(57)【要約】  マイクロ流体素子は、粒子含有液体サンプルをこのマイクロ流体素子内に投入する入口ポート、保持部材、及び圧力アクチュエータを有する。保持部材は、入口ポートと連通状態にあり、粒子含有液体サンプル中の液体の第１の部分から粒子含有液体サンプル中の粒子を空間的に分離するように構成されている。圧力アクチュエータは、分離した粒子のうち少なくとも何割かと、粒子から分離した液体の第１の部分の一部を再結合する。このマイクロ流体素子は、保持部材から粒子及び液体を受け取る融解チャンバを更に有するのがよい。融解チャンバは、粒子を熱の作用で融解させてその内容物を放出させる。
2007500510.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ流体素子であって、
粒子含有液体サンプルを受け入れる入口ポートと、
前記入口ポートと連通状態にあり、前記粒子含有液体サンプル中の粒子を前記粒子含有液体サンプル中の液体の第１の部分から空間的に分離するよう構成された保持部材と、
前記分離された粒子のうち少なくとも何割かと、前記粒子から分離された前記液体の前記第１の部分の一部とを再結合するよう構成された圧力アクチュエータとを有する、
ことを特徴とするマイクロ流体素子。
【請求項２】
前記圧力アクチュエータは、前記マイクロ流体素子の内部の気体圧力を減少させるよう構成され、前記圧力アクチュエータは、前記粒子と連通状態にある、
請求項１記載のマイクロ流体素子。
【請求項３】
前記液体の前記第１の部分の前記一部と前記液体の第１の部分の容積比は、少なくとも１％である、
請求項１記載のマイクロ流体素子。
【請求項４】
前記液体の前記第１の部分の前記一部と前記液体の第１の部分の容積比は、２５％未満である、
請求項１記載のマイクロ流体素子。
【請求項５】
前記保持部材は、フィルタである、
請求項１記載のマイクロ流体素子。
【請求項６】
前記マイクロ流体素子は、前記液体の前記一部のうち少なくとも何割かを受け入れるよう構成されたリザーバを有し、前記リザーバ内の圧力は、前記液体の前記第１の部分を受け入れると増大する、
請求項１記載のマイクロ流体素子。
【請求項７】
粒子含有液体サンプルを処理する方法であって、
粒子含有液体サンプルを、第１の表面を備えた保持部材を有するマイクロ流体素子内に投入する段階と、
前記粒子含有液体サンプル中の液体の第１の部分を、少なくとも前記保持部材の前記第１の表面を通過させることにより、前記粒子含有液体サンプル中の前記液体の第１の部分を前記粒子含有液体サンプル中の粒子から空間的に分離する段階と、
保持された前記粒子と前記液体の前記第１の部分の一部とを再結合する段階とを有する、
ことを特徴とする方法。
【請求項８】
前記保持された粒子の再結合段階は、前記マイクロ流体素子内の圧力を減少させる段階を含む、
請求項８記載の方法。
【請求項９】
粒子含有液体サンプルを処理するマイクロ流体素子であって、
濃縮領域を有し、該濃縮領域は、保持部材を有し、該保持部材は、この保持部材内に受け入れられた粒子含有液体サンプル中の液体が前記保持部材の第１の表面を含む流出経路に沿って前記濃縮領域から出る一方で前記粒子含有液体サンプル中の粒子が前記保持部材によって保持されるように構成されており、
流体を前記保持部材の前記第１の表面を含む流入経路に沿って前記濃縮領域内に導入するよう構成された圧力アクチュエータを有する、
ことを特徴とするマイクロ流体素子。
【請求項１０】
サンプルを濃縮する方法であって、
粒子含有液体サンプルをマイクロ流体回路ネットワークに導入する段階と、
圧力を前記粒子含有液体サンプルに加えて前記マイクロ流体回路ネットワーク内の前記液体サンプル中の粒子を保持するよう構成されたフィルタを通って前記流体サンプル中の第１の量の前記流体を追い出す段階と、
前記流体サンプル中の保持された粒子に減圧作用を及ぼして第２の少量の流体が前記フィルタを通って前記マイクロ流体回路ネットワークに入り、そして前記粒子を同伴し、それにより濃縮された粒子含有サンプルを生じさせる段階とを有する、
ことを特徴とする方法。
【請求項１１】
前記圧力を加える段階は、注射器を前記マイクロ流体回路ネットワークの入口ポートに結合する段階を含む、
請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記粒子含有液体サンプルを導入する段階は、圧力を加えて前記第１の量の流体を追い出す段階を更に含む、
請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記流体サンプル中の粒子に減圧作用を及ぼす段階は、真空を前記マイクロ流体回路ネットワーク内に生じさせる段階及び前記真空を前記保持された粒子に通じさせる段階を含む、
請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
粒子含有流体中の粒子の割合を増大させる装置であって、
マイクロ流体回路ネットワークを含む実質的に平板状の基板と、
前記基板と一体の機械作動式真空発生器とを有し、該真空発生器は、前記マイクロ流体回路ネットワークと流体連通状態にある拡張可能なチャンバを有する、
ことを特徴とする装置。
【請求項１５】
粒子含有流体中の粒子の割合を増大させる装置であって、
第１の基板及び第２の基板を有し、該第１及び第２の基板はこれら基板相互間に、マイクロ流体回路ネットワークの少なくとも一部を構成し、前記マイクロ流体回路ネットワークは、第１の端部及び第２の端部を有し、前記第１の端部は、粒子含有流体を含むサンプルを受け入れるよう構成されており、前記第１及び第２の基板はこれら基板相互間に更に、チャンバを構成し、前記マイクロ流体回路ネットワークの前記第２の端部は、前記チャンバと流体連通状態にあり、
前記チャンバと作動的に関連した手動式部材を有し、該手動式部材は、作動時に、前記チャンバの容積を増大させるよう構成され、次に前記チャンバ内の圧力が減少すると流体が前記マイクロ流体回路ネットワークの前記第２の端部に向かって引き寄せられる、
ことを特徴とする装置。
【請求項１６】
粒子含有流体サンプルを濃縮する方法であって、
粒子含有流体サンプル（ＰＣＦＳ）をフィルタに接触させて前記ＰＣＦＳ中の流体の第１の部分が前記フィルタを通過し、前記ＰＣＦＳ中の粒子が前記フィルタによって保持されるようにする段階と、
前記フィルタを通過した前記流体がチャンバに流入して該チャンバ内の圧力を増大させ、前記第１の部分よりも少ない前記流体の第２の部分が前記フィルタを通過して戻って前記フィルタにより保持されている前記粒子と再結合することができるようにする段階とを有する、
ことを特徴とする方法。
【請求項１７】
マイクロ流体素子であって、
第１及び第２の面を備えた第１の平板状基板と、
前記第１の平板状基板の前記第１の面に結合された第２の基板と、
前記第１の平板状基板の前記第２の面に結合された第３の基板とを有し、
前記第１の平板状基板の前記第１の面と前記第２の基板はこれらの間に、マイクロ流体サンプルを受け入れるよう形作られたチャネルを構成すると共に前記チャネルに隣接して設けられた或る量の熱反応性物質（ＴＲＳ）を備え、該ＴＲＳは、第１の温度では静止状態にあり、第２のこれよりも高い温度では可動状態にあり、
前記第１の平板状基板の前記第２の面と前記第２の基板はこれらの間に、前記ＴＲＳと気体連通状態にあるチャンバを構成している、
ことを特徴とするマイクロ流体素子。
【請求項１８】
マイクロ流体素子であって、
容積が１０マイクロリットル未満の融解チャンバと、
前記融解チャンバに通じる上流側チャネル及び前記融解チャンバから延びる下流側チャネルと、
前記下流側チャネル内に設けられた温度反応性物質（ＴＲＳ）の塊とを有し、前記ＴＲＳの前記塊は、（ａ）物質を前記融解チャンバに導入したときに物質の下流側への通過を阻止し、（ｂ）加熱されると下流側に移動して前記融解チャンバからの物質の下流側への通過を可能にするよう構成されている、
ことを特徴とするマイクロ流体素子。
【請求項１９】
細胞含有サンプル中の細胞を融解させる方法であって、
前記細胞含有サンプルをマイクロ流体素子の融解チャンバに導入する段階を有し、下流側チャネルが、前記融解チャンバから下流側へ延び、前記融解チャンバの容積は、１０マイクロリットル未満であり、前記融解チャンバから見て下流側に設けられた温度反応性物質（ＴＲＳ）の塊が、前記融解チャンバからの前記サンプルの下流側への通過を阻止し、
前記融解チャンバ内の細胞を、細胞内物質を放出させるのに十分な温度まで加熱する段階を有し、
前記ＴＲＳを加熱し、次に前記ＴＲＳ及び前記細胞内物質が下流側へ進むようにする段階を有する、
ことを特徴とする方法。
【請求項２０】
サンプルを処理する方法であって、
サンプルをマイクロ流体素子のマイクロ流体回路ネットワークに導入する段階を有し、前記導入により、前記マイクロ流体回路ネットワークと連通状態にあるリザーバ内に気体圧力が生じ、
前記気体圧力を前記リザーバ内に蓄える段階を有し、
前記気体圧力を利用して前記サンプルを前記マイクロ流体回路ネットワーク内で移動させる段階を有する、
ことを特徴とする方法。
【請求項２１】
前記気体圧力を利用する段階は、前記マイクロ流体素子内の温度反応性物質を加熱する段階を含む、
請求項２０記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２００３年７月３１日に出願された米国仮特許出願第６０／４９１，２６９号、２００４年３月１１日に出願された米国仮特許出願第６０／５５１，７８５号及び２００４年３月１７日に出願された米国仮特許出願第６０／５５３，５５３号の権益主張出願であり、これら米国仮特許出願をこの参照により援用し、これらの開示内容全体を本件に組み込む。
【０００２】
本願は、生物学的サンプル、例えば細菌含有サンプルを分析するマイクロ（微小）流体素子及び方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
マイクロ流体素子は、数ナノメートル〜数百ミクロンのオーダの寸法を有し、種々の所望の機能を果たすよう協働する特徴を備えた装置を含む。特に、マイクロ流体素子は、例えば化学的又は物理的分析を行う物質分析及び操作機能を果たす。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
マイクロ流体素子の一形式は、連続した流動中の物質の流れに加えて又はこれに代わる手段として、別々の量の物質、例えばサンプル及び試薬の操作を可能にする。アクチュエータが、別々の量の物質をマイクロ流体素子内で移動させることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一特徴は、濃縮された粒子含有サンプルを調製するよう構成されたマイクロ流体素子に関する。
【０００６】
幾つかの実施形態では、マイクロ流体素子は、粒子含有液体サンプルを受け入れる入口ポートと、入口ポートと連通状態にあり、粒子含有液体サンプル中の粒子を粒子含有液体サンプル中の液体の第１の部分から空間的に分離するよう構成された保持部材と、分離された粒子のうち少なくとも何割かと、粒子から分離された液体の第１の部分の一部とを再結合するよう構成された圧力アクチュエータとを有する。
【０００７】
幾つかの実施形態では、粒子含有液体サンプルを処理するマイクロ流体素子は、濃縮領域を有し、濃縮領域は、保持部材を有し、保持部材は、この保持部材内に受け入れられた粒子含有液体サンプル中の液体が保持部材の第１の表面を含む流出経路に沿って濃縮領域から出る一方で粒子含有液体サンプル中の粒子が保持部材によって保持されるように構成されており、マイクロ流体素子は、流体を保持部材の第１の表面を含む流入経路に沿って濃縮領域内に導入するよう構成された圧力アクチュエータを更に有する。
【０００８】
幾つかの実施形態では、粒子含有流体中の粒子の割合を増大させる装置は、マイクロ流体回路ネットワークを含む実質的に平板状の基板と、基板と一体の機械作動式真空発生器とを有し、真空発生器は、マイクロ流体回路ネットワークと流体連通状態にある拡張可能なチャンバを有する。
【０００９】
幾つかの実施形態では、粒子含有流体中の粒子の割合を増大させる装置は、第１の基板及び第２の基板を有する。第１及び第２の基板はこれら基板相互間に、マイクロ流体回路ネットワークの少なくとも一部及びチャンバを構成する。マイクロ流体回路ネットワークは、第１の端部及び第２の端部を有する。第１の端部は、粒子含有流体を含むサンプルを受け入れるよう構成されている。マイクロ流体回路ネットワークの第２の端部は、チャンバと流体連通状態にある。この装置は、チャンバと作動的に関連した手動式部材を更に有し、手動式部材は、作動時に、チャンバの容積を増大させるよう構成され、次にチャンバ内の圧力が減少すると流体がマイクロ流体回路ネットワークの第２の端部に向かって引き寄せられる。
【００１０】
幾つかの実施形態では、粒子含有流体中の粒子の割合を増大させる装置は、第１の基板及び第２の基板を有する。第１の基板と第２の基板は、これらの間に、マイクロ流体回路ネットワークの少なくとも一部を構成する。マイクロ流体回路ネットワークは、流体の通過を可能にし、所定の値よりも大きな最小寸法の粒子の通過を妨げるよう構成されたフィルタと、このフィルタと流体連通状態にある真空源とを有する。
【００１１】
幾つかの実施形態では、マイクロ流体素子は、粒子含有流体サンプル（ＰＣＦＳ）を受け入れる入口ポートと、ＰＣＦＳのうち流体の通過を可能にしながらＰＣＦＳのうち粒子を保持するよう構成されたフィルタと、フィルタと気体連通状態にあるよう構成可能な真空発生器とを含むマイクロ流体回路ネットワークを有する。マイクロ流体回路ネットワークは、ＰＣＦＳに第１の圧力を及ぼしてＰＣＦＳのうち第１の量の流体をフィルタから追い出すがＰＣＦＳのうち粒子を保持し、保持した粒子に第２のこれよりも低い圧力を及ぼしてフィルタを通って第２の少量の流体を引き込んで濃縮された粒子含有流体サンプルを調製するよう構成されている。
【００１２】
幾つかの実施形態では、マイクロ流体素子は、粒子含有流体中の流体の通過を可能にしながら粒子含有流体中の粒子を保持するよう構成された保持部材と、保持部材を通過した流体を受け入れるよう構成されたチャンバとを有する。チャンバは、保持部材を通過してこのチャンバ内に流入した流体がチャンバ内の圧力を増大させるよう構成されている。
【００１３】
本発明の別の特徴は、粒子含有流体サンプルを濃縮する方法に関する。
【００１４】
幾つかの実施形態では、粒子含有液体サンプルを処理する方法であって、粒子含有液体サンプルを、第１の表面を備えた保持部材を有するマイクロ流体素子内に投入する段階と、粒子含有液体サンプル中の液体の第１の部分を、少なくとも保持部材の第１の表面を通過させることにより、粒子含有液体サンプル中の液体の第１の部分を粒子含有液体サンプル中の粒子から空間的に分離する段階と、保持された粒子と液体の第１の部分の一部とを再結合する段階とを有する。
【００１５】
幾つかの実施形態では、サンプルを濃縮する方法は、粒子含有液体サンプルをマイクロ流体回路ネットワークに導入する段階と、圧力を粒子含有液体サンプルに加えてマイクロ流体回路ネットワーク内の液体サンプル中の粒子を保持するよう構成されたフィルタを通って流体サンプル中の第１の量の流体を追い出す段階と、流体サンプル中の保持された粒子に減圧作用を及ぼして第２の少量の流体がフィルタを通ってマイクロ流体回路ネットワークに入り、そして粒子を同伴し、それにより濃縮された粒子含有サンプルを生じさせる段階とを有する。
【００１６】
