の領域を有するマイクロ流体デバイスが以下で説明するように作成された。
【００５８】
レーザを利用するサブトラクティブパターニングを介してアルミニウムフォイルで裏当てされたワットマン１クロマトグラフィーペーパー内に作成された、三次元（３Ｄ）に流れる２方向のμＰＡＤ機構が準備された。μＰＡＤは、第１のサブトラクティブパターン（第１の流体流れ領域を生み出すための）と、第１のサブトラクティブパターンのいずれかの側で第１のパターンに直交する第２のサブトラクティブパターン（第２の流体流れ領域を生み出すための）とを備えていた。第２のサブトラクティブパターンの流体流れ部分は、セルロースペーストを有する吸収性の基板チャネルを介して第１の流体流れ領域の下に接続された。２つの異なる有色色素試料が、第１の流体領域と、第２の流体領域の各々に加えられた。第２の流体流れ領域の片側に加えられた赤色試料は、第１の流体流れ領域に加えられた青色試料の下を流れ、第１の流体流れ領域にある青色試料と混ざり合うことなく、第２の流体流れ領域の他方の側で観察された。
【００５９】
レーザを利用するサブトラクティブパターニングを介してアルミニウムフォイルで裏当てされたワットマン１クロマトグラフィーペーパーを利用して、三次元（３Ｄ）に流れる４方向のμＰＡＤ機構が準備された。サブトラクティブパターニングが４つの流体流れ領域を生み出し、各々は、他の流体流れ領域の上または下を通るセルロースペーストブリッジを有する。各流体流れ領域に対して異なる有色色素試料が加えられた。流体流れは、有色色素が混ざり合うことなく、各流体流れ領域の中に維持されるように観察された。この例は、本発明の装置によって可能なμＰＡＤ機構の複雑さを例示している。
【００６０】
その一方は直線経路であり、その他方は蛇行する経路である別々の流体流れ経路の長さに沿って２つの試料を流すために、レーザを利用するサブトラクティブパターニングを介して、アルミニウムフォイルと、ポリエステルとで裏当てされたニトロセルロースの中に作成された別の二方向のμＰＡＤ機構が準備された。ニトロセルロースに対するポリエステルの裏当てはレーザに対して非透過性ではなく、レーザによって損傷を受けるが、この機構は、接着剤を介して所定の場所に留まり、材料を非透過性のアルミニウムフォイルに対して保持し、エッチングされた境界を維持し、漏出を阻止している。各々の経路の長さに加えられた染色された試料は、蛇行する経路の長さに沿った流れを含め、その経路に沿って流れることが示された。
【００６１】
複合的なカラーアッセイを作成するために、レーザを用いるサブトラクティブパターニングを介して、アルミニウムフォイルと、ポリエステルとで裏当てされたニトロセルロースペーパー内に作成された三方向の複合μＰＡＤ機構が準備された。サブトラクティブパターニングは、試料の比色検出のために、ブロモフェノールブルー、グルコースオキシダーゼおよびヨウ化カリウムをそれぞれ有する３つの異なるテストサークルに３つのアームを介して流体接続された試料サークルを提供した。μＰＡＤの試料サークルに加えられた人工の血清試料はテストサークルへと流れ、３つのテスト箇所の色を変化させた。
【００６２】
上述のものは、異なる幾何学形状および２以上の次元を有する本発明のμＰＡＤの実用性を例示している。
【００６３】
一例の実施形態では、チャネルバリアは、バリアを横断する流体流れを制限することが可能な３６±１３μｍおよび３９±１５μｍの幅を有するように形成された。同様に、１２８±３０μｍの幅を備えるチャネルも生成された。成功した色素テストおよびグルコーステストは、ほんの２μＬの試料流体量を用いて８つの読み取り区域によって実施されることで、本発明の組み立ておよび製作方法がコンパクトでマイクロスケールのバイオアッセイが可能であることを実証した。
実施例３
【００６４】
この実験的な研究において、流体流れを可能にする最小の可能なフィーチャサイズが、５つの異なるタイプのペーパー、すなわち（ｉ）ワットマン１クロマトグラフィーペーパー（１Ｃｈｒ）、（ｉｉ）ワットマン３ＭＭＣｈｒクロマトグラフィーペーパー（３ＭＭ  Ｃｈｒ）、（ｉｉｉ）ワットマン再生セルロース膜５５（ＲＣ−５５）、（ｉｖ）ワットマン濾紙グレード５０（ＦＰ−５０）および（ｖ）Ａｍｅｒｓｈａｎ  Ｐｒｏｔｒａｎ０．４５ニトロセルロース膜（ＮＣ）において研究された。
【００６５】
材料−ワットマン１Ｃｈｒクロマトグラフィーペーパー（１Ｃｈｒ）、ワットマン３ＭＭＣｈｒクロマトグラフィーペーパー（３ＭＭＣｈｒ）、ワットマン再生セルロース膜５５（ＲＣ−５５）、ワットマン濾紙グレード５０（ＦＰ−５０）およびＡｍｅｒｓｈａｎ  Ｐｒｏｔｒａｎ０．４５ニトロセルロース膜（ＮＣ）。全てのペーパータイプは、ＧＥ  ｈｅａｌｔｈｃａｒｅによって製造された。色素含有量８０％のアルラレッドＡＣは、Ｓｉｇｍａ-Ａｌｄｒｉｃｈ(カナダ、オンタリオ州、オークビル)から購入され、アルミニウムフォイル（上記のような）は、ＵＯＩＴ  ｃｅｎｔｒａｌ ｓｔｏｒｅｓ、オンタリオ州、オシャワから購入された。３Ｍ（登録商標）による位置決め可能な設置用の接着フィルム５６８のロールは、Ａｍａｚｏｎ．ｃａより購入された。
