(57)【要約】  本発明は、一般には、プログラム可能な方法で、中規模流体素子における流体の流れを制御するための装置および方法に向けられている。特に、本発明は、両方とも外部から定義される任意の位置および時間において、二つの微小流体素子を流体連通の状態に置くための装置および方法に向けられている。本発明の装置は、電磁気放射線を使用して、選択された吸収特性を有する材料層に穿孔を形成する。この材料層の穿孔は、微小流体素子の間の流体連通を可能にし、流体容積の定量化を可能にする。材料層の穿孔を使用することにより、計量および多重化のような機能が微小スケールで達成される。この機能は、定量容器の充填、定量容器の抽出、定量容器の通気、およびチャンネルルーティングのような基本的動作を介して達成される。従って、これらの動作は、微小流体プラットホームにおいて実施され且つ広範に特徴付けられ、小型化されたフォーマットでの複雑なアッセイの実現を可能にし、ここではタンパク質の希釈およびアッセイ読出しを、極めて小さい設置面積で行うことができる。【選択図】図１３
2008542743.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体の容積定量または分別のための装置において：
液体を含んでいる第一の流体素子および第二の流体素子と；
前記第一および第二の流体素子を、少なくとも一つの選択された位置において流体連通状態で配置するための流体連通手段とを具備してなり、
前記液体に力が加わるときに、前記第一または第二の流体素子の中に残る前記液体の第一の量、または前記第一または第二の流体素子へと移送される液体の第二の量が、前記選択された位置の選択によって決定される装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置であって、前記選択された位置は、任意且つ定義された位置を含んでなる装置。
【請求項３】
請求項１に記載の装置であって、前記流体連通手段が、２以上の位置において適用される装置。
【請求項４】
請求項１に記載の装置であって、前記液体は、前記回転の際に生じる遠心力を使用することによりその画分に分離され、それによって前記液体を、少なくとも一つの選択された位置の使用により構成画分に分離する方法。
【請求項５】
請求項１に記載の装置であって、前記流体連通のための手段が、材料層内の少なくとも一つの選択された位置での電磁気放射線による穿孔である装置。
【請求項６】
向心力装置の中で液体を半径方向外側の位置から半径方向内側の位置へと移動させる方法であって：
バッファー流体を第一の流体素子の中にロードする段階と；
液体を第二の流体素子の中にロードする段階と；
一端を前記バッファー液体によってシールされ、他端を前記液体サンプルによってシールされた流体回路を横切って、前記第一の流体素子と前記第二の流体素子との間での気密な流体連通を可能にする段階と；
前記向心力装置を回転させて、前記バッファー流体を前記第一の流体素子から出て行かせることを含んでなり、
前記第一の流体素子を出て行くバッファー流体の移動が、前記液体を半径方向外側位置から半径方向内側位置へと強制移動させる方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法であって、流体回路がトラップを含んでなる方法。
【請求項８】
請求項６に記載の方法であって、前記バッファー流体が前記液体よりも大きい密度を有する方法。
【請求項９】
流体を処理する方法であって：
複数の第一の流体素子を備えた第一の基板を準備する段階と；
前記第一の流体素子に対応する複数の第二の流体素子を備えた第二の基板を準備する段階と；
前記複数の第一の流体素子を前記複数の第二の流体素子から分離する材料層を準備する段階と；
前記複数の第一の流体素子および前記複数の第二の流体素子からの、少なくとも一対の対応する流体素子の間の少なくとも一つの選択された位置に対応する少なくとも一つの位置で、前記材料層上に電磁気放射線を向ける段階とを含んでなり、
前記電磁気放射線は、第一および第二の選択された位置での穿孔を生じ、それによって少なくとも一対の流体素子の間での流体連通を可能にし、該流体連通は望ましい容積の流体を形成する方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の流体を処理する方法であって、前記材料層が、前記穿孔を生じさせる電磁気放射線を吸収する吸光特性を有する化合物を含んでいる方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の流体を処理する方法であって、前記化合物が光学的色素である方法。