幾つかの実施形態では、粒子含有流体中の粒子の割合を増大させる方法が、粒子含有流体をマイクロ流体素子のマイクロ流体回路ネットワークに導入する段階を有する。マイクロ流体回路ネットワークは、第１の面を備えたフィルタを有する。フィルタは、（ａ）第１の面を通って流体を通過させることができ、（ｂ）第１の面を通る流体の通過を妨げるよう構成されている。マイクロ流体素子は、マイクロ流体回路ネットワークの少なくとも一部内に真空を生じさせるよう構成された真空発生器を更に有する。フィルタの第１の面は、粒子含有流体と接触し、次に流体の少なくとも第１の部分が、フィルタを通過してフィルタの第２の面に至り、粒子は、フィルタの第１の面に付着したままである。真空発生器は、フィルタの第１の面を通って流体の第１の部分の一部を引き戻すよう作動される。
【００１７】
幾つかの実施形態では、粒子含有流体サンプルを濃縮する方法は、粒子含有流体サンプル（ＰＣＦＳ）をフィルタに接触させてＰＣＦＳ中の流体の第１の部分がフィルタを通過し、ＰＣＦＳ中の粒子がフィルタによって保持されるようにする段階と、フィルタを通過した流体がチャンバに流入して該チャンバ内の圧力を増大させ、第１の部分よりも少ない流体の第２の部分がフィルタを通過して戻ってフィルタにより保持されている粒子と再結合することができるようにする段階とを有する。
【００１８】
幾つかの実施形態では、粒子含有流体サンプルを濃縮する方法が、マイクロ流体回路ネットワーク及びマイクロ流体回路ネットワークから保持部材によって分離されたチャンバを有するサンプル処理装置に粒子含有流体サンプル（ＰＣＦＳ）を導入する段階と、ＰＣＦＳの流体の第１の量に保持部材を通過させることによりこの第１の量の流体をチャンバに導入する段階とを有する。チャンバ内に入った流体は、チャンバ内の圧力を増大させる。ＰＣＦＳのうちの粒子は、保持部材によって保持される。第２のこれよりも少ない量の流体は、保持部材を通過して戻ることによりチャンバを出るようになり、チャンバを出た流体は、保持部材により保持されている粒子と再結合する。
【００１９】
幾つかの実施形態では、粒子含有流体サンプルを濃縮する方法が、粒子含有流体サンプル中の流体を、粒子含有流体サンプル中の粒子を保持するよう構成された保持部材に通す段階を有する。保持部材を通過した流体は、密閉チャンバに入り、この密閉チャンバ内の圧力を増大させる。チャンバ内に存在する流体がチャンバから出るようにするための経路が設けられる。チャンバから出た流体が保持部材を通過して戻り、保持部材により保持されている粒子と再結合するよう保持部材が経路に設けられている。
【００２０】
本発明の一実施形態では、マイクロ流体素子は、１つ以上の熱作動式要素を有する。好ましい熱作動式要素としては、チャンバ内の圧力を増大させると共にチャンバと気体連通状態にある塊状の熱又は温度反応性物質（ＴＲＳ）の温度を高めるよう構成された単一の熱源を有する。温度が高くなった状態では、チャンバ内の増大した圧力は、ＴＲＳを移動させるのに十分である。例えば、圧力は、ＴＲＳをマイクロ流体回路ネットワークの側チャネルからマイクロ流体回路ネットワークの主チャネル内へ移動させ、それにより主チャネル内の物質の通過を妨げるのに十分であるのがよい。有利には、単一の熱源を用いることにより、かかる熱作動式要素を作動させるのに必要な電力の大きさが減少する。単一の熱源により作動された熱作動式要素は、２つ以上の熱源により作動される熱作動式要素と比較して、コントローラの電子回路及びソフトウェアの複雑さを減少させる。
【００２１】
本発明の別の実施形態では、マイクロ流体素子は、１つ以上の熱作動式要素を含む代表的には平板状の基板を有する。基板の第１の面は、マイクロ流体回路ネットワークの種々の要素、例えば、チャネル及びチャネルと交差する側チャネルを有する。基板の反対側の第２の面は、側チャネルを介してチャネルに連結されたチャンバを有する。或る量のＴＲＳが、チャネルとチャンバとの中間で側チャネル内に設けられている。チャンバ内の気体圧力を増大させることにより、ＴＲＳはチャネル内に移動することができ、それによりチャネルを密封する。有利には、マイクロ流体回路ネットワークのチャンバ及び種々の他の要素は、基板の互いに反対側の面上に設けられ、それにより基板の第１の面で利用可能なスペースを有効利用できる。
【００２２】
本発明の別の特徴は、第１及び第２の互いに反対側の表面を備えた第１の基板を有するマイクロ流体素子に関する。第２の表面は、チャンバを少なくとも部分的に構成する。第１の表面は、マイクロ流体サンプルを受け入れるよう構成されたチャネル及びチャネルと交差し、チャンバとチャネルを連結する側チャネルを少なくとも部分的に構成する。或る量の熱反応性物質（ＴＲＳ）が、チャンバとチャネルとの中間で側チャネル内に設けられている。第２の基板を第１の基板の第１の表面に結合するのがよい。第３の基板を第１の基板の第２の表面に結合するのがよい。
【００２３】
本発明の別の特徴は、細胞含有サンプルを処理して細胞内物質をサンプル中の細胞から離脱させるマイクロ流体素子に関する。
【００２４】
幾つかの実施形態では、マイクロ流体素子は、融解ゾーンと、融解ゾーン内に存在する細胞含有サンプルを加熱して細胞内物質をサンプル中の細胞から離脱させるよう設けられた熱源と、各々が装入状態及び融解状態を備えた第１及び第２の弁とを有する。第１及び第２の弁が、装入状態にあるとき、細胞含有サンプルを融解ゾーンに導入することができ、第１及び第２の弁が、閉鎖状態にあるとき、融解ゾーン内に存在する細胞含有サンプルを、細胞含有サンプルの液体成分をそれほど蒸発させないで、即ち、２５％未満の損失、２０％未満の損失又は１５％未満の損失で細胞含有サンプル中の細胞を融解させるのに十分な時間、加熱するのがよい。
【００２５】
融解チャンバの容積は、２５マイクロリットル以下、２０マイクロリットル以下、５マイクロリットル以下又は例えば２マイクロリットル以下であるのがよい。
【００２６】
弁は、液体成分の蒸発を阻止する或る量の温度反応性物質、例えばろうを有するのがよい。
【００２７】
弁のうち少なくとも一方、例えば下流側の弁をゲートとして構成するのがよい。サンプルを融解ゾーン内に装入する前に、ゲートは、閉鎖状態になるよう構成され、このゲートは、物質の下流側への通過を妨げる塊状の温度反応性物質を有する。作動時、温度反応性物質の少なくとも一部が、下流側へ進み、それによりゲートを開く。
【００２８】
幾つかの実施形態では、サンプル中のポリヌクレオチドを濃縮するマイクロ流体素子が、反応ゾーンと、反応ゾーン内に存在するポリヌクレオチドを変性させるよう設けられた熱源と、各々が装入状態及び反応状態を備えた第１及び第２の弁とを有する。第１及び第２の弁が、装入状態にあるとき、ポリヌクレオチド含有サンプルを反応ゾーンに導入するのがよく、第１及び第２の弁が、閉鎖状態にあるとき、反応ゾーン内に存在するポリヌクレオチド含有サンプルを、サンプルの液体成分の相当な蒸発を生じさせないで、例えば、液体成分の１０％以上、例えば５％以上の蒸発を生じさせないで、熱による変性及びアニーリングの少なくとも３サイクルをポリヌクレオチドに施すのに十分な時間、加熱するのがよい。
【００２９】
本発明の一特徴は、融解ゾーンを備えたマイクロ流体素子を有するマイクロ流体システムに関する。融解ゾーンの容積は、２５マイクロリットル未満、例えば約２０マイクロリットル以下である。融解ゾーンは典型的には、入口チャネル及び出口チャネルを有する。マイクロ流体素子は、１つ以上の弁及び（又は）ゲートを更に有する。第１の状態では、弁及び（又は）ゲートは、サンプルを融解ゾーンに導入することができるよう構成されている。第２の状態では、弁及び（又は）ゲートは、融解ゾーンの水性内容物が例えば約３分間の時間をかけて例えば約９８℃まで加熱されたときでも、液体又はガスが融解ゾーンから逃げ出るのを制限し又は阻止するよう閉じられる。第３の状態では、弁及び（又は）ゲートは、サンプルが融解ゾーンから出ることができるよう構成されている。
【００３０】
代表的には、少なくとも１つの塊状の温度反応性物質（ＴＲＳ）を用いて物質が第２の状態において融解ゾーンから出るのを阻止する。幾つかの実施形態では、第３の状態では、ＴＲＳは、融解ゾーンを出る物質と同一のチャネルに沿って下流側に進むことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
本発明は、物質、例えばサンプルや試薬を操作したり処理するマイクロ流体システム、マイクロ流体素子及び方法に関する。マイクロ流体素子は一般に、各々が１つ以上のチャネル、プロセスモジュール及びアクチュエータを含む１つ以上のマイクロ流体回路ネットワークを備える基板を有する。サンプル及び試薬は、マイクロ流体回路ネットワーク内で操作される。マイクロ流体回路ネットワークのモジュール及びアクチュエータは典型的には、熱作動式である。例えば、プロセスモジュールは、熱源により加熱される反応チャンバを有するのがよい。アクチュエータは、物質をマイクロ流体回路ネットワーク内で動かすよう圧力又は真空を生じさせるために加熱されるチャンバを有するのがよい。
【００３２】
代表的なサンプルとしては、粒子含有流体サンプルが挙げられる。粒子含有流体サンプルの流体成分は、気体（ガス）及び（又は）液体、例えば緩衝液、水、有機溶剤、唾液、尿、漿液、血液又はこれらの組合せを含む。いずれの場合においても、流体は代表的には、粒子を同伴して粒子が流体と共に移動する傾向がある。
【００３３】
粒子含有流体サンプル中の粒子は一般に、細胞、例えば細菌の細胞又は動物、例えば人間の細胞を含む。粒子は、かかる細胞から放出された細胞内物質を含む場合がある。例えば、マイクロ流体システムは、細胞から放出されたポリヌクレオチド、例えばＤＮＡを（任意的に増幅時に）検出できる。幾つかの実施形態では、マイクロ流体システムは、細菌の細胞から放出されたＤＮＡを処理してバクテリア、例えば、Ｂ群連鎖球菌性（ＧＢＳ）疾患と関連した細菌の存在、不存在及び（又は）数度（アバンダンス）を求める。分析可能な他の粒子としては、組織、ウィルス、胞子、真菌及び他の微生物並びにかかる粒子内から放出された物質が挙げられる。
【００３４】
マイクロ流体システムおよび素子
図１を参照すると、マイクロ流体素子の例示のマイクロ流体回路ネットワーク１１０は、サンプル及び試薬物質をそれぞれ回路ネットワーク１１０に投入できるサンプル入口モジュール１５０及び試薬入口モジュール１５２を有している。一般に、入口モジュール１５０，１５２の一方又は両方は、コンピュータ制御式実験室ロボットを用いて物質の自動投入を可能にするよう構成されている。回路ネットワーク１１０は、マイクロ流体回路ネットワーク１１０から処理済みのサンプルを回収でき又はマイクロ流体回路ネットワーク１１０による処理済みサンプルの取出しを可能にするよう構成された出口ポートを更に有するのがよい。
【００３５】
マイクロ流体回路ネットワーク内において、物質は一般に、上流側の場所から下流側の場所に移動する。例えば、サンプル物質は一般に、入口ポートからマイクロ流体回路ネットワーク内の別の場所に下流側へ移動する。しかしながら、幾つかの場合においては、流れ方向が逆になる場合がある。
【００３６】
入口モジュールから見て下流側の回路ネットワーク１１０の場所には、代表的には、サンプル及び試薬物質を処理するためのプロセスモジュール１５６，１５８，１６０，１６６，１６２が設けられている。これらプロセスモジュール内で、サンプルは、種々の物理的及び化学的処理段階を受ける。例えば、濃縮モジュール１５６は、粒子含有流体を受け入れ、比較的高い濃度の粒子を有する流体サンプルを調製する。融解モジュール１５８は、濃縮サンプル中の粒子から物質を放出させ、例えば、このモジュールは、細胞から細胞内物質を放出させる。融解は、例えば、熱を利用する方法、超音波を利用する方法、機械的方法又は電気的方法を用いて達成できる。例示の融解モジュールは、２００３年７月３１日に出願された米国仮特許出願第６０／４９１，２６９号明細書及び２００１年１２月１４日に出願された米国特許出願第１０／０１４，５１９号明細書に記載されており、これら米国特許出願を参照により援用する。
【００３７】
ＤＮＡクリーンアップ（清浄化）モジュール１６０が、検出のために粒子から放出されたポリヌクレオチド、例えばＤＮＡを用意する。例えば、ＤＮＡクリーンアップモジュール１６０は、ポリメラーゼ連鎖反応により増幅可能にＤＮＡサンプルを調製するよう構成されたものであるのがよい。クリーンアップモジュール１６０により処理されたサンプルＤＮＡは、回路ネットワーク１１０内で下流側へ動く。例示のＤＮＡクリーンアップモジュールが、２００４年５月３日に出願された米国仮特許出願第６０／５６７，１７４号明細書に記載されており、この米国仮特許出願を参照により援用する。
【００３８】
混合モジュール１６６は、モジュール１６０から受け取ったＤＮＡと試薬入口モジュール１５２からの試薬を混合する。代表的な試薬としては、ＰＣＲプライマ、試薬及び対照試料が挙げられる。例示の試薬、例えば２００２年３月２０日に出願された米国特許出願第１０／１０２，５１３号明細書に開示されている試薬がＧＢＳ細菌の増幅及び検出に用いられ、かかる米国特許出願を参照により援用する。試薬物質を使用中に装入するのがよく、しかも（或いは）製造中、マイクロ流体素子内に蓄えるのがよい。或る特定の試薬物質を融解すると、これらの貯蔵寿命を延ばすことができる。液体試薬を乾燥状態の試薬と混合するためにチャンバ、例えば金属化パウチ内に蓄えるのがよい。幾つかの実施形態においては、選択された量の微小滴をマイクロ流体素子内のチャンバから放出された流体から調製する。微小滴を乾燥試薬と組み合わせて既知の濃度の試薬物質を調製する。
【００３９】
増幅プロセスモジュール１６２は、サンプル粒子から放出されたＤＮＡ及び試薬を受け取り、この中の微小量のＤＮＡを検出する。一般に、プロセスモジュール１６２は、例えばＰＣＲによってＤＮＡを増幅するよう構成されている。検出は典型的には、例えば蛍光による分光器的検出である。幾つかの実施形態では、ＤＮＡの存在及び（又は）数度が、電気化学的に検出される。
【００４０】
検出モジュール１６２は代表的には、２つ以上の増幅／検出チャンバを有する。１つのチャンバは一般に、サンプル粒子から放出されたＤＮＡを受け取って検出する（任意的に増幅を行う）。別のチャンバは代表的には、対照ＤＮＡを受け取って検出する（任意的に増幅を行う）、この対照ＤＮＡは、回路ネットワーク１１０が正しく機能しているかどうかを指示するために用いられるのがよい。回路ネットワーク１１０の他のモジュール、例えば試薬モジュール１５２及び混合モジュール１６６は、２つ以上の増幅／検出チャンバの存在に対応するよう構成されている。
【００４１】
マイクロ流体回路ネットワーク１１０の種々のモジュールは、物質を回路ネットワーク１１０内の或る場所から別の場所に動かすことができるよう例えばチャネル１６４により互いに連結されている。マイクロ流体素子と関連したアクチュエータ１６８，１７０，１７２は、原動力、例えば増大した気体（ガス）圧力及び（又は）減少した気体圧力をもたらしてサンプル及び試薬物質をチャネルに沿ってモジュール相互間で動かす。気体アクチュエータの中には、マイクロ流体回路ネットワークの上流側部分内の圧力に対してマイクロ流体回路ネットワークの下流側部分内の圧力を減少させることにより、物質を移動させるものがある。その結果得られた圧力差により、物質は圧力の減少した領域に向かって下流側へ動く。本明細書で用いる「真空」という用語は、気体又は他の物質が完全に無いことを必要とするものではない。それとは異なり、「真空」は、マイクロ流体素子の別の領域と比較して、少なくとも気体圧力が減少した、例えば、部分真空状態の領域を意味している。真空アクチュエータと関連したチャネル及びチャンバの容積は、代表的には、流体制御要素、例えば、弁又はゲートを実行可能な限りアクチュエータの真空チャンバのできるだけ近くに配置することにより減少する。