【００６６】
小規模フィーチャの製作−マイクロスケールフィーチャが、実施例１に記載される方法を用いて５つの異なるペーパー材料において作成された。先の方法に対する修正は、図７に示されるように両面テープの代わりの位置決め可能な設置用の接着フィルム（３Ｍ（登録商標））の利用、および層同士を接着するための手動の冷温ラミネーター（ＡＳＣ３６５  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｌｔｄ．，Ａｍａｚｏｎ．ｃａによって販売される手動のビニルフィルム設置用冷温ラミネータ）の利用を含める。３０ＷＣＯ２レーザ（Ｓｐｅｅｄｙ１００、Ｔｒｏｔｅｃ）を使用して、親水性のペーパー材料の除去を通してフィーチャの周りにバリアを形成した。２４０μｍから１４０μｍまでのライン間の設計幅の様々な幅のチャネルが作成され、これは、Ｉｎｋｓｃａｐｅ内に描かれ、２０μｍの間隔を有して、レーザビームがたどる経路を決定するためにレーザに入力されるライン間の距離である。レーザによる切断後にペーパー材料に生じるチャネルの実際の幅は設計幅より小さく、実際に結果として生じる幅が本明細書では報告される。
【００６７】
製作方法と、商業的に利用可能なペーパータイプにおいて最小の可能なフィーチャサイズとの間に独立性を確立するために、実験は、その中にレーザ切断によってチャネルが作成された、フォイルの裏当てを持たないＣｈｒ１ペーパーを用いて行われた。このような製作に関して、ペーパーは、いかなる接着剤やフォイルの裏当てもなしに切断され、チャネルは、メインのペーパーシートへの接続部を残すことによって所定の場所に保持され、よってチャネルを疎水性のバリアを備えたペーパーシートの残りの部分から流体式に隔離せず、Ｚｉｅ等、Ｔｈｅ  Ａｎａｌｙｓｔ  ２０１２年、１３８（２）、６７１-６７６により記載されるのと同様の方法に従う。
【００６８】
流体流れを可能にする最小の可能なフィーチャの決定−異なる幅（２０μｍの間隔を有する２４０μｍから１４０μｍの直線間の設計の幅に及ぶ）のチャネルが、図７に示されるように、各チャネルが２つのリザーバーサークルを接続し、最終的にダンベルに似た形状になるような方法で各材料から製作される。ピペットを使用して、２μＬの赤色色素（０．５ｇ／Ｌ-アルラレッド）を円の一方に置く。成功したチャネルは、観察に基づいて色素が反対側の円まで毛管作用で這い上がるものであるとみなされる。チャネルの実際の幅は、マイクロスコープ(ＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅＮｅｔ  カナダ、Ａｍａｚｏｎ．ｃａによって販売される１０ＭＰ ＵＳＢデジタルカメラを備えたＯＭＡＸ  ４０Ｘ-１６００Ｘプロ用ＥＰＩ-蛍光三眼鏡生物学マイクロスコープ）によって測定された。
【００６９】
小規模フィーチャを通過する色素の流速の判定−色素の流速は、３つの異なるペーパータイプ、Ｃｈｒ-１、３ＭＭ  ＣｈｒおよびＲＣ-５５から作製された異なる幅の小規模チャネルを通して測定された。実験の手順の概略図が図８に示される。各ペーパーチャネルはペトリ皿の上に置かれ、そこに過剰な量の色素（０．５ｇ／Ｌ、アルラレッド）を含む三角形のペーパーリザーバーから供給される。ペトリ皿の表面は疎水性であり、このことが、色素がペトリ皿に沿って広がらずにチャネルに直接移動するようにする。リザーバーの先端は、各チャネルの入口領域に接続し、各チャネルを通る連続する流れのために制限されない流体の供給を実現する。システム上での蒸発減の影響を抑えるために、ペトリ皿は、リザーバーの先端がチャネルの入口領域と接触させられたとき、その蓋によって覆われる。流れは、モニター上で流れを観察するためにＰＣと接続されたＤＳＬＲカメラ(Ｎｉｋｏｎ  Ａｆ-ｓ  Ｄｘ  Ｍｉｃｒｏ４０ｍｍＦ２．８Ｇレンズを備えたＮｉｋｏｎ  Ｄ５２００)によって記録された。特有の距離を前方に進むために液体の最前部によって必要とされる時間を測定するために、２５０μｍのチェックマークを備えた５ｍｍの目盛りが、各々のチャネルに沿ってレーザによって切り取られた。印刷されたチェックマークを備えた液体の最前部を画面上で整列させるために、正確なチェックマークの間隔を有する格子を生成するグリッドソフトウェア（ＭＢ-Ｒｕｌｅｒ）が使用された。ミリ秒のタイミングでチェックマーク間を移動するために、液体の最前部によって必要とされる時間を測定するためにＶＳＤＣビデオ編集用ソフトウェアが使用された。
結果
【００７０】