【請求項１２】
請求項９に記載の方法であって、前記電磁気放射線が、赤外、可視および紫外スペクトルからなる群から選択される方法。
【請求項１３】
請求項９に記載の方法であって、前記材料層は、約０．５μＭ〜約１００μＭの厚さを含む方法。
【請求項１４】
請求項９に記載の方法であって、前記材料層が、ポリマーホイルおよび金属ホイルからなる群から選択される方法。
【請求項１５】
請求項９に記載の方法であって、前記材料層は、ポリマー、共重合体、モノマー、金属、ワックス、多糖、および液晶ポリマーからなる群から選択された材料で形成されたホイルである方法。
【請求項１６】
請求項９に記載の方法であって、前記材料層は、色素をロードされたポリマーで形成される方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の方法であって、前記色素は光学的性質を有し、該光学的性質が前記選択された放射線に実質的に適合している方法。
【請求項１８】
請求項９に記載の方法であって、前記材料層は前記選択された放射線を実質的に吸収するように処理され、該処理は、色素負荷、化学的表面処理、化学薬品負荷、光学的干渉および光学分極からなる群から選択される方法。
【請求項１９】
請求項９に記載の方法であって、前記材料層は選択された吸収特性を有する多層で形成され、前記吸収特性は前記選択された放射線に対して感受性である方法。
【請求項２０】
請求項９に記載の方法であって、前記材料層は、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、線型低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレートグリコール（ＰＥＴＧ）、ポリスチレン（ＰＳ）、エチルビニルアセテート（ＥＶＡ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）からなる群から選択されたポリマー材料で形成される方法。
【請求項２１】
流体を多重化するための装置であって：
一組の入力キャピラリーを備えた第一の基板と；
前記一組の入力キャピラリーに対応する一組の出力キャピラリーを備えた第二の基板と；
前記第一の基板および第二の基板の間に配置されて、前記入力キャピラリーおよびこれに対応する前記各出力キャピラリーの間のバルブ調節インターフェースを形成する材料層と；
電磁気放射線を発生させるための手段とを具備してなり、
該発生手段は、前記材料層の上に向けるための選択された放射線を発生し、該選択された放射線は、前記バルブ調節インターフェースにおいて穿孔を生じさせて、前記入力キャピラリーと前記出力キャピラリーの間に流体連通を起こさせ、該流体連通は望ましい容積の流体を形成する装置。
【請求項２２】
請求項２１に記載の装置であって、更に、光学的フィードバックのための手段を具備し、前記発生手段は前記材料層に向けるための選択された放射線を発生し、前記光学フィードバック手段は、前記穿孔が起きたときに前記発生手段に対して信号を送る装置。
【請求項２３】
射出モールド成型技術を使用して微小流体構造体を製造するための方法であって：
テーパした角度を有するキャピラリー構造体を形成する段階を含んでなり、前記テーパした角度は丸みを付した端部を有し、それによって前記端部における鋭角のコーナーを回避する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学的、生物学的、もしくは生化学的なプロセスまたは反応のための、微小流体回路の分野に関する。より詳細には、プログラム可能な仕方で、微小構造体中での流体の流れを調節するための計量計を開示する。
[関連出願の相互参照]
【０００２】
この出願は、「流体のプログラム可能な微小スケール操作のための計量計」と題する、２００５年６月３日に提出された米国仮出願番号６０／６８７，０３２号の優先権を主張するものであり、その全体を本明細書の一部として本願に援用する。
【背景技術】
【０００３】
近年、医薬、バイオテクノロジー、化学および関連の産業は、種々の反応および分析を実施するために、微小なチャンバおよびチャンネル構造体を適用するようになってきた。これら構造体の利益には、微細化、スペースおよび試薬コストの低減、並びに人間の介入を伴わずに大量の数の反応を並列に、または直列に（逐次的に）行うことを可能にすることが含まれる。
【０００４】