【００４２】
回路ネットワーク１１０の第１のアクチュエータ１６８は、物質を濃縮モジュール１５６から融解モジュール１５８に下流側へ移動させる。融解モジュール１５８内での処理の完了時に、第２のアクチュエータ１７０が、物質をＤＮＡクリーンアップモジュール１６０に下流側へ移動させる。次いで、アクチュエータ１７０又は追加のアクチュエータは、清浄化されたＤＮＡを混合モジュール１６６に移動させ、ここで、物質がアクチュエータ１７２により移動した試薬と混ざり合う。最後に、アクチュエータ１７２又は別のアクチュエータは、混合状態の物質を検出モジュール１６２に移動させる。
【００４３】
幾つかの実施形態においては、各アクチュエータが回路ネットワーク１１０のモジュールのほんの一部内で物質を移動させる役割を果たしているので、サンプル物質を、単一のアクチュエータが回路ネットワーク全体を通じて物質を移動させる役割を果たした場合よりも一層正確に制御することができる。マイクロ流体回路ネットワーク１１０の種々の機能要素（アクチュエータを含む）は代表的には、自動サンプル処理及び分析を可能にするようコンピュータ制御下にある。
【００４４】
本明細書で用いる「マイクロ流体システム」という用語は、マイクロ流体回路ネットワークを備えたマイクロ流体素子だけでなく、マイクロ流体素子の熱作動式モジュール及びアクチュエータを動作させる熱源を含む。熱源をマイクロ流体素子と一体化してもよく、或いはマイクロ流体システムの別のコンポーネント、例えば動作中マイクロ流体素子を受け入れる容器内に組み込んでもよい。マイクロ流体回路ネットワーク１１０の種々の機能要素（熱源を含む）は代表的には、自動サンプル処理及び分析を可能にするようコンピュータ制御下にある。マイクロ流体システムのコンピュータ制御のためのシステム及び方法は、２００１年３月２８日に出願された米国特許出願第０９／８１９，１０５号明細書に開示されており、この米国特許出願を参照により援用する。
【００４５】
マイクロ流体素子のアクチュエータ、濃縮モジュール、融解モジュール及び他の特徴について以下に説明する。
【００４６】
真空アクチュエータを備えたマイクロ流体素子
上述したように、アクチュエータは、マイクロ流体素子内の上流側の圧力に対して下流側の圧力を減少させることによりマイクロ流体素子内でサンプルを操作することができる。幾つかの実施形態では、かかるアクチュエータは、濃縮した量の粒子を含むサンプルを調製するよう濃縮モジュールと組み合わせて用いられる。濃縮サンプルをマイクロ流体素子内の融解チャンバに送るのがよい。かかるマイクロ流体素子について以下に説明する。
【００４７】
図２及び図３を参照すると、マイクロ流体素子５０は、第１の層７１、第２の層７３及び第３の層７５を備えた基板４７を有する。基板４７のこれらの層は、マイクロ流体回路ネットワーク５１を構成している。回路ネットワーク５１は、例えば上述したマイクロ流体回路ネットワーク１１０のチャネル、モジュール及びアクチュエータを有する。回路ネットワーク５１の少なくとも幾つかのコンポーネントは、代表的には熱作動式である。かくして、基板４７は、使用にあたり、第２の基板７６と結合するのがよく、この第２の基板は、マイクロ流体回路ネットワーク５１の熱作動式コンポーネントと熱的連絡状態にあるよう構成された熱源を含む。変形例として、熱源は、基板４７と一体であってよく、例えば、基板４７，７６が互いに一体であってよい。熱作動式コンポーネントを作動させる適当な熱源は、２００１年２月１４日に出願された同時係属米国特許出願第０９／７８３，２２５号明細書及び２００３年８月１日に出願された同時係属米国特許出願第６０／４９１，５３９号明細書に記載されており、かかる米国特許出願を参照により援用する。
【００４８】
図示の実施形態では、回路ネットワーク５１は、サンプル物質を回路ネットワーク５１に導入することができる入口ポート５４と、チャネル５８により入口ポート５４に連結された濃縮領域５６と、マイクロ流体回路ネットワーク内の物質を操作するよう構成されていて、チャネル６０により濃縮領域５６に連結された真空発生器５２とを有する。ポート５４は、注射器又は他の注入器具と嵌合する継手５５を有するのがよく、更に、針又は他の套管状サンプル導入部材を刺入させることができる隔膜を有するのがよい。
【００４９】
破断線６４で示すように、マイクロ流体回路ネットワーク５１は、他のモジュール又はコンポーネント、例えば、反応チャンバ、細胞又は他の生物学的粒子から物質を放出させる融解モジュール、ＤＮＡクリーンアップモジュール、試薬混合チャンバ、出口ポート等を有するのがよい。これら他のモジュール又はコンポーネントは代表的には、濃縮領域５６の下流側に配置される。例えば、代表的な実施形態は、濃縮領域５６から濃縮粒子サンプルを受け入れる融解チャンバ及びサンプル中の粒子から放出されたＤＮＡを増幅すると共に検出する増幅−検出チャンバを有する。
【００５０】
真空発生器５２は、ゲート６２、チャンバ６６、弁６８及びポート７０を有し、このポートは、素子５０の周りの周囲環境と気体連通状態にあるのがよい。ゲート６２は、ゲート６２がチャンバ６６とマイクロ流体回路ネットワーク５１の上流側部分、例えば濃縮領域５６との間における物質、例えばサンプル物質及び気体の流通を妨げる常閉状態にあるよう構成されている。開放状態では、ゲート６２は、物質のかかる流通を可能にする。
【００５１】
弁６８は、弁６８がチャンバ６６とポート７０との間におけるチャネル８６に沿う物質、例えば気体の流通を可能にする常開状態にあるよう構成されている。閉鎖状態では、弁６８は、チャンバ６６とポート７０との間の物質の流通を妨げる。弁６８は代表的には、チャンバ８４と、塊状の熱又は温度反応性物質（ＴＲＳ）８０とを有する。閉鎖状態では、ＴＲＳは、物質の通過を妨げ、開放状態では、ＴＲＳは、分散し又はチャネル６６に沿う物質の通過を可能にするようチャネルから引っ込められる。
【００５２】
ゲート用であれ弁用であれいずれにせよ、妨害作用を発揮するＴＲＳの塊は、容積が２５０ｎｌ以下、１ｎｌ以下、例えば７５０ピコリットル以下であるのがよい。ゲート又は弁の幾つかの実施形態では、ＴＲＳのうち何割か又は全ては、ゲート又は弁の解放時に下流側へ移動する。例えば、ＴＲＳは、ＴＲＳにより先に妨害されたサンプルと同一のチャネルに沿って下流側へ移動するのがよい。幾つかの実施形態では、ＴＲＳは、溶けて、閉鎖状態にあるＴＲＳにより占められた位置から見て下流側のチャネルの壁を覆う。これらの壁は、数ｍｍ下流側にわたり少なくとも部分的に覆われるのがよい。幾つかの実施形態では、ＴＲＳは、分散して下流側へ移動する。というのは、粒子が非常に小さすぎてチャネルを閉鎖できないからである。塊状のＴＲＳを含む例示のゲート及び弁は、２００３年６月１０日に発行された米国特許第６，５７５，１８８号明細書に開示されており、この米国特許を参照により援用する。
【００５３】
例示のＴＲＳは、第１の温度では動きにくく、これよりも高い第２の温度では容易に動くことができる。第１の温度は、約２５℃以下であるのがよく、これよりも高い第２の温度は、少なくとも約４０℃であるのがよい。第２の高い温度は、ＴＲＳの溶融温度又はガラス転移温度であるのがよい。適当な材料としては、ろう、ポリマー、又は融点（又はガラス転移温度）が少なくとも５０℃、例えば少なくとも７５℃の他の材料が挙げられる。好ましいＴＲＳ物質の融点（又はガラス転移温度）は、２００℃未満、例えば１５０℃未満である。代表的なＴＲＳ物質は、疎水性であるが、親水性であってもよい。
【００５４】
チャンバ８４内の温度を上昇させることにより、このチャンバ内の圧力が増大する。チャンバ８４内の温度を上昇させ、ＴＲＳ８０の温度も又上昇させると、チャンバ８４内の圧力は、ＴＲＳ８０を、ポート７０とチャンバ６６を連結するチャネル８６内へ移動させ、それによりチャネル８６に沿う物質、例えば気体の通過を妨げる。基板７６は、基板７６，７１を互いに結合したとき、チャンバ８４とＴＲＳ８０の両方と熱的接触状態にあるよう構成された加熱器を有する。加熱器８２を作動させることにより、チャンバ８４内の温度とＴＲＳ８０の温度の両方が第２の温度に上昇する。
【００５５】
ゲート６２は代表的には、塊状ＴＲＳ７４を含む熱作動式ゲートである。基板層７１と基板７６を互いに結合すると、加熱器７８とゲート６２は、熱的接触状態になる。加熱器７８を作動させることにより、ＴＲＳ７４の温度を第２の温度に上昇させる。
【００５６】
チャンバ６６と回路ネットワーク５１の上流側部分との間に圧力差が存在していても、ＴＲＳ７４は、第１の温度の状態にあるとき、チャンバ６６と回路ネットワーク５１の上流側部分との間の物質の流通を阻止する。ＴＲＳ７４の温度を第２の温度まで上昇させると、かかる圧力差は代表的には、ＴＲＳ７４を移動させると共に（或いは）分散させるのに十分であり、それにより物質、例えば気体が回路ネットワーク５１の上流側部分からチャンバ６６内に流入することができる。
【００５７】
ゲート６２と弁６８の両方が閉鎖状態にあるとき、チャンバ６６は、弁６８の反対側に作用する圧力の約９０％以下、約８０％以下、約７０％以下、約６０％以下、約５０％以下又は約３５％以下の圧力を維持するよう構成されている。弁６８の反対側に作用する圧力は代表的には、素子５０周りの周囲圧力、例えば約１気圧である。一般的に言って、チャンバ６６内の減圧状態を、少なくとも１５秒間、少なくとも３０秒間、少なくとも６０秒間、少なくとも１２０秒間、例えば少なくとも３００秒間維持するのがよい。
【００５８】
本発明の弁及びゲートは、もし特段の指定がなければ、弁が常態では、開放状態にあり、ゲートは常態では閉鎖状態にあることを除き、同一構造のものであるのがよい。
【００５９】
チャンバ６６内に真空を生じさせる方法は代表的には、チャンバ６６からの気体の少なくとも部分排気段階及び物質がチャンバ内に再び入るのを阻止する排気チャンバの密封段階を有する。排気は一般に、チャンバ６６を加熱することにより達成される。例えば、基板層７１と基板７６を互いに結合すると、チャンバ６６は、基板７６の熱源４１と熱的接触状態に置かれる。熱源４１の作動により、チャンバ６６内の物質の温度が上昇する。チャンバ内の物質としては、例えば気体及び（又は）蒸発可能な物質、例えば液体又は約５０℃〜約２００℃の温度で昇華が可能な物質が挙げられる。
【００６０】
真空発生器５２は代表的には、素子５０の回路ネットワーク５１内の物質を操作するために用いられる。幾つかの実施形態では、真空発生器は、濃縮領域５６と協働して濃縮サンプルを調製する。次に、濃縮領域について詳細に説明する。
【００６１】
濃縮領域５６は、保持部材９４と、弁８５と、下流側のゲート８８とを有している。保持部材９４は、主要部として、例えば流体の通過を可能にするが粒子の通過を制限し又は阻止するように、粒子含有サンプル中の流体（例えば、液体）と比較して、粒子含有サンプル中の粒子を選択的に保持するフィルタを有する。代表的には、保持部材９４は、流体を通過させることができるが、サイズ排除により粒子を保持する。例えば、保持部材９４により、流体は、保持部材９４を通過することにより濃縮領域５６を出ることができるが、粒子は濃縮領域内に保持される。保持部材９４を通過した流体は、かかる流体を収容するよう構成されたリザーバ９８に入る。
【００６２】
幾つかの実施形態では、保持部材は、例えばサイズ排除により、培養物及び臨床上のサンプルから細菌、例えばＧＢＳを保持するよう構成されている。例示の保持部材は、例えばポレティックス社から入手できる例えば細孔が０．６μｍのポリカーボネート軌道エッチングフィルタである。
【００６３】
濃縮領域５６は、穴８９′を介して保持部材９４と連通するのがよく、この穴は、保持部材９４の表面９７によって少なくとも一部が形成されたキャビティ９１に向かって開口するのがよい。キャビティ９１により、粒子含有サンプルは、穴８９′の表面積よりも大きな表面積にわたり保持部材９４に接触することができる。キャビティ９１に図示のようにテーパを付けてキャビティ９１への流体及び粒子の流入及びキャビティ９１からの流体及び粒子の取り出しを容易にするのがよい。キャビティ９１の代替手段として、穴８９′は、流体を保持部材９４の表面９７全体にわたり分布させるチャネル網と連通しているのがよい。
【００６４】
リザーバ９８を例えば流体不浸透性メンブレン（図示せず）により密封して保持部材９４を通って追い出された流体が周囲環境中へ漏れるのを阻止するのがよい。リザーバの密閉容積は、濃縮チャンバ５６及びその下流側に位置する回路ネットワーク５１の部分の内容積の合計と同程度又はこれよりも大きいのがよい。
【００６５】
保持部材支持体９６が、保持部材９４をサンプルの導入及び保持部材９４を通る流体の流れにより生じる内圧に抗して定位置に保持するのを助ける。支持体９６は、基材層７３の一部として製作されたグリッドであるのがよい。
【００６６】
ゲート８８は、濃縮領域５６とマイクロ流体回路ネットワーク５１の下流側部分との間での物質の流通を妨げる常閉状態を有する。ゲート８８は、物質が濃縮領域５６から回路ネットワーク５１の下流側部分に移動することができる開放状態を有する。ゲート８８は、ＴＲＳの塊９０を含み、基板７６の熱源９２によって作動される熱作動式ゲートであるのがよい。
【００６７】
弁８５は、物質がマイクロ流体回路ネットワーク５１の上流側部分と濃縮領域５６との間で移動することができる常開状態を有する。弁８５は、物質が濃縮領域５６とマイクロ流体回路ネットワーク５６の上流側領域との間で移動するのを妨げる閉鎖状態を有する。弁８５は、塊状ＴＲＳ８９及びチャンバ８７を有する熱作動式弁であるのがよい。基板７６は、弁８５を弁６８について説明したように作動させるよう構成された熱源９３を有する。
【００６８】
素子５０の濃縮領域５６を次のように動作させるのがよい。粒子含有流体サンプルを例えばポート５４を介して例えば注射器又は他のサンプル導入器具を用いることにより回路ネットワーク５１に導入する。サンプルの導入量は、少なくとも、例えば２５０マイクロリットル、少なくとも５００マイクロリットル又は少なくとも１，０００マイクロリットルであるのがよい。流体、例えば液体の導入量は、例えば、１０，０００マイクロリットル未満、５，０００マイクロリットル未満又は２，５００マイクロリットル未満であるのがよい。濃縮領域５６は代表的には、素子５０に入った流体が保持部材９４を通過して濃縮領域から出なければならないよう（下流側ゲート９０が閉鎖された状態で）構成されている。粒子含有流体サンプルは、チャネル５８に沿って濃縮領域５６内に入る。
【００６９】
保持部材９４は、受け取った流体サンプル中の流体の少なくとも何割か、好ましくは大部分を受け取った流体サンプル中の粒子から空間的に分離する。例えば、流体サンプル中の液体は、保持部材９４の少なくとも表面９７を通過し又はこれを越えて流れ、これに対し、保持部材９４は、その表面９７のところで流体サンプル中の粒子を保持する。表面９７を通過し又はこれを越えて流れた流体、例えば液体は、濃縮領域５６を出てリザーバ９８内へ流れることができる。表面９７を越えて流れた液体を、マイクロ流体回路ネットワークから追い出されたものとして説明することができる。
【００７０】