流体流れを可能にする特定のペーパーベースの装置における最小のフィーチャサイズを判定するために、２つのリザーバーを接続し、かつ幅が変動する１ｍｍ長のチャネルに沿った流体流れが、図９に示される異なるペーパータイプにおいて測定された。テストは、３重に繰り返されて反復性を確立し、結果は表１に要約される。
【表１】
2019528184.tif 000003
【００７１】
表１に示されるように、流体流れを可能にする最も幅の狭いチャネル幅は、ニトロセルロース膜（ＮＣ）に形成された。２つの製作技術（フォイルの裏当てのあるものと、フォイルの裏当てのないもの）の比較は、各デバイスにおいて成功した流体流れに関する最小幅はよく似ており、これにより特有の製作方法から独立していることを実証している。
【００７２】
どのパラメータがペーパーベースデバイスにおける流れを可能にする最小のフィーチャに影響を与えるかを理解するために、このデータは、ペーパータイプの物理的特性の一部と相関させられた。成功した流体流れに関する繊維幅と、最も狭い可能なチャネル幅との相関関係が観察された。平均の繊維幅は、ＳＥＭ画像で観察された繊維の直径から求められた。５つの異なるペーパータイプの繊維幅が、図１０に示されるように最小の可能なチャネルに対してグラフ化された。このグラフは、全体的に、繊維幅が小さい程、流体流れを可能にするチャネル幅も小さくなることを示している。よって一部のケースでは、１００μｍ未満のチャネル幅は、５μｍ未満、２μｍ未満または１μｍ未満、例えば０．１〜０．５μｍの平均の繊維幅を有するペーパー基板において可能である。５μｍを超える、例えば１０〜２０μｍの平均の繊維幅を有するペーパー基板は、１００μｍを超える、例えば１１０μｍ、１２０μｍ、１３０μｍ、１４０μｍ、１５０μｍおよびそれ以上のチャネルを生み出す可能性がある。
【００７３】
ペーパーチャネルを通る成功した流体流れに関して、流体が毛管力によって吸い上げられることを保証するために、繊維構造をチャネル経路に沿って連続して結び付けるべきであることも突き止められた。チャネルに沿った繊維の網目構造が、例えば緩んだ、または破壊された繊維によって切断された場合、チャネルは液体を運ぶのに失敗する。ＳＥＭ画像は、失敗したチャネルは、チャネルの幅があまりにも小さく作成される際、中断される繊維の網目構造を有することを立証している。したがってより小さい繊維の幅を有するペーパータイプは、より小さいチャネル（例えば<１００μｍ）に沿って連続する繊維の網目構造を有することが可能であり、より大きな繊維の幅を有するペーパーは、より大きな（例えば＞１００μｍ）チャネル内に連続する繊維の網目構造を維持する。
【００７４】
ペーパーベースのデバイスにおけるマイクロスケールのフィーチャを通る流れの挙動を調べるために、Ｃｈｒ１、３ＭＭ  ＣｈｒおよびＲＣ-５５を用いて実験が行われた。流体が０．５ｍｍの間隔で５ｍｍ進むために必要とされる時間が求められた。このような実験で使用される３つのペーパータイプに関する直線間の設計幅および対応する実際の幅が、表２に要約されている。
【表２】
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【００７５】
図１１（Ａ〜Ｃ）は、Ｃｈｒ-１、３ｍｍ ＣｈｒおよびＲＣ-５５それぞれに関する様々なチャネル幅を通る液体の最前部の進行時間を示している。図１１Ａは流れが減速することが観察された最小幅および２番目に小さい幅の２か所を除いて、Ｃｈｒ-１において変動する幅に関して流速の観測可能な変化はほとんど生じないことを示している。図１１Ｂは、最小のチャネル幅に対する観測可能な変動を除いて、３ＭＭ  Ｃｈｒに関しても同一の傾向を示しており、Ｃｈｒ１の実験に対して、流れは３ＭＭ  Ｃｈｒペーパーを通る方が速い。図１１Ｃは、ＲＣ-５５もまた、３ＭＭ  Ｃｈｒと同じ傾向をたどり、Ｃｈｒ１により近い流速を有することを示している。これにより一般に、流速はチャネルの幅と共に増大する。
【００７６】
本発明の上記に記載した実施形態は、本発明の例であることが意図されており、代替形態および修正形態は、当業者によって、ここに添付される特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲から逸脱することなく、それに対して成し遂げられる可能性がある。
【００７７】
本明細書に参照される参考文献は、参照により組み込まれている。
【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１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【国際調査報告】
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