微小流体装置は、抜群に、微細ＴＡＳ（微細全分析システム）を実現するための最も有力な候補である。一般に、この方面での全ての試みは二つの方法によって、即ち、流体輸送の原因となる力に従って、また流体の流れを方向付けるために使用される機構に従って特徴付けることができる。前者はモータと称される。後者はバルブと称され、流体容積の定量、流体の混合、一組の流体入力の一組の流体出力への結合、流体の保存を可能にする十分に緊密な仕方での容器の密封（適用に従って気体もしくは液体の通過に対して）、流体の流速の調節といった、多くの基本的動作のために必須の論理アクチュエータまたはアナログアクチュエータを構成する。
【０００５】
モータとして、先行技術は、動電学、電気浸透輸送、機械的ミクロポンプ、外部加圧、音波エネルギーおよび向心力を含む種々の解決策を開示している。本発明は、それだけではないが、主に向心力装置のカテゴリーに関するものである。従って、向心力装置に関する幾つかの先行技術の要約には次のものが含まれる：Ｙａｍａｊｉ等（ＥＰ００３９２４７５  Ａ２）およびＴａｋａｓｅ等（ＥＰ００４１７３０５Ａ１）は、回転ディスクに基づく液体サンプル分析器を開示している；Ｋｅｌｌｏｇｇ等（米国特許第６，０６３，５８９号／ＷＯ  ０ｌ８７４８５Ａ２）およびＭｉａｎ等（米国特許第６，３１９，４６９号、ＵＳ２１０５５８１２Ａ１）は、微小流体システムにおける流体移動を駆動するために向心力適用を使用するための装置および方法を開示している；Ｋｏｐｆ−Ｓｉｌｌ等（米国特許第５，１６０，７０２号）は、ローター構造が改善された分析器を教示している；またＧｏｒｄｏｎ（米国特許第５，８９２，５７７号、同第６，２５６，０８８号、同第６，３３９，４７３号）は、サンプルの分析を行うための装置および方法を教示している。
【０００６】
バルブの使用を通して流体の流れを規制する能力を備えた装置が先行技術において知られており、これらの装置は、流体流れのリアルタイム制御およびアナログ調節を提供するそれらの能力において異なっている。一例として、幾つかのバルブは、温水蛇口のように流体の流れをアナログ的に規制する能力を有し、幾つかのバルブは、潅水アクチュエータのようにオン−オフの状態を切替え、幾つかのバルブは、電気的安全スイッチのように一つのオン−オフ遷移を有し、または加圧回路における安全バルブのようにオフ−オン遷移を有する。
【０００７】
先行技術の微小流体バルブ装置は、バルブ当り、並びに達成できる集積規模および複合化当りのコストが高いという欠点を有する。不運にも、中規模範囲の先行技術装置の殆どは信頼性が疑わしいものである。更に、バルブの素子およびバルブの機能によるサンプル材料の変化は、それらの信頼性のない性質に寄与し、結果に再現性のある微小分析装置の製造に失敗してきた。先行技術によるバルブ装置の設計は、それらの製造コストおよび複雑さが、「使い捨て」で且つ大量生産される微小分析装置における、それらのコスト効果的使用を不適切にする。
【０００８】
幾つかの先行技術バルブ装置の概要は次の通りである：Ｕｎｇｅｒ等の米国特許第６，４０８，８７８号（Ｕｎｇｅｒ）は、エラストマーのバルブおよびポンプシステムを教示しており、ここでは第二のエラストマー層が第一のエラストマー層の頂面に結合されて、第一および第二のエラストマー層の間の第二の凹部内に制御チャンネルが形成されるようになっており、また第一のエラストマー層が平坦な基板の頂部に配置されて、第一のエラストマー層と平坦な基板の間の第一の凹部に流れ、チャンネルが形成されるようになっている。不運にも、Ｕｎｇｅｒは設計の複雑さおよび製造コストの欠点を有している。バルブの複雑さに加えて、空気アクチュエータに基づく制御システムが複数の独立のラインを介して種々のバルブに接続されなければならず、またその多重化（当該装置上の実際のバルブよりも少ない制御ラインを有するために必要とされる）が回路の設計に影響し、また正確な圧力制御を必要とする。
【０００９】
Ｋｅｌｌｏｇｇ等の米国特許第６，３０２，１３４号（Ｋｅｌｌｏｇｇ）は、微小流体装置アレイにおける熱駆動型ワックスバルブを教示している。マイクロシステムプラットホーム内のこの熱駆動型ワックスバルブは、これら熱駆動型ワックス犠牲バルブを形成するために、抵抗加熱素子、温度検知素子、混合構造のような多くの微小流体素子を必要とする。微小流体回路上の顕著な表面占有とは別に、Ｋｅｌｌｏｇｇの装置は更に、マイクロシステムプラットホームとの間で電気信号を転送することができる電気スピンドル設計のロータを必要とする。Ｋｅｌｌｏｇｇのこの要件および複雑さは、微小分析システム内で使用することを実現不能にする。更に、バルブ駆動からの廃棄物は、興味あるサンプルを汚染する可能性がある。加えて、ワックスへの熱移動は、熱伝導によって最初はキャピラリーを詰らせる。このようにして、熱は伝導および対流により、不可避的にチップおよび流体へと移動される。これは、サンプルが熱によって顕著に劣化し得る殆どの生物学的応用においては望ましくない。