保持部材９４は、例えば流体サンプル中の粒子のサイズ排除及び（又は）吸着及び（又は）吸収により流体サンプル中の粒子を保持する。かくして、流体サンプルをいったん導入すると、リザーバ９８は、サンプル中の流体を収容し、これに対し、サンプル中の粒子は、濃縮領域５６内で例えば保持部材９４の表面９７のところに保持される。しかしながら、流体サンプル中の流体の何割かは、濃縮領域５６内に（表面９７の内側に）止まり、保持された粒子と接触状態にある場合がある。この流体の量は代表的には、濃縮領域５６により受け取られた流体の全量に対し約５０％以下、約２５％以下、約１０％以下、約５％以下、例えば約２％以下である。濃縮領域５６により受け取られる粒子の全量は代表的には、約１〜１０ｍｌである。
【００７１】
十分な量のサンプルをいったん導入すると、弁８５を閉鎖状態に作動させ、それにより濃縮領域５６と回路ネットワーク５１の上流側部分、例えばポート５４との間の物質の流通を阻止する。フィルタにより保持された粒子を、表面９７を越えてリザーバ９８内へ流れる際に流体サンプル中の流体の辿る経路とは実質的に逆の経路に沿って流体が保持部材９４を通って濃縮領域に流入するようにすることによりフィルタから遠ざけることができる。
【００７２】
幾つかの実施形態では、素子５０は、濃縮領域５６の下流側、例えば、ゲート８８の下流側の気体圧力が保持部材９４の表面９７の外部の気体圧力よりも低くなるよう構成されている。ゲート８８を開くと、圧力差により幾分かの流体、例えばリザーバ９８内の流体、例えば粒子含有サンプル中の液体が濃縮領域５６に入り、この中の保持された粒子と結合し、そして粒子を保持部材９４から遠ざける。真空を用いて圧力差を生じさせるのがよい。
【００７３】
真空を次のように生じさせることができる。弁６８（真空発生器５２の弁）が開放状態にあり、真空発生器のゲート５２と濃縮領域５６との中間に位置する少なくとも１つのゲート（例えば、ゲート６２）が閉鎖状態にある場合、熱源４１を作動させ、それによりチャンバ６６内の物質の温度を上昇させる。チャンバ内に存在するガスが膨張し、膨張したガスの少なくとも何割かがポート７０を経て回路ネットワーク５１から出る。液体がチャンバ６６内に存在している場合、この液体が蒸発する場合があり、蒸気のうち少なくとも何割かも又、ポート７０を経て出る。これと同様に、温度の上昇により、チャンバ６６内に存在している固体が昇華する場合がある。チャンバ６６内の温度を所与の時間をかけて所与の温度までいったん増大させると、弁６８を閉じ、チャンバ６６内の温度が減少するようにする。
【００７４】
チャンバ６６内の温度の減少時に、圧力、例えばこのチャンバ内のガス及び蒸気の全圧力が減少してチャンバ６６と濃縮領域５６との間に圧力差を生じさせる。圧力差が十分なレベルにいったん達すると、チャンバ６６と濃縮領域５６を例えば閉鎖状態のゲート（例えば、ゲート６２及び（又は）９０）をチャネル６０に沿って作動させることにより互いに気体連通させる。チャンバ６６と濃縮領域５６が互いに連通した状態で、リザーバ９８内における流体の上方のガスの圧力と濃縮領域５６内の圧力に差を生じさせる。この圧力差により、リザーバ９８内に存在する流体の一部が、保持部材９４を通って濃縮領域５６内へ引き込まれる。この流体は好ましくは、保持部材９４を通る排出時に流体の取る方向とは逆の方向に保持部材９４を通過する。流れ方向は、層７３に実質的に直角であるのがよい。流れ方向は、回路ネットワーク５１により定められる平面に実質的に直角であるのがよい。
【００７５】
濃縮領域５６に流入した流体は、サンプル導入中、保持部材９４により保持されている粒子と結合し、代表的には、回路ネットワーク５１内に導入された量よりも少ない量の流体、例えば液体及び保持部材９４により保持された粒子の大部分を含む濃縮粒子含有サンプルとなる。保持部材９４を通って濃縮領域５６内に流入し、例えば、戻される流体の量は、サンプルと共に導入された流体、例えば液体の量の５０％未満、１０％未満、２．５％未満又は１％未満である。例えば、保持部材９４を通って濃縮領域５６内に入る流体、例えば液体の量は、５０マイクロリットル未満、２５マイクロリットル未満、１５マイクロリットル未満、１０マイクロリットル未満又は５マイクロリットル未満であるのがよい。保持部材９４は、もはや濃縮粒子含有サンプル中の粒子を保持せず、従って、濃縮粒子含有サンプルは、保持部材から遠ざかるようになる。
【００７６】
保持部材９４を通ってリザーバ９８内に送り込まれた流体の少なくとも一部を他の流体、例えば新しい緩衝液又は別の緩衝液で置き換えるのがよいことは理解されるべきである。この場合、保持部材９４を通って濃縮領域５６に流入した流体は、他の流体の少なくとも何割か、恐らくは実質的に全てを含む。かくして、保持部材９４を通って濃縮領域５６に流入した流体は、粒子含有サンプルの導入時に追い出された流体には限定されない。
【００７７】
濃縮流体を調製することに加えて、圧力差は代表的には、濃縮流体をマイクロ流体回路ネットワーク５１の下流側部分内へ移動させるのにも十分である。しかしながら、下流側への移動は、真空発生器５２に加えて又はこれに代わる手段として別の真空発生器又は正圧源を用いて達成できる。
【００７８】
代表的には、濃縮比、即ち、導入された流体中の粒子の容積濃度に対する濃縮流体中の粒子の容積濃度の比は、少なくとも５、少なくとも１０、少なくとも２５、少なくとも５０又は少なくとも１００である。濃縮流体サンプルを回路ネットワーク５１から抜き取ってもよく、又はかかる濃縮流体サンプルに次の処理及び（又は）この中での分析を行ってもよい。
【００７９】
図４及び図５を参照すると、マイクロ流体素子２００は、サンプル、例えば粒子含有サンプルを受け取り、サンプルを濃縮してより高い相対濃度の粒子を含む濃縮サンプルを調製する。図示の実施形態では、素子２００は、入口ポート２０４、入口ポート２０４を経て受け取ったサンプル物質の通ることができるチャネル２０５、受け取ったサンプル物質に同伴しているガスが回路ネットワーク２０１から出ることができるように構成されたベント２０６、及びベント２０６の下流側に設けられたチャネル２０７を含むマイクロ流体回路ネットワーク２０１を有する。濃縮領域２０２が、チャネル２０７の下流側に設けられている。
【００８０】
入口ポート２０４は、注射器又は他の注入器具と結合するよう構成された継手２３２（図５）を有するのがよい。ベント２０６は、気体透過性疎水性メンブレン、例えば、Ｗ・Ｌ・ゴア・インコーポレイテッドから入手できる多孔質ポリテトラフルオロエチレンメンブレンを有するのがよい。
【００８１】
チャネル２０５とチャネル２０７は、弁２０８によって分離され、この弁は、一般に、チャネル２０５からチャネル２０７への物質の少なくとも下流側への通過を可能にするよう構成された常開状態を有する。弁２０８を閉鎖状態に作動させることができ、かかる閉鎖状態では、濃縮領域２０２と弁２０８の上流側の回路ネットワーク２０１の部分との間の物質の流通が妨げられる。素子２００の弁は、素子５０について上述した熱作動式弁と同一構成のものであるのがよい。
【００８２】
濃縮領域５６として構成できる濃縮領域２０２は、ポート２０４を介して導入されたサンプル物質を受け取り、所望の粒子含有分が多い濃縮サンプルを調製する。濃縮領域２０２は、保持部材９４、支持体９６と構造が同一のものであるのがよい保持部材支持体２０２及びリザーバ９８と同一の構成であるのがよいリザーバ２３４を有する。
【００８３】
回路ネットワーク２０１は、濃縮領域２０２の下流側に設けられていて、この濃縮領域から濃縮サンプル物質を受け取るチャネル２０９を更に有する。チャネル２０９は、ゲート２１６を有し、このゲートは、濃縮領域２０２とゲート２１６の下流側の回路ネットワーク２０１の部分との間の物質の下流側への流通を選択的に可能にするよう構成されている。
【００８４】
ゲート２１６は、濃縮領域２０２とゲート２１６の下流側の回路ネットワーク２０１の部分との間における物質、例えば濃縮サンプル及び（又は）気体の流通を妨げる常閉状態を有する。ゲート２１６を開放状態に作動させることができ、かかる開放状態では、物質は濃縮領域２０２と回路ネットワーク２０１の下流側部分との間で流通することができる。素子２００のゲートは、素子５０について上述した熱作動式ゲートと同一構成のものであるのがよい。
【００８５】
ゲート２１６は、チャネル２１９を介して回路ネットワーク２０１の下流側部分に連結されている。図示の実施形態では、回路ネットワーク２０１は、チャネル２２０を介してチャネル２１９に連結された出口ポート２１０ａを有する。濃縮サンプル物質を素子２００によりポート２１０ａから手作業で抜き取ってもよく、又はかかるポートから自動的に取り出してもよい。常閉状態を有するゲート２１２は、チャネル２２０と出口ポート２１０ａとの間における物質の通過を選択的に妨げ又は可能にする。
【００８６】
回路ネットワーク２０１の他の下流側部分は、チャネル２１８によりチャネル２１９に連結されている。例えば、出口ポート２１０ｂは、チャネル２２４を経てチャネル２１８に連結されている。濃縮サンプル物質を素子２００によりポート２１０ｂから手作業で抜き取ってもよく、又はかかるポートから自動的に取り出してもよい。常閉状態を有するゲート２２２は、チャネル２１８と出口ポート２１０ｂとの間における物質の通過を選択的に妨げ又は可能にする。
【００８７】
素子２００は、以下のようにサンプルを濃縮するよう構成されたものであるのがよい。ゲート２１６を、濃縮領域２０２と回路ネットワーク２０１の下流側部分との間での物質の流通を妨げる閉鎖状態にする。弁２０８を開放状態にする。或る量のサンプル物質を例えば継手２３２と結合するよう形作られた注射器を用いることによりチャネル２０５に導入する。サンプルの導入量については素子５０について説明したとおりであるのがよい。導入されたサンプル物質は、ベント２０６を通り、このベントは、気体がチャネル２０５から出ることができるようにするが、サンプル物質のうちの流体及び粒子が出るのを妨げる。サンプル物質は、ベント２０６の下流側に進み、濃縮領域２０２によって受け取られる。
【００８８】
保持部材９４は、例えば上述したようにサンプル物質のうちの流体の通過を可能にするが粒子の通過を制限し又は阻止することによって、サンプル物質のうちの流体が濃縮領域２０２から出るようにすることができるが、流体を保持する。流体をフィルタ９４を通って追い出してこれをリザーバ２３４内に入れ、このリザーバは、例えばリザーバ９８のように密封するのがよい。サンプル中の粒子を上述したように濃縮領域２０２内に保持する。
【００８９】
回路ネットワーク２０１は、この中の圧力差を用いることによりこの中で物質を操作し又は移動させるよう構成されたものであるのがよい。例えば、回路ネットワークの第１の部分内の圧力を回路ネットワークの第２の部分内の圧力と比較して比較的下げることにより物質を回路ネットワークの第２の部分から第１の部分に向かって押圧することができる。比較的減少した圧力は、第１の部分内の絶対圧力の減少及び（又は）第２の部分内の絶対圧力の増加により得ることができる。図示の実施形態では、素子２００は、濃縮領域２０２内の圧力及び（又は）リザーバ２３４内の上方の圧力に対して濃縮領域２０２の下流側の場所の圧力を減少させるよう構成された真空発生器２１５を有する。素子２００は、圧力差を利用して濃縮サンプル物質を濃縮領域２０２から回路ネットワーク２０１の下流側部分に移動させることができる。
【００９０】
真空発生器２１５は、チャンバ２１４、ポート２３０及び弁２０８を有する。チャンバ２１４は、チャネル２１８及びチャネル２２６を経てチャネル２２０（従って、ゲート２１６が開放状態にあるときチャネル２０９及び濃縮領域２０２）に通じる。チャンバ２１４は、チャネル２２８を経てポート２３０に通じる。弁２０８により、チャネル２２８の選択的な閉鎖が可能であり、従って、チャンバ２１４とポート２３０との間の物質、例えば気体の流通を妨げることができる。ポート２３０及び弁２０８は、それぞれポート７０及び弁６８と同一の構成及び作用のものであるのがよい。
【００９１】
素子２００は、以下のように部分下流側真空を生じさせるよう構成されたものであるのがよい。ゲート２０９を閉鎖状態にし、それにより濃縮領域２０２とチャンバ２１４との間の気体の流通を阻止し又は少なくとも制限する。出口ポート２１０ａ，２１０ｂがいずれも設けられている場合、ゲート２１２，２２２を閉鎖状態にし、それによりポート２１０ａ，２１０ｂを介する回路ネットワーク２０１への気体の出入りを阻止し又は少なくとも制限する。弁２０８を開放状態にし、それによりチャンバ２１４とポート２３０との間の物質、例えば気体の流通を可能にし、これにより、代表的には、気体は、チャンバ２１４からのみ回路ネットワーク２０１を出ることができる。チャンバ２１４内に存在するガスを加熱して気体を膨張させる。膨張した気体のうち少なくとも何割かは、ポート２１０を経てチャンバ２１４（従って、回路ネットワーク２０１）から出る。気体が所望の度合いまで膨張すると、弁２０８を閉じ、残りのガスを放冷し、それにより部分真空がチャンバ２１４内に生じるようにする。
【００９２】
素子２００は、チャンバ２１４内の部分真空を利用して以下のように濃縮サンプルを調製するよう構成されたものであるのがよい。粒子含有流体サンプルを上述のように導入して保持部材９４が粒子を保持するようにする。流体がリザーバ２３４内に存在する。流体は、素子５０について上述したように、保持部材９４を通って追い出された流体及び（又は）新たな又は追加の流体を含むのがよい。部分真空をチャンバ２１４内に生じさせる。ゲート２１６を、例えばそのＴＲＳの加熱によって作動させ、それによりチャンバ２１４を濃縮領域２０２と連通状態にし、リザーバ２３４内の流体の上方のガスの圧力とチャンバ２１４内の圧力に差を生じさせる。圧力差は、濃縮領域５６について上述したように作用して保持部材９４を通って或る量の流体を保持部材９４を通って抜き取って濃縮領域２０２内へ戻し、それにより濃縮粒子含有サンプルを調製する。濃縮サンプルを素子５０の場合と同一の量及び同一の性質で調製するのがよい。
【００９３】
濃縮流体を調製することに加えて、チャンバ２１４とリザーバ２３４内の流体の上方の圧力差は、代表的には、濃縮流体をマイクロ流体回路ネットワーク２０１の下流側部分内へ移動させるのにも十分である。しかしながら、下流側への運動は、真空発生器２１５に加えて又はこの代替手段として別の真空発生器又は正圧源を用いて達成できる。ゲート２１６を再び密封するのがよく、それにより濃縮領域２０２と回路ネットワーク２０１の下流側部分との間での追加の物質の流通を阻止する。
【００９４】
真空発生器２１５を２度目に作動させて濃縮サンプルを再び動作させるのがよい。例えば、ゲート２１２，２２２のうち少なくとも一方を作動させてポート２１０ａ，２１０ｂを回路ネットワーク２０１に連通させる。チャンバ２１４内のガスを加熱し、濃縮サンプルをポート２１０ａ，２１０ｂに向かって追いやる圧力増大を生じさせる。変形例として、回路ネットワーク２０１は、濃縮サンプルに回路ネットワーク２０１内での別の処理を施すための追加のモジュール、例えば、融解モジュール、試薬混合モジュール、反応モジュール等を有してもよい。追加の真空発生器又は圧力発生器を追加すると、濃縮されると共に（或いは）処理されたサンプルをこれらモジュール内で更に移動させることができる。
【００９５】
図６Ａ及び図６Ｂを参照すると、マイクロ流体素子６００は、或る量の粒子含有流体サンプルを受け入れて、大きなアバンダンスの粒子を含む濃縮サンプルを調製するよう構成されている。濃縮サンプルの調製は、サンプル中の流体、例えばサンプル中の液体（少なくとも何割か）から粒子含有サンプル中の粒子を空間的に分離する段階を含む。素子６００は、空間分離中に生じた圧力を用いて粒子から分離された流体の一部と粒子を再結合する。素子６００のこれらの特徴及び他の特徴について以下に説明する。
【００９６】
素子６００は、入口ポート６５４、チャネル６０５によりサンプルポートに連結されたサンプル濃縮領域６０２、濃縮領域６０２の下流側に設けられていて、チャネル６０９によりこれに連結された圧力アクチュエータ６０７、及びチャネル６０９と連通状態にある出口ポート６１１を含むマイクロ流体回路ネットワーク６０１を有する。
【００９７】
チャネル６０５は、気体がチャネル６０５から出ることができるように構成されたベント６０６を有する。ベント６０６は、上述したベント２０６の特徴を有するのがよい。
【００９８】
濃縮領域６０２の上流側に位置するチャネル６０５は、入口ポート６５４と濃縮領域６０２との間における物質の流通を選択的に妨げる弁６０８を有する。弁６０８は、本明細書において説明した弁２０８又は他の弁（又はゲート）の特徴を有するのがよい。弁６０８は好ましくは、物質がチャネル６０５に沿って流れることができるようにする常開状態を有するよう構成されている。
【００９９】
弁６０８に代えて又はこれと組み合わせて、素子６００は、サンプルがチャネル６０５に入り、下流側へ進むことができるように構成されているが、物質、例えば気体がチャンバ６９９から上流側に進んでポート６５４を経て素子６００から出るのを制限し又は阻止するよう構成された一方向弁を有するのがよい。例示の弁は、オランダ国オルデンザール所在のミニバルブ・インターナショナル社から入手できるダックビル形弁である。かかる弁を例えば継手６５５と組み合わせられ又はチャネル６０５に沿って設けられたポート６５４のところに設けるのがよい。
【０１００】
濃縮領域６０２の下流側に位置するチャネル６０９は、濃縮領域６０２とマイクロ流体回路ネットワーク６０１の下流側の場所との間の流通を選択的に可能にするゲート６１６を有する。ゲート６１６は、本明細書において説明したゲート２１６又は他のゲート（又は弁）の特徴を有するのがよい。ゲート６１６は一般に、濃縮領域６０２と回路ネットワーク６０１の下流側の場所との間における物質の流通を妨げる常閉状態を有するよう構成されている。
【０１０１】
回路ネットワーク６０１は、出口ポート６１１とチャネル６０９を互いに連結する通路６３５を有している。通路６３５は、チャネル６０９と出口ポート６１１との間の流通を選択的に妨げ又は可能にするゲート６３７を有している。ゲート６３７は、本明細書において説明したゲート２１６又は他のゲート（又は弁）の特徴を有するのがよい。ゲート６３７は、一般に、チャネル６０９と出口ポート６１１との間の物質の流通を妨げる常閉状態を有するよう構成されている。
【０１０２】
圧力アクチュエータ６０７が、アクチュエータ６０７とチャネル６０９との間の流通を選択的に可能にするゲート６３９を有している。ゲート６３９は、本明細書において説明したゲート２１６又は他のゲート（又は弁）の特徴を有するのがよい。ゲート６３９は、一般に、アクチュエータ６０７とチャネル６０９との間の物質の流通を妨げる常閉状態を有するよう構成されている。
【０１０３】
濃縮領域６０２は、粒子含有サンプル中の粒子を粒子含有サンプル中の流体から空間的に分離する保持部材６９４を有している。保持部材６９４は好ましくは、流体、例えば気体及び（又は）液体がこの保持部材を通過してリザーバ６９８内に進むことができるようにする。保持部材６９４は典型的には、キャビティ６９１内に粒子を保持し、このキャビティは、少なくとも一部が、保持部材６９４の表面６９７により構成されている。濃縮領域６０２は、本明細書において説明した濃縮領域５６又は他の濃縮領域の特徴を有するのがよい。保持部材６９４は、本明細書において説明した保持部材９４又は他の保持部材の特徴を有するのがよい。例えば、保持部材６９４は、流体の通過を可能にするがサイズ排除、結合及び（又は）吸着により粒子の通過を制限し又は阻止するよう動作するのがよい。また図６Ｃ及び図６Ｄを参照すると、リザーバ６９８は、実質的に気体不透過性チャンバ６９９を備えている。例えば保持部材６９４を通過することによりチャンバ６９９に入った流体は、そのチャンバの自由容積を減少させ、その中の圧力を増大させる。かくして、チャンバ６９９内の圧力は、図６Ｃの場合よりも図６Ｄの方が高い。というのは、チャンバ６９９により多量の流体が導入されているからである。チャンバ６９９への流体の導入に打ち勝つのに必要な力は、素子６００へのサンプルの導入中に得られる。
【０１０４】
チャンバ６９９は、素子６００内へのサンプルの導入の度に、チャンバ６９９内に同一圧力が生じるよう構成された弁、例えば圧力逃がし弁（図示せず）を有するのがよい。例示の圧力逃がし弁は、ミニバルブ・インターナショナル社から入手できる傘形弁である。圧力逃がし弁を本明細書において説明している素子の任意の圧力チャンバ内に用いることができる。代表的には、圧力逃がし弁は、チャンバ６９９内の圧力とチャンバ６９９の外部の圧力の圧力差が約０．５ｐｓｉ、約１ｐｓｉ、約２ｐｓｉ又は約３ｐｓｉを超えると開く。容積の大きなチャンバは代表的には、容積の小さなチャンバよりも低圧で動作する弁を有する。
【０１０５】
素子６００の作用は次の通りであるのがよい。粒子含有サンプルを例えば入口ポート６５４の継手６５５に結合したサンプル導入器具、例えば注射器６９７を用いることにより素子６００に導入する。弁６０８が開放状態にあり、ゲート６１６が閉鎖状態にある状態で、サンプル物質は、チャネル６０５に沿って濃縮領域６０２内へ進む。サンプル導入器具により生じる圧力により、サンプル中の流体が保持部材６９４を通ってリザーバ６９８のチャンバ６９９に押し込まれ又は送り込まれる。上述したように、チャンバ６９９内への流体の導入により、このチャンバ内の圧力は増大する。保持部材６９４は、濃縮領域６０２のキャビティ６９１内にサンプル中の粒子を保持する。
【０１０６】
十分な量のサンプル物質をいったん導入すると、濃縮領域を密封してチャンバ６９９内に生じた圧力が抜け又は物質を濃縮領域６０２から押し出す又は送り出すのを阻止する。例えば、弁６０８を作動させてこれを閉鎖状態にし、それによりチャネル６０５に沿う入口ポート６５４と濃縮領域６０２との間の物質の流通を阻止するのがよい。弁６０８とゲート６１６との両方が閉鎖状態にあるとき、素子６００は、チャンバ６９９内の圧力を維持する。
【０１０７】
濃縮粒子含有流体サンプルを調製するため、ゲート６１６を作動させてこれを開放状態にし、それにより物質がチャンバ６９９から出る通路を提供する。チャンバ内の比較的高い圧力により、この中の流体は保持部材６９４を通って濃縮領域６０２のキャビティ６９１内に送り込まれる。かくして、流体は、保持部材６９４を通ってチャンバ６９９に流入した流体とは逆の方向に保持部材６９４を通過する。
【０１０８】
代表的には、チャンバ６９９に流入した流体のほんの一部が、保持部材６９４を通って戻る。保持部材６９４を通って濃縮領域６０２に流入する流体、例えば液体の量は、典型的には、サンプルと共に導入された流体、例えば液体の量の５０％未満、１０％未満、２．５％未満又は１％未満である。例えば、保持部材６９４を通って濃縮領域６０２内に流入する流体、例えば液体の量は、５０マイクロリットル未満、２５マイクロリットル未満、１５マイクロリットル未満、１０マイクロリットル未満又は５マイクロリットル未満である。かくして、素子６００は、粒子含有サンプル中の粒子及び素子６００に元々導入された流体の一部を含む濃縮粒子含有サンプルを調製する。
【０１０９】
回路ネットワーク６０１の下流側部分の容積は、粒子と再結合する流体の量（例えば、上述の一部の量）を定めることができる。代表的には、下流側部分は、濃縮領域６０２と下流側ベントとの間に構成される。例えば、下流側チャネル６０９は、気体が回路ネットワーク６０１から出ることができるが、液体が回路ネットワーク６０１を出るのを実質的に阻止するベント６１３、例えば気体透過性疎水性メンブレンを有する。ゲート６１６が開いた状態で、チャンバ６９９内の圧力により、濃縮サンプルがチャネル６０５に沿ってベント６１３の方へ押しやられ又は送られる。ゲート６３７は、物質がポート６１１を経て回路ネットワーク６０１から出るのを阻止する。ゲート６３９は、物質が圧力アクチュエータ６０７に入るのを阻止する。
【０１１０】
濃縮サンプル物質がベント６１３に達すると、チャネル６０９は濃縮サンプル物質で満たされ、濃縮領域６０２からの追加の物質の下流側への移動が制限され又は阻止される。かくして、チャネル６０９の下流側の容積は、チャンバ６９９から出て粒子と再結合して濃縮サンプル物質を調製できる流体の量を定める。追加の物質の下流側への移動がベント６１３により制限され又は阻止されるが、チャンバ６９９内の圧力を例えば弁６０８を再び開くことにより逃がすことができる。変形例として又は組合せ例として、ゲート６１６（又は、チャンバ６９９の下流側の図示していない弁）を再び閉じ（又は、閉鎖して）チャンバ６９９をチャネル６０９から隔離するのがよい。
【０１１１】
素子６００は、例えば図１のシステム１１０のモジュールのうち１以上の追加のモジュールを有するのがよい。かかるモジュールは好ましくは、例えば濃縮サンプル中の細胞を融解し、ポリメラーゼ連鎖反応阻害剤を除去し、濃縮サンプルと試薬と混合するなどして濃縮サンプルを更に処理するよう構成されている。かかるモジュールを含む素子の場合、通路６３５は、出口ポート６１１に通じるのではなく、これらモジュールに連結されるのがよい。かかる実施形態では、素子６００は、既知の量の濃縮サンプル物質を追加のモジュールに向かって下流側に押しやる又は送るよう構成されたものであるのがよい。変形例として、素子６００は、既知の量の濃縮サンプル物質をポート６１１経由で素子から送り出すよう構成されたものであってもよい。
【０１１２】
既知の量の濃縮サンプル物質を以下のように下流側に押しやり又は追い出すのがよい。濃縮サンプル物質がチャネル６０９内に存在している状態で、圧力アクチュエータ６０７を作動させてこのチャネル内に圧力を発生させる。例えば、アクチュエータ６０７は、熱源と熱的連絡関係にある気体チャンバを有するのがよい。熱源は、素子６００と一体であってもよく、又はこれを素子５０の場合のように別個の基板６７１内に設けてもよい。いずれの場合においても、熱源からの熱は、アクチュエータ６０７のチャンバ内に存在する気体を膨張させ、圧力を発生させる。濃縮サンプルを移動させるためには、ゲート６３７，６３９を開き、それによりアクチュエータ６０７内の圧力が濃縮サンプルを移動させることができるようにする。濃縮サンプルの量は、アクチュエータ６０７の上流側且つベント６１３の下流側の回路ネットワーク６０１の容積で決定される。かくして、素子６００は、既知の量を有する濃縮サンプルを調製すると共に（或いは）送り出すよう構成されたものであるのがよい。調製されるサンプルと送り出されるサンプルの量は、同一である必要はない。
【０１１３】
図７を参照すると、マイクロ流体素子７００は、或る量の粒子含有流体サンプルを受け入れ、大きなアバンダンスの粒子を含む濃縮サンプルを調製する。濃縮サンプルの調製は、サンプル中の流体から粒子含有サンプル中の粒子を空間的に分離する段階を含む。素子７００は、空間分離中に生じた圧力を用いてサンプル及び（又は）試薬物質を操作して例えば素子７００の周りのかかる物質を除去する。素子７００のこれらの特徴及び他の特徴について以下に説明する。
【０１１４】
素子７００は、入口ポート７５４、チャネル７０２により入口ポート７５４と連通状態にある濃縮領域７５６及び濃縮領域７５６から流体を受け入れるチャンバ７９９を構成するリザーバ７９８を含むマイクロ流体回路ネットワーク７０１を有する。
【０１１５】
濃縮領域７５６の上流側に位置するチャネル７０２は、入口ポート７５４と濃縮領域７５６との間における物質の流通を選択的に妨げる弁７０８を有する。弁７０８は、本明細書において説明した弁２０８又は他の弁（又はゲート）の特徴を有するのがよい。弁７０８は好ましくは、物質がチャネル７０２に沿って流れることができるようにする常開状態を有する。
【０１１６】
濃縮領域７５６は、粒子含有サンプル中の粒子を粒子含有サンプル中の流体から空間的に分離する保持部材７９４を有する。保持部材７９４は、流体、例えば気体及び（又は）液体がこの保持部材を通過してリザーバ７９８内に進むことができるようにするが粒子を保持する。濃縮領域７５６は、本明細書において説明した濃縮領域５６及び又は他の濃縮領域の特徴を有するのがよい。保持部材７９４は、本明細書において説明した保持部材９４又は他の保持部材の特徴を有するのがよい。
【０１１７】
チャンバ７９９は、第１の部分７９１及び第２の部分７９３を備え、これら部分７９１，７９３は、気体が部分７９１，７９３の間を通過できるが、液体がチャンバ７９９のこれらの部分相互間を通るのを阻止するよう構成された液体バリヤ、例えば内部壁７８９によって分離されている。チャネル７１１が、第１の部分７９１から下流側に延びている。チャネル７２３が、第２の部分７９３の出口７１９から下流側に延びて交差部７１３のところでチャネル７１１につながっている。
【０１１８】
チャネル７２３は、チャンバ７９９の第２の部分７９３とチャネル７２３の下流側部分との間の流通を選択的に妨げ又は可能にするゲート７２５を有している。ゲート７２５は、本明細書において説明したゲート２１６又は他のゲート（又は弁）の特徴を有するのがよい。ゲート７２５は、流通を妨げる常閉状態を有する。ベント７５５が、チャネル７２３と気体連通状態にある。常開状態を有する弁７５７は、チャネル７２３とベント７５５との間の気体の流通を選択的に可能にし又は妨げるよう構成されている。
【０１１９】
チャネル７１１は、濃縮領域７５６とマイクロ流体回路ネットワーク７０１の下流側の場所との間の流通を選択的に妨げ又は可能にするゲート７１６及びゲート７５９を有している。ゲート７１６，７５９は、本明細書において説明したゲート２１６又は他のゲート（又は弁）の特徴を有するのがよい。ゲート７１６，７５９は代表的には、濃縮領域７５６と回路ネットワーク７０１の下流側の場所との間の物質の流通を妨げる常閉状態を有するよう構成されている。
【０１２０】
回路ネットワーク７０１の下流側の場所は、代表的には、融解モジュール１５８、ＤＮＡクリーンアップモジュール１６０、検出モジュール１６２及び試薬モジュール１５２を有している。
【０１２１】
素子７００は、次のように動作できる。例えば入口ポート７５４の継手７５５と結合したサンプル導入器具、例えば注射器を用いて粒子含有サンプルを導入する。弁７０８が開放状態にあり、ゲート７１６，７２５が閉鎖状態にある状態で、サンプル物質は、チャネル７０２に沿って濃縮領域７５６に入る。サンプル導入器具により生じた圧力により、サンプル中の流体が保持部材７９４を通ってリザーバ７９８のチャンバ７９９の第１の部分７９１内に送り込まれる。チャンバ７９９の第１の部分７９１内への流体の導入により、チャンバ７９９内の圧力が増大する。保持部材７９４は、サンプル中の粒子を濃縮領域７５６内に保持する。
【０１２２】
十分な量のサンプル物質をいったん導入すると、濃縮領域を密封してチャンバ７９９内に生じた圧力が抜かれ又は物質を濃縮領域７５６から送り出すのを阻止する。例えば、弁７０８を閉鎖状態に作動させてチャネル７０２に沿う入口ポート７５４と濃縮領域７５６との間における物質の流通を阻止するのがよい。弁７０８及びゲート７１６，７２５が閉鎖状態にあると、素子７００は、チャンバ７９９内の圧力を維持する。
【０１２３】