【００１０】
更なる先行技術のバルブシステムは、Ｋｅｌｌｏｇｇ等の米国特許第６，１４３，２４８号（Ｋｅｌｌｏｇｇの’２４８号特許）に見ることができる。Ｋｅｌｌｏｇｇの’２４８号特許は、微小流体システムにおいて流体を駆動するために、向心加速度を必要とするキャピラリーマイクロバルブを教示している。該Ｋｅｌｌｏｇｇの’２４８号特許は、向心加速度を有する装置においてのみ使用することができ、またその製造に困難を伴う。
【００１１】
もう一つの先行技術装置であるＫｅｌｌｏｇｇ等のＵＳ２００２／００９７６３２Ａ１号（Ｋｅｌｌｏｇｇ出願）は、二方向性の遠心力微小流体装置を開示している。このＫｅｌｌｏｇｇ出願内のバルブは、特に、回転によって生じた向心力により流れが誘導されるときに、プラットホームの表面上で一つまたは複数の流体の効率的な混合を達成するためのマイクロシステムプラットホームを提供する。この二方向の流れシステムは、その使用が向心力駆動による微小分析システム内における混合システムに限定される。
【００１２】
多くの他の先行技術装置は、例えば医薬注入プローブを備えたカテーテルを教示するＯｎｉｓｈｉ等（米国特許５，５４７，４７２）；ポリマーバルブを教示するＤｅｒａｎｄ等（ＷＯ  ００１０２７３７Ａ１）（Ｄｅｒａｎｄ）のように、微小分析プラットホームのためのバルブ装置に対する改善を試みている。Ｄｅｒａｎｄのバルブに使用されるポリマーの重要な特徴は、それらが膨潤状態から収縮状態へ、またはその逆へと可逆的に切替わり、特定の種類の材料に限定されたポリマー（およびその生体適合性）の選択を行うことである。加えて、各バルブを製造して回路内に配置しなければならないので、キャピラリー内でのプラグが予測され、これは当該装置の製造を更にコスト高にし、また大量生産に適さなくする。Ｌａｒｓｓｏｎ等（ＷＯ９９／５８２４５）は、流体の流れが異なる表面特性を有する当該装置の異なる表面によって制御される微小流体装置を開示している；ＭｃＮｅｅｌｙ等（ＵＳ  ２００２／００３３１９３）は、 微小流体流れ制御のための遠隔バルブ調節を開示し、Ｗｉｌｌｉａｍｓ（ＵＳ２００１／００５４７０２Ａｌ）は、微小流体構造において使用するためのバルブを教示し、またＰａｒｃｅ等（ＵＳ  ６，３７９，９７４）は、物質輸送を選択的に制御し且つ方向付けるために動電学的物質輸送システムを利用した、微小流体装置およびシステムを教示している。 不運にも、全てがそれらの制御システムの複雑さ、設計、信頼性、高い製造コスト、および所定の種類の流体に限定される適用といった欠点を被る。
【００１３】
先行技術装置内でのもう一つのアプローチが、Ｌｉｍｏｎ等の米国特許第５，８６９，００２号（Ｌｉｍｏｎ）に示されており、ここでは、壊れ易い隔壁で分離された二つの相互に別々のチャンバを含む分析カードが用いられ、該隔壁は前記分析カード内に配置され、且つ少なくとも予め定められた波長を有する光エネルギーを吸収して、これを前記壊れ易い隔壁を除去して前記チャンバの間の流体連通を生じることができる熱エネルギーに変換する吸収材（好ましくはプラスチック材料）で作製される。不運にも、Ｌｉｍｏｎは幾つかの欠点を有する。Ｌｉｍｏｎのバルブは、多くの微小分析プラットホームに適用可能でない一定の構成に限定される。更に重要なことに、Ｌｉｍｏｎに必要とされる光エネルギーは、隣接したチャンバ内の興味ある流体またはサンプルに変化が生じるような強度および持続時間のものである。この変化を克服するために、Ｌｉｍｏｎ等は、分析カードにおける液体または液体循環を加熱不足または過剰加熱から防止するために、壊れ易い隔壁回りのキャビティーを使用することを教示している。Ｌｉｍｏｎのバルブ調節装置はまた、その構成における融通性のなさ、および回転ディスクおよび中規模装置等の種々の微細分析プラットホームに対する適合性の欠如といった欠点を有する。不運なことに、Ｌｉｍｏｎによって必要とされる構成は、経済的な製造プロセスには適合しない。
【００１４】
先行技術の微小流体回路におけるもう一つの欠点は、完全にプログラム可能で且つ構成可能な装置の形態において、融通性を、製造および動作の形態における単純さと調和させるための困難さであった。微小流体回路を通る流体の流れを調節するために、バルブが設けられた。先行技術の方法は、コストおよび製造の容易さのために限られた数でしか設けることができない能動的な素子、または独立には駆動され得ない受動的素子に依拠し、加えて、流体もしくは興味あるサンプルの特性に依存する可能性がある。また、先行技術における多くの能動的バルブシステムは当該装置に物理的に結合されなければならない制御システムによって特徴付けられ、該制御システムは小型化されないことが多く（カリホルニア州サンフランシスコのＦｌｕｉｄｉｇｍ  ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによるＴｏｐａｚ  Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚｅｒの圧力制御アセンブリーのように）、従って装置の複雑さ、システムの集積度および携帯性を顕著に増大させる。
【００１５】
先行技術の微小入流体回路の顕著な欠点は、生物学的サンプルの取扱いにおける困難さであった。先行技術の装置は、興味あるサンプルを汚染して、斯かるサンプルを変化または破壊する可能性のあるバルブ調節素子の悪影響を受ける。
【００１６】
微小流体回路に組込まれる先行技術による微小バルブの幾つかは、チップにおいて大きな表面を占有する。これは当該装置の他の機能的素子を犠牲にし、回路の集積度を小さくし、従ってチップをより高価にする。このより大きな表面を占有する必要性は、微小流体回路内でのその使用を損なう。
【００１７】
先行技術の微小流体回路のもう一つの欠点は、バルブ調節素子の信頼性であった。先行技術の装置は、偶然の故障、並びに最も重要なこととしては、このような故障を認識するためのフィードバック制御の欠失という欠点を有する。この側面は、中程度の数のバルブを備えたチップでは無視され得るが（例えば複雑さの小さいチップ）、微小流体装置の高集積化の必要性は、先行技術の基本的な機能素子、特にバルブ制御装置が提供するものよりも高い信頼性を必要とする。
【００１８】
先行技術の微小流体バルブの更なる欠点は、外形、表面特性、材料の選択、および製造プロセスの複雑さに対する製造の許容度が狭いことにある。複雑もしくは許容度がタイトであるか、またはその両方である製造プロセスについて集積度（装置におけるバルブの数）が増大することは、製造における高い故障率をもたらし、製造コストを更に上昇させる。
【００１９】
微小流体装置に特別なもう一つの側面は、バルブおよび全体の回路に要求される、バルブおよび全体の回路の使い捨て可能性である。容積に対する表面の比率は、容積の減少と共に増大することが当該技術において周知である。サンプルの大きな画分がチップおよびバルブ表面に接触するので、流体汚染は、マクロスケールの世界よりも大きな問題であることもまた知られている。サンプルの汚染を回避するために、バルブは、好ましくは一つの種類のサンプルと共に使用されるべきであり、可能であれば、サンプル濃度における変化を回避するために１回だけ使用されるべきである。再使用可能なバルブに依拠するバルブ調節法は、従って、殆どの微小流体の適用ではそれほど魅力的ではない。
【００２０】
本発明は、流体の流れを調節するための、融通性および信頼性があり且つ単純な手段についての必要性、並びに他の種々の必要性、例えば本開示に従うバルブ調節技術機能を使用して微小スケールでの計量および多重化を可能にすることの必要性を満たすものである。この機能性は、計量計充填、計量計パージ、計量計抽出、計量計通気およびチャンネルルーティングのような、他の基本的な動作を介して達成される。従って、これらの動作は、タンパク質の希釈およびアッセイの読取りを極めて小さい設置面積で実行することができる、小型化されたフォーマットでの複雑なアッセイの実現を可能にする。
［発明の概要］
【００２１】
本発明は、最初は分離されている二つの微小流体素子を流体連通させることによって、流体の流れが調節される微小流体回路に向けられている。二つの素子が接続される時点、およびこのような流体連通の位置の両方が任意であり、且つ外部から決定することができる。従って、本発明は、全てが初期は閉じた状態であるが、何時でも如何なる順序でも開放され得る無数の好ましい不可逆的バルブを記載する。
【００２２】
バルブが閉じているときは、流体は第一の微小流体素子の中に収容される。バルブが開放されると直ちに、少なくとも１以上の追加の微小流体素子への流体連通が可能にされる。流体が如何なる範囲で且つどの速度で追加の素子の中に流れるかは、流体に働く力、およびバルブ素子を通過する流体の流れに対する障害に依存する。