濃縮サンプルを調製するため、ゲート７１６を作動させてこれを開放状態にし、それにより物質がチャンバ７９９から出る通路を提供する。チャンバ内の比較的高い圧力により、この中の流体は保持部材７９４を通って濃縮領域７５６内に送り込まれる。かくして、流体は好ましくは、保持部材７９４を通ってチャンバ７９９に流入した流体とは逆の方向に保持部材７９４を通過する。
【０１２４】
代表的には、チャンバ７９９に流入した流体のほんの一部が、保持部材７９４を通って戻る。保持部材７９４を通って濃縮領域７５６に流入する流体、例えば液体の量は、典型的には、サンプルと共に導入された流体、例えば液体の量の５０％未満、１０％未満、２．５％未満又は１％未満である。例えば、保持部材７９４を通って濃縮領域７５６内に流入する流体、例えば液体の量は、５０マイクロリットル未満、２５マイクロリットル未満、１５マイクロリットル未満、１０マイクロリットル未満又は５マイクロリットル未満である。かくして、素子７００は、粒子含有サンプル中の粒子及び素子７００に元々導入された流体の一部を含む濃縮粒子含有サンプルを調製する。
【０１２５】
代表的には、チャンバ７９９内の圧力は又、濃縮粒子含有サンプルを回路ネットワーク７０１の下流側部分に向かって送る。幾つかの実施形態では、下流側に送られる濃縮粒子含有サンプルの量は、回路ネットワーク７０１の下流側の部分の容積によって決定される。例えば、ゲート７２５，７５９を閉鎖状態にして、ゲート７１６を作動させると、チャンバ７９９内の圧力は、濃縮粒子サンプルの少なくとも一部をチャネル７１１に沿って交差部７１３を越えてチャネル７２３内に送り込む。濃縮サンプルは、濃縮サンプルの下流側末端がベント７５５に達してサンプルのそれ以上の運動を阻止するまでチャネル７２３に沿って送られる。濃縮サンプルの量は、ベント７５５とゲート７５９との中間のチャネル７２３の容積によって実質的に決定される。
【０１２６】
サンプルはいったんチャネル７２３を満たすと、ゲート７１６を再び閉じるのがよく、又はチャネル７１１に沿って設けられた弁（図示せず）を作動させてチャネル７２３と濃縮領域７５６との間における物質の流通を妨げるのがよい。次に、ゲート７２５，７５９を作動させる。ゲート７２５を開くと、チャネル７１１，７２３の交差部７１３は、出口７１９を介してチャンバ７９９の第２の部分７９３と連通する。ゲート７２５が開いた状態では、チャンバ７９９内の圧力は、物質を交差部７１３の下流側へ更に送る。例えば、この圧力は、物質を融解モジュール１５８に向かって送ることができる。
【０１２７】
素子７００のチャンバ７９９は、チャンバ７９９内の圧力を用いてサンプル、試薬又は他の物質を操作すると共に（或いは）回路ネットワーク７０１内のどこか他の場所に移動させることができるよう構成された１つ以上の追加の出口ポートを有するのがよい。例えば、出口７１７が、チャネル７３３に通じ、このチャネルそれ自体は、融解領域１５８の上流側でチャネル７０９と交差している。ゲート７３５が、出口７１７とチャネル７３３との間の物質の流通を選択的に妨げ又は可能にする。ゲート７３７が、チャネル７０９とチャネル７３３との間の物質の流通を選択的に妨げ又は可能にする。融解したサンプルの調製時、ゲート７３５，７３７を開放し、すると、チャンバ７９９からの圧力が融解サンプルを融解チャンバ１５８の下流側へ移動させる。
【０１２８】
図８を参照すると、マイクロ流体素子３００は、サンプル濃縮領域３０２、サンプル物質を素子３００に導入するポート３０４、処理済みサンプル物質を送り出すポート３０６、濃縮領域３０２とポート３０４を連結するチャネル３０８を、及び濃縮領域３０２とポート３０４との間におけるチャネル３０８に沿う物質の流通を妨げる弁３１０を有している。
【０１２９】
使用にあたり、所与の量のサンプル物質をポート３０４を介して導入し、このポートは、標準型注射器と結合するよう構成されたものであるのがよい。サンプルの導入量は、分析の仕方で決まり、例えば、少なくとも約０．２５ｍｌ、少なくとも約０．５ｍｌ、少なくとも約１ｍｌであり、例えば約５ｍｌ以下、約２．５ｍｌ以下又は約１．５ｍｌ以下であるのがよい。
【０１３０】
サンプル物質は、チャネル３０８に沿って濃縮領域３０２に進む。流体は、濃縮領域（中央が代表的には自由であり、縁部３０９がチップに固定された円形フィルタを含む）、そしてフィルタを通過し、後には関心のある細胞又は他の粒子がフィルタの内面のところに残される。液体の薄いメニスカスがフィルタの頂部上に残存して乾燥を防ぐと共に逆流の元になるリザーバを提供すると仮定して、廃棄流体が素子の頂部上に溜まっている場合があり、これを破棄するのがよい。細胞をフィルタによりいったん捕捉すると、ユーザは、弁３１０を作動させ、かくしてポート３０４と濃縮領域３０２との間における物質の流通を阻止する。次に、テープを取り除き、外部器具、例えばピペット又は注射器を用いてサンプル中の液体の何割かをフィルタを介して逆流させて細胞が再び同伴されるようにする。代表的には、粒子と共に導入された流体の２５％未満、１０％未満、５％未満、２．５％未満又は１％未満が、粒子を再び同伴する。
【０１３１】
熱作動式融解モジュールを有するマイクロ流体素子
図９Ａを参照すると、マイクロ流体素子１０００は、ベント１００４及び弁１００５を有するチャネル１００３に通じる入口ポート１００２を備えたマイクロ流体回路ネットワーク１００１を有し、この弁１００５は、常開位置を有するが、チャネル１００３と弁１００５の下流側の融解領域１００６との間における物質の流通を妨げるよう閉鎖できる。融解領域１００６の下流側部分１０２０は、廃棄物チャネル１００８に結合され、この廃棄物チャネルは、廃棄物ポート１００９に通じている。弁１０１１が、チャネル１００８に沿う廃棄物ポート１００９への物質の移動を選択的に可能にし又は妨げる。ゲート１０２２が、融解領域１００６から下流側への物質の移動を選択的に妨げ又は可能にする。
【０１３２】
熱空気圧式アクチュエータ１０１４が、物質、例えば融解したサンプルを融解領域１００６からチャネル１０１８内へ下流側に移動させるのに十分な気体圧力を発生させる。アクチュエータ１０１４は代表的には、上流側圧力増大を生じさせることにより動作するが、素子１０００は、下流側減圧状態、例えば部分真空を生じさせて物質を融解領域１００６から下流側へ移動させるアクチュエータを備えるのがよい。ゲート１０７１は、アクチュエータ１０１４と融解チャンバ１００６との間の物質の流通を選択的に妨げ又は可能にする。
【０１３３】
回路ネットワーク１００１は、ベント１０３４及び弁１０３５を有するチャネル１０３３に通じる入口ポート１０３２を備え、この弁１０３５は、常開位置を有するが、チャネル１０３３と弁１０３５の下流側の試薬計量領域１０２４との間における物質の流通を妨げるよう閉鎖可能である。試薬計量領域１０２４の下流側部分１０２８は、廃棄物チャネル１０３８に結合され、この廃棄物チャネルは、廃棄物ポート１０３９に通じている。弁１０３１が、チャネル１０３８に沿う廃棄物ポート１０３９への物質の移動を選択的に可能にし又は妨げる。ゲート１０４２が、試薬計量領域１０２４から下流側への物質の移動を選択的に妨げ又は可能にする。
【０１３４】
熱空気圧式アクチュエータ１０２２が、物質、例えば或る量の試薬を試薬計量領域１０２４からチャネル１０１８内へ下流側に移動させるのに十分な気体圧力を発生させる。アクチュエータ１０２２は代表的には、上流側圧力増大を生じさせることにより動作するが、素子１００１は、下流側減圧状態、例えば部分真空を生じさせて物質を試薬計量領域１０２４から下流側へ移動させるアクチュエータを備えるのがよい。ゲート１０７３は、アクチュエータ１０２２と試薬計量領域１０２４との間の物質の流通を選択的に妨げ又は可能にする。
【０１３５】
ゲート１０２２，１０４２が、開放状態にあると、融解領域１００６の下流側部分１０２０及び試薬計量チャンバ１０２４の下流側部分１０２８は、交差部１０１９に通じ、この交差部は、チャネル１０１８の上流側末端である。チャネル１０１８は、反応チャンバ１０４８に通じ、この反応チャンバは、弁１０５０により定められる上流側末端及び弁１０５２により定められる下流側末端を有する。弁１０５０，１０５２を閉鎖すると、物質が反応チャンバ１０４８から出るのを阻止することができる。ベント１０５４は、チャネル１０１８からチャンバ１０４８に入る物質の脱ガス、脱泡を可能にする。ベント１０５５は、圧力の増大を阻止し、それにより物質がチャンバ１０４８に入らないようにする。
【０１３６】
回路ネットワーク１００１のゲート及び弁は、代表的には、熱作動式であり、これらゲート及び弁は、本明細書において説明した他の弁及びゲートの特徴を有するのがよい。例えば、弁１０１１は、塊状ＴＲＳ１０５９及び圧力チャンバ１０５７を有する。ＴＲＳ１０５９の温度を増大させると共にチャンバ１０５７内の圧力を増大させることにより、ＴＲＳ１０５９はチャネル内に送り込まれ、それによりチャネルを閉鎖する。ゲート１０２２は、融解領域１００６から交差部１０１９への物質の移動を妨げる塊状のＴＲＳ１０６１を有する。ＴＲＳ１０６１の温度を上げることにより、上流側の圧力（又は、下流側の部分真空）が物質を融解領域から交差部１０１９及びチャネル１０１８に移動させることができる。
【０１３７】
回路ネットワーク１００１のベントは代表的には、本明細書において他の素子のベントについて説明したように多孔質疎水性メンブレンを有する。これらベントにより、気体は回路ネットワーク１００１を逃げ出るが、液体は逃げ出るのが妨げられ又は阻止される。
【０１３８】
素子１０００は、代表的には、細胞含有サンプルを受け取り、細胞を分解して細胞内物質を放出させ、細胞内物質を試薬、例えばＰＣＲ増幅及び検出に適した試薬と結合させ、結合した試薬と細胞内物質を反応チャンバ１０４８に送り出し、細胞内物質内に存在しているＤＮＡを増幅し、検出したＤＮＡに基づいて或る特定の種類の細胞、例えばＢ群連鎖球菌の存否を判定するよう構成されている。
【０１３９】
図９Ｂ及び図９Ｃを参照すると、素子１０００の例示の動作において、或る量の粒子含有サンプルを入口１００２を経て回路ネットワーク１００１内へ導入する。サンプル物質は、チャネル１００３に沿って融解チャンバ１００６に向かって移動する。場合によっては、サンプルと共に気体、例えば気泡が、ベント１００４のところでマイクロ流体回路ネットワークから抜き出される。サンプル物質は、融解チャンバ１００６に入ってこれを満たす。ゲート１０２２を閉鎖し、それにより交差部１０１９に向かうサンプルの下流側への移動を阻止する。過剰なサンプル物質が、廃棄物チャネル１００８に沿って廃棄物ポート１００９に移動し、この廃棄物ポートは、廃棄物チャンバへの通路となることができる。
【０１４０】
たとえ過剰サンプルを導入した場合でも、マイクロ流体回路ネットワーク内に残存している量及び残存量により占められる位置は好ましくは、それぞれのチャネルの容積及びベントの位置（図９Ｂ）によって決定される。例えば、サンプルの導入時、ベント１００４は、サンプル物質の上流側部分が融解チャンバ１００６の上流側開口部１０１２の下流側に位置するのを阻止する。かくして、融解チャンバ１００６は、サンプル物質で完全に満たされる（図９Ｂ）。
【０１４１】
試薬物質をポート１０３２を経て回路ネットワーク１００１に導入するのがよい。廃棄物チャネル１０３８及び廃棄物ポート１０３９は、試薬計量領域１０２４と協働して或る量の試薬物質を送り出すと共に、廃棄物チャネル１００８及び廃棄物ポート１００９が融解チャンバ１００６と協働して或る量のサンプルを送り出してサンプルを位置決めするのと同様な仕方で、試薬物質を位置決めする。また、本明細書のどこか他の場所で説明するように、製造中、試薬物質を素子上に貯蔵してもよい。
【０１４２】
サンプルを導入し、サンプルが融解チャンバ１００６内に存在している状態で、弁１０１１，１００５を閉鎖する。弁１０１１，１００５を閉鎖することにより、融解チャンバ１００６内のサンプルは、素子１０００を包囲する大気から隔離される。隔離は、融解チャンバ１００６内に存在するサンプル物質を、細胞を含む液体をそれほど蒸発させないで、サンプル物質内の細胞を融解させるのに十分な量だけ加熱することができる。例えば、一実施形態では、融解チャンバ１００６内の物質を融解チャンバ内の液体をそれほど減少させないで、１分間、２分間、３分間又はそれどころか５分間という長い時間をかけて９３℃、９５℃又は９７℃という高い温度まで加熱するのがよい。幾つかの実施形態では、融解チャンバ内に存在する液体の２０％未満、１０％未満、５％未満又は２．５％未満が失われる。幾つかの実施形態では、融解チャンバ１００６は、本明細書において説明した他の融解モジュールの融解チャンバと同様に、容積が、５マイクロリットル以下、１マイクロリットル以下、５００ｎｌ未満、２００ｎｌ未満、１００ｎｌ未満、５０ｎｌ未満、例えば１０ｎｌ未満である。
【０１４３】
上述したように、弁１０１１，１００５は代表的には、物質の移動を妨げ又は可能にするよう動作する塊状のＴＲＳ、又はろう、例えばパラフィンを有する。閉鎖状態では、気体及び加熱状態の液体が融解チャンバ１００６（又は弁１０５０，１０５２にとっては、反応チャンバ１０４８）から出るのを阻止するのは、ＴＲＳである。幾つかの実施形態では、妨害作用を発揮するＴＲＳの塊の容積は、２５０ｎｌ以下、１２５ｎｌ以下、７５ｎｌ以下、５０ｎｌ以下、２５ｎｌ以下、１０ｎｌ以下、２．５ｎｌ以下、１ｎｌ以下、例えば７５０ピコリットル以下であるのがよい。ＴＲＳのうち何割か又は全ては、上述したように下流側に進むことができる。
【０１４４】
融解チャンバ１００６内のサンプルは、標的細胞を壊して開き、それにより遺伝子物質、例えばＤＮＡを含む細胞内内容物を放出させるために特定の温度で特定の時間をかけて局所的に加熱される。融解チャンバ１００６の加熱は、代表的には、素子１０００の他のコンポーネントの摂動を阻止するよう局所化される。例えば、ゲート１０７１，１０７２が熱作動式ゲートである場合、融解チャンバ１００６内の細胞を融解させるために用いられる熱は一般に、これらゲート（又は、素子の他のゲート）の時期尚早な開放を引き起こさない。
【０１４５】
図９Ｃを参照すると、チャンバ１００６内のサンプル中の細胞の融解時、ゲート１０７１，１０７３，１０２２，１０４２を開放する。ゲート１０７１の開放状態は、アクチュエータ１０１４と上流側開口部１０１２に隣接した融解チャンバ１００６の上流側部分を連通させる。ゲート１０２２の開放状態は、融解チャンバ１００６内に存在するサンプルとマイクロ流体回路ネットワークの下流側部分を連通させる。ゲート１０７３の開放状態は、アクチュエータ１０２２と試薬計量領域１０２４の上流側部分を連通させる。ゲート１０４２の開放状態は、試薬計量領域１０２４内に存在する試薬とマイクロ流体回路ネットワークの下流側部分を連通させる。
【０１４６】
圧力源１０１４を作動させ、それにより融解チャンバ１００６内に存在するサンプルの上流側部分と下流側部分に圧力差を生じさせる。代表的には、上流側圧力が、下流側圧力に対して増大し、それにより或る量のサンプルが下流側へ、例えば下流側チャネル１０１８（図１６Ｅ）に移動する。圧力源１０２２を作動させ、それにより領域１０２４内の試薬の上流側部分と下流側部分に圧力差を生じさせる。代表的には、上流側圧力が、下流側圧力に対して増大し、それにより或る量のサンプルが下流側へ、例えば下流側チャネル１０１８に移動し、この下流側チャネルで試薬とサンプルの融解内容物との混合が行われる。
【０１４７】
融解チャンバ１００６から下流側に移動したサンプルの量は、代表的には既知である。図示の実施形態では、例えば、この量は、融解チャンバ１００６の上流側部分１０１２と下流側部分１０２０との間の融解チャンバ１００６の容積によって決定される。弁１０５７，１００５は、融解チャンバ１００６内に存在する物質が、圧力源１０１４の作動時に流入する場合のある別の通路を閉鎖することにより既知の量のサンプルに備えて互いに協働するのがよい。
【０１４８】
図９Ａに戻ってこれを参照すると、素子１０００は、既知の量の試薬をサンプル物質、好ましくは放出された細胞成分を含むサンプル１０１６と結合させる。サンプルと結合される試薬の量は、アクチュエータ１０２２の出口１０７５とゲート１０４２との間の回路ネットワーク１００１の容積によって決定される。サンプル及び試薬物質は、チャネル１０１８に沿って反応チャンバ１０４８内へ移動する。試薬及びサンプル物質がチャンバ１０４８内にいったん入ると、弁１０５０，１０２を閉鎖する。チャンバ１０４８内のサンプルと試薬の混合物に代表的には、１回以上の加熱及び冷却段階を施して例えばサンプルと試薬の混合物中に存在するポリヌクレオチドを増幅する。
【０１４９】
素子１０００と一体の発熱体及び（又は）素子１０００とは別体の発熱体により熱エネルギーをサンプルと試薬の混合物に与えるのがよい。例えば、外部発熱体は、素子１０００を受け入れるようになった作動ステーションと関連しているのがよい。素子１０００が作動ステーションにより受け入れられると、特定の領域、例えば、アクチュエータ、弁、ゲート、融解チャンバ１００６及び反応チャンバ１０４８を加熱するよう発熱体を位置決めする。
【０１５０】
弁１０５０，１０５２は、閉鎖状態では、サンプルと試薬の混合物を周囲大気から隔離することにより反応中におけるサンプルと試薬の混合物の蒸発を制限し又は阻止する。幾つかの実施形態では、サンプルと試薬の混合物の約１０重量％以下、例えば約５重量％以下又は約２．５重量％以下が失われる状態で、約９０℃〜９９．７５℃、例えば約９２℃〜約９８℃、例えば約９７℃まで、少なくとも約２分間かけて、例えば、約３分間、約１０分間かけて加熱するのがよい。
【０１５１】
素子１０００は、代表的には多層構造のものである。一実施形態では、素子１０００は、回路ネットワーク１００１の例えばチャネル、チャンバ、弁及びゲートのような特徴を備えた第１の射出成形層を有する。第２の層、代表的には可撓性積層板又はラミネートが、回路ネットワークを密封するよう第１の層の上に位置する。一般に、可撓性ラミネートの厚さは、５００ミクロン未満、例えば２５０ミクロン未満である。ラミネートは又、ラミネートの外面に隣接した熱源とマイクロ流体回路ネットワーク１００１内に存在する物質との間における熱エネルギーの効率的な伝達を可能にする。
【０１５２】
幾つかの実施形態では、熱源、例えば抵抗加熱器が、素子１０００の外部に設けられるが、第２の層の外面と熱的連絡関係にある。別の実施形態では、熱源は、素子１０００と一体に形成され、例えば、第１の射出成形層内に形成される。熱源の例示の配置場所及び動作については本明細書の以下のどこか別の場所に記載されている。
【０１５３】
素子１０００は、第３の層を更に有するのがよく、この第３の層は好ましくは、第２の層に衝合した第１の層の表面に隣接して配置される。第３の層は、マイクロ流体回路ネットワーク１００１のコンポーネントのあったとしてもほんの一部を含む第１の層の表面に接触するのがよい。しかしながら、幾つかの実施形態では、接近ポート及びベントは、マイクロ流体回路ネットワーク１００１と第１の層の反対側の表面との間の通路となる。例えば、接近ポート１００２，１０３２は、サンプル物質を第３の層を通ってマイクロ流体回路ネットワーク中へ導入できるよう構成されたものであるのがよい。これらポートは、サンプル注入器具、例えば注射器と結合するよう形作られているのがよい。
【０１５４】
廃棄物ポート１００９，１０３９は、第１及び第３の層を貫通し、マイクロ流体回路ネットワークに導入された過剰のサンプル及び試薬を受け入れて漏出しないよう収容するリザーバまで延びるのがよい。
【０１５５】
素子１０００のベント１００４，１０３４及び他のベントは、第１及び第３の層を貫通するのがよい。代表的には、これらベントは、気体の通過を可能にするが細胞又は水性液の通過を阻止する疎水性フィルタを有する。
【０１５６】
回路ネットワーク１００１は、本明細書のどこか別の場所において説明しているように、所定量の物質を定めると共にかかる物質をマイクロ流体回路ネットワークのコンポーネントに対して位置決めするのを助けるためにマイクロ流体回路ネットワークの一部内に疎水性パッチ、例えば被膜を更に有するのがよい。
【０１５７】
流体制御のための弁及びゲート
本明細書中のどこか他の場所で説明したように、マイクロ流体素子は、マイクロ流体回路内における物質の移動を選択的に妨げ又は可能にするゲート及び弁を有している。例えば、ゲート及び（又は）弁は、例えば細胞の融解又はＤＮＡの増幅のために加熱処理を受けたサンプルからの液体の蒸発を阻止することができる。本明細書において説明したように、ゲートは、閉鎖状態ではチャネルに沿う物質の移動を妨げる塊状のＴＲＳを有する。ゲートの開放時、ＴＲＳの少なくとも一部が代表的には、素子の下流側チャネルに入る。弁は代表的には、塊状のＴＲＳを開放チャネル内に導入してチャネルを塞ぐことにより動作する。流体制御要素、例えばゲート又は弁として使用できる例示の装置について以下に説明する。
【０１５８】
図１０〜図１２を参照すると、装置５００は、マイクロ流体素子のチャネル５０２の上流側部分５０４と下流側部分５０６との間における流通を選択的に妨げ又は可能にする。分かりやすくするために、マイクロ流体素子の他のコンポーネントは、図１０〜図１２には示されていない。
【０１５９】
装置５００は、常閉装置、例えばゲートとして動作させることができ、この装置は、作動時に開いて上流側部分５０４と下流側部分５０６との間の流通を可能にする。装置５００は又、常開装置、例えば弁として動作させることもでき、この装置は、作動時に閉じて上流側部分５０４と下流側部分５０６との間の流通を妨げる。かくして、装置５００は、本明細書において説明したようなゲートと弁の両方の特徴を兼ね備えており、この装置を本明細書において開示したどの装置のどのゲート又は弁にも代えて用いることができる。
【０１６０】
装置５００は代表的には、第１の層５２０、第２の層５２２及び第３の層５２４を有する基板５１９内に作製されたマイクロ流体回路ネットワークのコンポーネントとして具体化される。マイクロ流体回路ネットワークは実質的に、第１の層５２０と第２の層５２２との間に構成される。使用にあたり、装置５００は、熱源と熱接触状態におかれ、この熱源は代表的には、基板５３１上又は基板５３１内に設けられる。基板５３１は、基板５１９と一体であってもよく、一体でなくてもよい。
【０１６１】
装置５００は、チャネル５０２とそのゲート領域５０７（ボックス５１１内に示されている）と交差する側チャネル５０８及び少なくとも側チャネル５０８内に存在する塊状のＴＲＳ５１０を有する。ＴＲＳ５１０がゲート領域５０７中へ延びると、チャネル５０２は、塞がれる。ＴＲＳがゲート領域５０７を満たしていないとき、チャネル５０２の上流側部分５０４と下流側部分５０６との間の流通が可能になる。閉鎖状態では、チャネル５０２に沿うＴＲＳ５１０の長さは、チャネル５０２の幅の少なくとも約１．５倍以上、例えば少なくとも約２倍以上である。
【０１６２】
チャネル５０２は好ましくは、幅が約２５〜約４００ミクロン、深さが約１０〜約３００ミクロンである。チャネル５０２の深さは、代表的にはゲート領域５０７の深さの約２〜３倍であり、このゲート領域の深さは、例えば約５〜約２００ミクロンであるのがよい。側チャネル５０８は、長さが約０．７５〜約４ミリメートルであるのがよく、幅は約５０〜約４００ミクロンであるのがよい。
【０１６３】
側チャネル５０８は、穴５１６に連結された端部５１８を有し、この穴は、チャンバ５１４に連結されている。穴５１６は、直径が少なくとも約１００ミクロン、少なくとも約１５０ミクロン、例えば少なくとも約４００ミクロンであり、この穴は、その外周部のところでチャンバ５１４に結合し、このチャンバの直径は、少なくとも約７５０ミクロン、少なくとも約１，０００ミクロン、例えば少なくとも約１，４００ミクロンであり、深さが少なくとも約１５０ミクロン、少なくとも約２５０ミクロン、例えば少なくとも約３５０ミクロンである。チャンバ５１４及び穴５１６は、非円形の形状のものであるのがよい。穴５１６のところの側チャネル５０８の端部は、丸くなっていてそのアールは、約１０ミクロン〜約２００ミクロン、例えば約１５０ミクロンである。
【０１６４】
チャンバ５１４及びチャネル５０２，５０８は代表的には、層５２２の互いに反対側の面上に設けられ、それによりチャネルの密度を高くすることができる。例えば、側チャネル５０８及びチャネル５０２は代表的には、層５２２，５２０相互間に形成され、チャンバ５１４は代表的には、層５２２，５２４相互間に形成されている。層５２４の表面は、チャンバ５１４の壁を構成することができ、このチャンバの壁は、層５２０により構成されたチャンバ５１４の表面よりも大きい。層５２０の表面は、チャネル５０２及び側チャネル５０８の少なくとも一方の壁を定めることができる。代表的には、層５２４の表面は、チャネル５０８の壁を構成しない。
【０１６５】
さらに図１２を参照すると、装置５００は、第１の熱源５３０及び第２の熱源５３２を有している。第１の熱源５３０は、チャンバ５１４、穴５１６及び側チャネル５０８の少なくとも一部内に存在する物質の温度を上昇させる。例えば、熱源５３０は、チャンバ５１４内の圧力を少なくとも約１０％、少なくとも約２０％、少なくとも約３５％、例えば少なくとも約５０％増大させるのに十分な量だけチャンバ５１４内に存在する物質を加熱することができる。熱源５３０は又、穴５１６及び側チャネル５０８の少なくとも一部内に存在するＴＲＳの温度を、ＴＲＳがより動きやすくなる第２の温度に上昇させる。第２の熱源５３２は、ゲート領域５０７内に存在するＴＲＳの温度をこの第２の温度まで上昇させるよう構成されている。チャンバ５１４内の圧力の増大により、ＴＲＳの塊５１０全体がチャネル５０２に向かって移動することができる。
【０１６６】
しかしながら、幾つかの実施形態では、装置５００は、チャンバ５１４内の圧力を増大させると共にＴＲＳ５１０の温度を上昇させる単一の熱源を含む。単一の熱源を用いることにより、装置５００を作動させるのに必要な電気接続部の数が減少する。
【０１６７】
代表的には、チャネル５０２，５０８、穴５１６及びチャンバ５１４は、射出成形層５２２によって形成される。層５２０，５２２は代表的には、貼合せ又は積層により層５２２に結合されている。層５２４は代表的には、チャンバ５１４の開放部分全体を覆い、この層５２４は好ましくは、チャンバ５１４の加圧中、曲げに耐えるのに十分に剛性である（又は、追加の支持要素を備えている）。
【０１６８】
代表的な作製方法では、層５２２にチャネル５０２、側チャネル５０８、穴５１６及びチャンバ５１４を有するマイクロ流体回路ネットワークを形成する。層５２０，５２２を互いに結合する。熱を加えて穴５１６を通してＴＲＳを装入する。毛管作用により、ＴＲＳがゲート領域５０７内に引き込まれ、それによりチャネル５０２を塞ぐ。層５２４は層５２２に結合する。
【０１６９】
加熱器５３２を作動させ、チャネル５０２内の圧力を加えてゲート領域内に存在しているＴＲＳを移動させることにより装置５００を開放するのがよい。加熱器５３０を作動させてチャンバ５１４を加熱し、穴５１６及び側チャネル５１０内に存在しているＴＲＳ５１０を第２の動きやすい温度まで加熱することにより装置５００を再び閉鎖するのがよい。チャンバ５１４内の圧力により、ＴＲＳ５１０は、ゲート領域５０７内に移動する。加熱器５３２を作動させても装置５００を閉鎖することができる。
【０１７０】
機械的に発生させた真空によりサンプルを導入するよう構成されたマイクロ流体素子
サンプルをマイクロ流体素子に導入する代表的な方法は、ユーザと５つの別々の物体との相互作用を含む。例えば、移送緩衝液の管、注射器、針又は非穿刺針代替物、サンプル含浸スワブ又は綿棒及びマイクロ流体素子を用いて、ユーザは、サンプルをスワブから溶離させてこれを移動緩衝液の管内に入れる。溶離後、サンプル含有緩衝液を針を通して注射器内に吸い込み、針をはずし、注射器の内容物を例えばマイクロ流体素子の入口ポートを通ってマイクロ流体素子上に注入する。
【０１７１】
図１３を参照すると、マイクロ流体素子４００は、サンプルを前処理して装入するために操作しなければならない物体の数を減少させる。素子４００は、マイクロ流体回路ネットワーク４０１、機械的真空発生器４０４及び緩衝液リザーバ４０６を有する。回路ネットワーク４０１を基板の層内に形成するのがよく、かかる回路ネットワークは、本明細書におけるどこか他の場所で説明したような種々のモジュール、チャンバ、チャネル及びコンポーネントを有する。
【０１７２】
緩衝液リザーバ４０６には代表的には、製造業者によりあらかじめ緩衝液が装入されているが、ユーザによりこれに緩衝液を装入してもよい。予備装入時、リザーバ４０６を密封して予備装入緩衝液の蒸発及び（又は）回路ネットワーク４０１内への緩衝液の漏れを阻止する。例えば、キャップ４１６が、緩衝液リザーバ４０６を密封する。使用にあたり、ユーザは、サンプルスワブの一部をリザーバ４０６内に入れる。例えば、ユーザは、リザーバ内のサンプルスワブの先端部を折ってもよい。キャップ４１６は、リザーバ４０６内に緩衝液及びスワブを密封するよう固定する。かくして、ユーザは、漏れを生じさせないで素子４００全体を振蕩することができる。
【０１７３】
マイクロ流体回路ネットワーク４０１は、上述したマイクロ流体回路ネットワーク５１，１１０，２０１，７０１の特徴の任意の組合せを有するのがよい。緩衝液リザーバ４０６は、チャネル４０３を介して回路ネットワーク４０１と連通し、このチャネルは、大径の望ましくない粒子を保持するよう構成されたフィルタ４０５及び気体がチャネル４０３から逃げ出ることができるよう構成されたベント４０７を有するのがよい。
【０１７４】
真空発生器４０４は、プランジャ４１０の第１のガスケット４１２と第２のガスケット４１３との間に形成されたチャンバ４０８を有する。チャンバ４０８は、チャネル４１４を介して回路ネットワーク４０１と連通状態にある。プランジャ４１０及びガスケット４１２は、基板４０９内で摺動してガスケット４１２の表面４１７とガスケット４１３との間のチャンバ４０８のサイズを拡張する。プランジャ４１０及びガスケット４１２は、回路ネットワーク４０１及び基板４０９の平面に実質的に平行なプランジャ軸線に沿って摺動する。かくして、真空発生器４０４は、チャンバ４０８内に減圧状態を生じさせ、それによりチャンバ４０８内の物質、例えばサンプル物質及び（又は）試薬物質を操作する。好ましい実施形態では、減圧は、素子４００へのサンプル物質の導入を助ける。別の実施形態では、減圧は、濃縮サンプルの調製を助ける。
【０１７５】
プランジャ４１０を押し下げると（基板４０９内へ更に移動させると）、チャンバ４０８のサイズが増大する。好ましくは、チャネル４１４は、気体がチャンバ４０８に入るための唯一の通路となる。かくして、プランジャ４１０の押し下げにより、チャンバ４０４と回路ネットワーク４０１との間に圧力差が生じ、この圧力差により、物質が回路ネットワーク４０１内で下流側に押されてチャンバ４０４に向かう。プランジャ４１０を作動させて、少なくとも部分真空を生じさせることにより、代表的には、素子４００の寸法ｄ1が減少する。チャンバ４０８及びガスケット４１２，４１３は代表的には、チャンバ４０８内に吸い込まれる恐れのある物質の漏れを阻止する。