【００２３】
微小流体回路では、機械的微小ポンプ、電界、音波エネルギーの適用、外部圧、または向心力の使用を介して流体輸送が達成されてよい。本発明によるバルブは、流体輸送のための機構から独立しており、従って、上記流体輸送のための手段（これらに限定されない）の何れとも適合する。一般に、本発明のバルブは開かれていてよいが、好ましくは閉じてはいない。この特徴は、向心力を利用する装置の場合のように力の方向が不可逆的である微小流体回路については比較的重要度は低く、また他の殆どの場合は回路およびその基本素子の適切な設計によって克服することができる。
【００２４】
本発明の範囲内において、本発明のバルブを「閉じる」ために、開いたバルブの反対側にニ成分系の「接着剤」を分布させることができることが考えられる。この接着剤は、二つの成分の混合を必要とせず、且つ弁の開口部をシールするために合理的に迅速な硬化時間を有するものの中から選択される。該接着剤は、Ｐｅｒｍａｂｏｎｄ社によるＶ５００４として商業的に入手可能なアクリル系接着剤であることができ、これは良好な流動特性を有し且つ糸を引かない。更に、本発明の範囲内においては、開いたバルブをシールするために、フィブリン糊等のような生物学的適合性の利点を有するもう一つの「接着剤」を使用してよいことが想定される。ティッシュコル（tissuecol）のようなフィブリン接着剤が、本発明の範囲内において想定される。フィブリン接着剤は二つの成分を含んでおり、一方の側にはフィブリンタンパク質を含み、且つ他方の側にトロンビンを含んでいる。それらの接触は、バルブをシールする凝固反応を生じる。
【００２５】
また、本発明の範囲内において、バルブを開いて流体をテスラバルブ（Tesla valve）の一つの分枝に導入することにより、流体の通過を停止させ得ることが考えられる。後者は流体ダイオードまたはバルブ導管であり、これは一つの方向では容易な流れを可能にするが、他の方向での流れはハングアップして渦または向流を形成し、機械的なバルブが閉鎖位置に移動したのと同様に確実に流れを停止させる。この構成を用いれば、本発明によるバルブを開くことによって流体を分枝の一つに導入し、それにより流体の流れを停止させることが可能であり、これはバルブを閉じる動作によって達成されるのと同じ機能である。
【００２６】
もう一つの例として、本発明のバルブは、チャンネルの表面特性を顕著に変化させる（例えば疎水性を大きくまたは小さくする）流体を分布させるために使用できる。これは、正味の効果として、もう一つの流体（例えば水）が出力チャンネルに侵入しない結果を生じることができ、該出力チャンネルは水の通過に関して「閉鎖された」とみなすことができるであろう。
【００２７】
従って、本発明の一つの側面において、生物学的または化学的流体を処理するための装置は、複数の第一の中規模流体素子を備えた第一の基板、前記第一の中規模流体素子に対応する複数の第二の中規模流体素子を備えた第二の基板を含んでいる。本発明の範囲内において、本発明の装置は、更に追加の基板層を含み得ることが想定される。本発明によれば、これらの追加の基板層は、複数の流体チャンネル、チャンバ、並びにレンズおよびフィルタのような操作素子を含むことができる。
【００２８】
各基板層の間において、材料層または穿孔層が、複数の第一の中規模流体成分を、複数の第二の中規模流体素子または追加のナノ規模もしくは中規模素子から分離している。該材料層の構造は均一でもよく、または多層およびコーティングを含んだ不均一でもよい。本発明によれば、前記材料層または穿孔層は、以下ではＰＭＭＡと称するポリ（メチルメタクリレート）のようなポリマー化合物を含んでなるものである。本発明の範囲内では、他の材料、例えば低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、線型低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレートグリコール（ＰＥＴＧ）、ポリスチレン（ＰＳ）、エチルビニルアセテート（ＥＶＡ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等を使用することができる。これらのポリマーは単独で、または相互に組み合せて使用することができる。ポリマーの使用は、その使用および製造が容易であるため好ましい。他のオプション、例えば追加の表面処理を伴った、または伴わない金属ホイルが可能であり、その選択は、その適用において使用される電磁気放射線発生手段の種類に関係することが明らかである。
【００２９】
前記の材料層は更に、光学的色素もしくは他の同様の物質、または予め選択された電磁気放射線の吸収特性を有する層を含んでよい。この吸収は、例えば金属ホイルを含む光吸収フィルタに使用されている既知の修飾を介して、または穿孔の結果として充分な量の予め選択された電磁気エネルギーが吸収される方法で、表面光学特性（屈折率ｎおよび吸光係数ｋ）を修飾することを含めて、或いは、粗さのような他の表面特性によって生じることができる。他の技術では、光吸収性小滴、例えばカーボンブラック粒子、色素エマルジョン、ナノクリスタルを使用することができる。加えて、電磁気エネルギーの有効吸収を高めるために、反射層、偏光変化層、波長シフト層、を使用することができるであろう。
【００３０】
本発明の一つの利点は、微小流体回路におけるバルブの極端な緻密さにあり、これは、流体の保存、インキュベーション、および反応を生じさせるために使用される表面を最大化することを可能にする。バルブのサイズは、光学システムの位置、電磁気放射線発生手段のパワーおよびパルス持続時間を調節することによって、限界以下まで、広範囲の大きさの回路に適合させることができる。微小流体回路内において層流が望ましいときは、バルブの断面を、相互接続されるキャピラリーの断面に略一致させるべきである。混合が望ましいときは、乱流を活性な混合剤として働かせるために、回路の流体断面とは大きく異なる断面を持ったバルブが好ましい。
【００３１】
本発明のバルブは、本質的に低コストである；特に、当該装置のコストは如何に多くのバルブが回路自身に実装されるかには依存しないので、ゼロの限界コストを有する。
【００３２】
本発明によるバルブは、微小流体適用においては、無視でき且つ先行技術における他の殆どのバルブ設計よりも小さいデッド容積を有する。本発明のバルブは、実験室装置および工業的大量製造の両方において、開放、実装および構築するのが典型的に容易である。
【００３３】
本発明のバルブは、低い浸透性を有する材料層を選択することによって、極めて気密および／または液密であることができる。これは、本発明のバルブを化学薬品の保存のためのシールとして使用することを可能にする。多くのバルブ調節システム、例えば疎水性破壊に基づくもの、または流体に対するキャリブレートされたキャピラリー張力に基づくもの、またはポリマー形状の圧力駆動された変形に基づくものは、保存を可能にするための蒸気および液体に対する充分な密封性を提供しない。
【００３４】
本発明のバルブは、凍結乾燥された分子、例えばタンパク質の保存のためにも使用できるであろう。実際に、前記材料層の水蒸気に対する部分的な透過性は、ディスクを真空中で加熱するときの、凍結された化合物の昇華による水蒸気の喪失を制御するために使用できるであろう。これは、例えば医薬化合物のような分子を、非常に小量で且つそのまま使用できる状態で長期保存することを可能にするであろう。当該分子は、前記材料層の中の開かれたバルブに溶媒を通し、前記分子を溶解させ、次いで前記層の第二のバルブにより保存キャビティーから出すことによって回収できるであろう。
【００３５】
本発明によれば、電磁気放射線を発生するための電磁気発生手段は、前記複数の第一の中規模流体素子および前記複数の第二の中規模流体素子からの、少なくとも一対の対応する中規模流体素子の間に配置された前記材料層の一部に対応する位置で、前記材料層または穿孔層の上に向けるためのものである。この電磁気発生手段は、前記一対の中規模流体素子の間での流体連通を可能にする位置において、前記材料層の穿孔を可能にする。この材料層の穿孔は、限定された空間および時間内に当該装置に適用される前記放射線の波長および強度に依存した定義された方法で生じ、それによって興味ある流体またはサンプルの実質的な変化を回避する。
【００３６】
本発明のもう一つの側面において、生物学的または化学的流体を多重化するための装置は、一組の入力キャピラリーを備えた第一の基板と、該一組の入力キャピラリーに対応する一組の出力キャピラリーを備えた第二の基板と、前記第一の基板および第二の基板の間に配置されて、前記の各入力キャピラリーおよびこれに対応する前記の各出力キャピラリーの間のインターフェースを形成する材料層と、前記複数の入力キャピラリーの第一の入力キャピラリーおよび前記複数の出力キャピラリーのうちの対応する第一の出力キャピラリーの間のインターフェースにおいて、前記材料層上に向けるために電磁気放射線を発生させるための電磁気放射線発生手段とを含んでいる。該電磁気発生手段は、前記インターフェースにおいて前記材料層の穿孔を可能にし、前記第一の入力キャピラリーおよび前記第一の出力キャピラリーを、前記微小流体ネットワーク内の生物学的サンプルに対する損傷または実質的な変化を伴うことなく流体連通させる。