【０１７６】
素子４００を次のように動作させることができる。ユーザは、サンプル物質、例えば細胞又は他の粒子を含むスワブを得る。例えばスワブを緩衝液リザーバ４０６内で攪拌することにより、スワブを緩衝液リザーバ４０６内に存在する緩衝液に接触させる。次に、キャップ４１６を固定する。プランジャ４１０を押し下げ、それによりチャンバ４０４の容積を拡張すると共にこのチャンバ内の圧力を減少させる。素子４００を作動させるよう構成された器具内に素子４００を配置したとき、ユーザにより、或いは素子４００を作動させるよう構成された装置によりプランジャ４１０を作動させる。
【０１７７】
プランジャ４１０の作動の結果として生じる圧力の減少（部分真空）により、物質が緩衝液リザーバ４０６からマイクロ流体回路ネットワーク内へ更に吸い込まれる。例えば、サンプル／緩衝液から成る物質をベント４０７を越えてフィルタ４０５中へ引吸い込むのがよい。一実施形態では、回路ネットワーク４０１は、回路ネットワーク５１，２０１について説明したような濃縮領域を有し、プランジャ４１０の作動により、サンプルは、この濃縮領域に吸い込まれ又はこれから吸い出される。
【０１７８】
素子４００は、機械的真空発生器４０４の作動前又は作動時に破裂し又は違ったやり方で開かれる機械的シール（図示せず）を更に有するのがよい。代表的にはシールの破裂により、乾燥状態であれ、液体状態であれ、又はこれら両方であれ、いずれにせよ試薬が放出され、この試薬は、素子に導入されたサンプルと混ざり合うことができる。幾つかの実施形態では、素子４００は、機械的真空発生器の作動により得られる泡立ち点を有する疎水性メンブレン（図示せず）を有する。この場合、回路ネットワーク４０１の下流側コンポーネントを、このメンブレンを通る蒸発を阻止するよう周囲環境から密封するのがよい。
【０１７９】
マイクロ流体素子の作製
代表的なマイクロ流体素子は、少なくとも第１の基板及び第２の基板を有する。一般に、これら基板のうちの第１のものは、マイクロ流体回路ネットワークのチャネル、チャンバ、弁、ゲート及び他の構造を備えた第１の表面を有する射出成形ポリマーで構成されている。第１の基板は代表的には、素子を手で操作できるほど剛性がある。第２の基板は、第１の基板の第１の表面の上に位置し、マイクロ流体回路ネットワークを密封する可撓性積層板又はラミネートである。幾つかの実施形態では、第３の基板、例えば、第２の可撓性積層板又はラミネートが、第１の基板の反対側の第２の表面の上に位置する。ポート及びベントを構成する通路が第１及び第３の基板を貫通し、それにより、流体をマイクロ流体回路ネットワークに出し入れできると共に気体及び気泡を回路ネットワークから抜くことができるようになっている。
【０１８０】
マイクロ流体素子の例示の作製方法は、（ａ）第１の基板を用意する工程と、（ｂ）マイクロ流体回路ネットワークのコンポーネント、例えば、チャネル、チャンバ及び気体チャンバを第１の基板の表面に作製する工程と、（ｃ）第２の基板を第１の基板に結合する工程とを有し、それにより、好ましくは、マイクロ流体回路ネットワークを包囲する周囲環境と連通状態にあるのがよいベント、入口ポート、出口ポート及び望ましい他のコンポーネントを除き、マイクロ流体回路ネットワークを構成すると共にこれを密封する。
【０１８１】
工程を組み合わせることができる。例えば、射出成形工程は、基板を提供すると共にマイクロ流体回路ネットワークの種々のコンポーネントを作製することができる。
【０１８２】
基板を結合する好ましい方法は、貼合せ又は積層を含む。第１の基板を例えば表面活性剤及び水で洗浄し、次に乾燥させる。第２の基板に結合されるべき表面にコロナ放電処理を施して、第１の基板の表面エネルギーを増大させるのがよい。標準型コロナ放電銃を用いるのがよい。
【０１８３】
第２の基板を第１の基板の第１の表面に結合する。第２の基板は好ましくは、軟質ポリマー、例えば、ポリマーラミネート、例えば、アメリカン・ビルトライト・インコーポレイテッドから入手できる透明度の高いＬＤＰＥテープである。一般に、ラミネートの接着剤、例えば、感圧接着剤の層を第１の基板の第１の表面と第２の基板との間に配置する。互いに結合状態にある第１の基板と第２の基板を圧力及び熱を加えることにより、例えば、ラミネータ、例えば、シンク・アンド・シンカー・リミテッドから入手できるModuLam 130 ラミネータを用いて互いに固定する。代表的な貼合せ温度は、ModuLam 130 ラミネータについて最大速度の５／６の速度で約１１０℃である。
【０１８４】
図４及び図５に戻ると、一例として、素子２００は、ポリマー基板、例えば、環状オレフィンポリマー、例えば、Ticona Topas 5013 の層２５１を有する。回路ネットワーク２０１のチャネル及び他の特徴は、ポリマー基板の射出成形により作製される。チャネル及び他の特徴は、ポリマー層２５３、例えばABI Prismウェル−プレートテープを用いて被覆される。代表的には、ポリマー層２５３が、層２５１の下側に被着される。
【０１８５】
弁及びゲートのＴＲＳを装入する。保持部材９４及びベント２０６を位置決めする。継手２３２、リザーバ２３４及び保持部材支持体２３６を層２５５の一部として位置決めし、この層２５５を、例えば接着シール又はヒートステーキングを利用して層２５１の上面に固着するのがよい。リザーバ２３４の頂部を、ベント２０６について用いた疎水性メンブレンと類似した疎水性メンブレン（図示せず）を用いて密封する。本発明のマイクロ流体素子の層の例示の結合方法について以下に説明する。本発明のマイクロ流体素子は好ましくは、少なくとも実質的に平板状である。本発明のマイクロ流体回路ネットワークは、少なくとも１つの平面を定める複数個の特徴を有するのがよい。
【０１８６】
本発明のマイクロ流体素子は、主要部として、少なくとも第１の表面にマイクロ流体回路ネットワークの要素を備えた少なくとも第１の基板と、マイクロ流体回路ネットワークの少なくとも幾つかの部分を密封するよう第１の基板の第１の表面に結合された第２の基板とを有する。第１の基板は、その第２の面に、マイクロ流体回路ネットワークの要素を更に有するのがよい。第１の基板の第２の面がマイクロ流体回路ネットワークの要素を有する場合、第３の基板をこの第２の面に結合して回路ネットワークの少なくとも幾つかの部分を密封するのがよい。マイクロ流体回路ネットワークの要素としては、チャネル、アクチュエータ、圧力チャンバ、反応チャンバ、検出チャンバ、濃縮ゾーン、接近ポート、廃棄物リザーバ等が挙げられる。
【０１８７】
マイクロ流体回路ネットワークのコンポーネントを備えた基板を任意適当な材料、例えば珪素、石英、ガラス及びポリマー物質、例えば環状オレフィンで作ることができる。基板は、均質であってもよく、或いは、１種類以上の互いに結合したものであってもよく、例えば、基板、例えば石英カバーが結合された珪素基板であってもよい。基板及びカバーのうち少なくとも一方を微細加工してシステム特徴を設けてもよく、かかる特徴としては、弁、通路、チャネル及び加熱器が挙げられる。微細加工としては、例えば、フォトリソグラフィ、次に行われる化学的エッチング、レーザアブレーション、ダイレクトインプリンティング、ステレオリソグラフィ及び射出成形のような作製技術が挙げられる。好ましい作製技術としては、機械加工されたマスターを用いる基板の射出成形法が挙げられる。チャネル及び他の射出成形特徴部の表面にテーパを付けて成形を容易にするのがよい。
【０１８８】
基板を結合する好ましい方法としては、貼合せ又は積層が挙げられる。貼合せ法は、マイクロ流体回路ネットワークのコンポーネントを含む第１の基板を用意する工程を含むのがよい。第１の基板は好ましくは、射出成形により形成されたポリマー基板である。第１の基板を例えば表面活性剤及び水で洗浄する。第１の基板を乾燥させ、第２の基板と結合されるべき表面に例えばコロナ放電処理を行って第１の表面の表面エネルギーを増大させる。標準型コロナ放電銃を用いるのがよい。
【０１８９】
第２の基板を第１の基板の第１の表面に結合する。第２の基板は好ましくは、軟質ポリマー、例えば、ポリマーラミネート、例えば、アメリカン・ビルトライト・インコーポレイテッドから入手できる透明度の高いＬＤＰＥテープである。好ましくは、接着剤の層を第１の基板の第１の表面と第２の基板との間に設ける。例えば、第１の基板と結合されるべき第２の基板の表面は、感圧接着剤の層を有するのがよい。結合状態の第１の基板と第２の基板を圧力及び熱を加えることにより、例えば、ラミネータ、例えば、シンク・アンド・シンカー・リミテッドから入手できるModuLam 130 ラミネータを用いて互いに固定する。代表的な貼合せ温度は、ModuLam 130 ラミネータについて最大速度の５／６の速度で約１１０℃である。
【０１９０】
幾つかの実施形態では、マイクロ流体素子は、第１の基板の第１の表面と反対側の第１の基板の第２の表面と結合された第３の基板を有するのがよい。第３の基板は、三次元特徴部、例えば廃棄物リザーバ、接近ポート等を有するのがよい。第３の基板と第１の基板を接着剤、接着剤による貼り合わせ、ヒートステーキング等を用いて結合するのがよい。
【０１９１】
実施例
実施例１：ベンチトップ熱融解
濃度が約１００細胞／μｌの２マイクロリットルのＧＢＳ培養物を０分間、１分間、２分間、３分間、４分間、５分間かけて９７℃でLightCyclerの毛管内で融解させた。融解は、ＰＣＲ（最終容量：７μｌ）をＧＢＳ専用プライマ及びプローブを用いて同一の毛管内で実施した。１０〜１０，０００個のコピーを有する市販のキットから浄化されたゲノムＤＮＡを用いて定量化のために標準を調製した。増幅結果の示すところによれば、１分間という短い時間が、ＧＢＳ細胞を融解させるのに十分であった。
【０１９２】
実施例２：マイクロ流体素子に対する融解
ガラスカバーガラスにより覆われた５００ｎｌ融解チャンバを構成する主成分がエポキシの基板を有するマイクロ流体素子を調製した。実施例１のＧＢＳを約５００ｎｌ融解チャンバ内に装入した。入口ポートを接着剤ポリマーで密封した。マイクロ流体素子を２分間かけて融解させた。チップを加熱器上に配置し、２分間かけて９７℃で融解させた。サンプルをピペットで回収し、サンプルの量をＴＥ緩衝液（ｐＨ８．０）で１０μｌに増やした。約２μｌのこの希釈サンプルにＰＣＲを施した。実験を数回繰り返した。ＰＣＲ増幅結果の示すところによれば、２分間の時間が細胞を融解させるのに十分であった。
【０１９３】
各々が融解チャネルを備えた射出成形マイクロ流体素子を調製した。この素子は、融解チャネルの各端部に２つのテーパした穴を有しており、それにより、サンプルの容易な装入及び回収が可能であった。融解チャネルをラミネートで密封し、効率的な熱伝導及び素子の組立て時間を早めた。
【０１９４】
培養したＧＢＳ細胞をＴＥ緩衝液中に約５，０００細胞／μｌの濃度まで希釈し、素子の融解チャンバ内に装入した。融解チャンバの容積は、約１μｌであった。素子を０分間、０．５分間、１分間、２分間又は３分間かけて９７℃まで加熱した。ＰＣＲ増幅結果の示すところによれば、融解は、本質的に１分間以内で完了した。
【０１９５】
実施例３：臨床試験
約２ｍｌのＧＢＳスワブサンプルを培養のために大学病院の微生物学教室に送った。容量が約０．５ｍｌのＧＢＳのサンプルを調製し、２４時間に満たない時間の間、４℃で貯蔵した。コードを各サンプルに割り当てて個々のものが何であるかが分からないようにした。サンプルを約２分間かけて１４ｋＲＰＭで遠心分離機内で遠心分離させ、０．０２％ＳＤＳ（ドデシル硫酸ナトリウム）を含む０．５ｍｌＴＥ中で再懸濁させた。次に、サンプルを３μｍVersapor Acrodisc 注射器フィルタ（パル・ゲルマン・ラボラトリー（Pall Gelman Laboratory））に通し、再び遠心分離させた。遠心分離後、細胞をＴＥ緩衝液中の１μｌの０．０２％ＳＤＳ中に再懸濁させた。サンプル全体をマイクロ流体素子の融解チャンバ内に入れてラミネートで密封した。素子を３分間かけて９７℃まで加熱して細胞を融解させた。サンプルをピペットで回収し、サンプルの量を５μｌに増やした。１μｌアプリコットの希釈サンプルをLightCycler内のＧＢＳ専用Taqmanプローブを用いてＰＣＲについて用いた。臨床的感度は８３％、臨床的特異性は９１％、陽性反応的中度は６５％、負の予測化は９６％であった。
【０１９６】
上述したＧＢＳサンプルを約１ｍｌのTriton-X-1000緩衝液と混ぜ合わせ、ポリカーボネートフィルタ（ポレティックス（Poretics）社）で濾過した。サンプルを３分間かけて融解して細胞を融解した。臨床的感度は９１％であった。臨床的特異性は９１％であった。陽性反応的中度は６９％、負の予測化は９８％であった。
【０１９７】
上述の本発明を或る特定の実施形態に関して説明したが、本発明の範囲はこれらには限定されないことは念頭に置かれるべきである。かくして、当業者であれば、これら好ましい実施形態の変形例を想到でき、かかる変形例はそれにもかかわらず、本発明の精神に属し、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載に基づいて定められる。
【図面の簡単な説明】
【０１９８】
【図１】例示のマイクロ流体素子の略図である。
【図２】マイクロ流体素子の第１の実施形態の側面図である。
【図３】図２のマイクロ流体素子の平面図である。
【図４】マイクロ流体素子の第２の実施形態の平面図である。
【図５】図４のマイクロ流体素子の上から見た斜視図である。
【図６Ａ】マイクロ流体素子の第３の実施形態の平面図である。
【図６Ｂ】図６Ａのマイクロ流体素子の側面図である。
【図６Ｃ】図６Ａのマイクロ流体素子へのサンプル物質の導入法を示し図である。
【図６Ｄ】図６Ａのマイクロ流体素子へのサンプル物質の導入法を示しており、図６Ｃの場合よりも図６Ｄの方がより多量のサンプル物質を導入している状態を示す図である。
【図７】マイクロ流体素子の第４の実施形態の平面図である。
【図８】マイクロ流体素子の第５の実施形態の平面図である。
【図９Ａ】マイクロ流体素子の第６の実施形態の平面図である。
【図９Ｂ】図９Ａのマイクロ流体素子の一部の拡大図であり、或る量のサンプルが追加されている状態を示す図である。
【図９Ｃ】図９Ｂのマイクロ流体素子の一部の拡大図であり、或る量のサンプルが追加され、追加されたサンプルのマイクロ液滴が、下流側へ移動している状態を示す図である。
【図１０】微細加工されたチャネル内の物質の通過を交互に妨げ又は可能にする装置の平面図である。
【図１１】図１０の装置の側チャネルを見下ろした状態の断面図である。
【図１２】図１０の装置を示す図であり、熱源がこの装置を作動させるよう位置決めされている状態を示す図である。
【図１３】マイクロ流体素子の第７の実施形態の平面図であり、このマイクロ流体素子が一体形機械式真空発生器を有している状態を示す図である。
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
2007500510.tif 000009
【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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2007500510.tif 000022
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