【００３７】
この多重化する能力は、融通性のあるプログラム可能な流体取扱いの必要性に対処するものである。反応に関与する流体の選択は、例えば、プロトコールの実行の際にリアルタイムで行うことができる。
【００３８】
本発明の更にもう一つの側面において、向心力装置における液体の容積定量のための装置は、定量のための液体を収容する第一の中規模流体素子と、第二の中規模流体素子と、前記第一および第二の流体素子を、第一の位置において流体連通状態で配置するための流体連通手段とを含んでいる。向心力または他の力が液体に加わると、前記第一の流体素子の中に残る前記液体の第一の量、または前記第二の流体素子へと移送される液体の第二の量が、前記第一の位置の選択によって決定される。
【００３９】
本発明のもう一つの側面において、向心力装置で液体の容積を定量するための方法は、液体を第一の中規模流体素子の中にロードする段階と、第一の位置において第一の流体素子と第二の中規模流体素子との間の液体流通を可能にする段階と、向心力装置を回転させて、前記液体の一部を前記第一の流体素子から前記第二の流体素子へと移動させる段階と、前記第一の流体素子の中に残っている液体の第一の量または前記第二の流体素子へと移動された液体の第二の量を決定する段階とを含んでいる。
【００４０】
この方法は、投薬容量における別個のステップに束縛されることなく、任意の量が定量され得るという利点を有する。
【００４１】
本発明のもう一つの側面において、流体をその画分に分離するための方法は、穿孔位置の選択を決定することによって媒体をその構成画分に分離するために、回転の際に生じる遠心分離を使用する。
【００４２】
本発明の更にもう一つの側面において、向心力装置の中で液体サンプルを半径方向外側の位置から半径方向内側の位置へと移動させる方法は、バッファー液体を第一の中規模流体素子の中にロードする段階と、液体サンプルを第二の中規模流体素子の中にロードする段階と、一端を前記バッファー液体によってシールされ、他端を前記液体サンプルによってシールされた流体回路を横切って、前記第一の中規模流体素子と前記第二の中規模流体素子との間での気密な流体連通を可能にする段階と、前記バッファー液体が前記第一の流体素子を出ることを可能にする段階と、前記向心力装置を回転させて、前記バッファー液体を前記第一の流体素子から出て行かせることを含んでいる。前記第一の流体素子を出て行くバッファー液体の移動は、前記液体サンプルを、半径方向外側位置から半径方向内側位置へと強制移動させる。
【００４３】
本発明の更なる側面において、液体サンプルを半径方向外側位置から半径方向内側位置へと移動させることによって向心力装置において洗浄ステップを実行する方法は、バッファー液体を第一の中規模流体素子の中にロードする段階と、液体サンプルを第二の中規模流体素子の中にロードする段階と、一端を前記バッファー液体によってシールされ、他端を前記液体サンプルによってシールされた流体回路を横切って、前記第一の中規模流体素子と前記第二の中規模流体素子との間での気密な流体連通を可能にする段階と、前記バッファー液体が前記第一の流体素子を出ることを可能にする段階と、前記向心力装置を回転させて、前記バッファー液体を前記第一の流体素子から出て行かせることを含んでいる。前記第一の流体素子を出て行くバッファー液体の移動は、前記液体サンプルを、半径方向外側位置から半径方向内側位置へと強制移動させる。
【００４４】
本発明の更にもう一つの側面において、回転する装置の参照フレームにおけるピックアップの極位置および半径方向位置を決定する方法は、ピックアップによって前記装置上の第一のマーカーを検出する段階と、ピックアップによって前記装置上の第二のマーカーを検出する段階と、ここでの前記第一のマーカーから第二のマーカーまでの角距離は、連続的もしくは不連続的で、誘導可能もしくは誘導不能な、前記ピックアップの半径方向位置の一定でない関数である段階と、前記第一のマーカーの検出と前記第二のマーカーの検出との間で経過した時間を記録する段階と、前記経過した時間および前記回転装置の回転周期から前記ピックアップの半径方向位置を決定する段階と、前記マーカーの検出および前記回転装置の回転周期の検出に対応する第一の時間および第二の時間の間の差を使用して、前記ピックアップの極位置を決定することを含んでいる。
【００４５】
本発明のもう一つの側面において、回転装置の参照フレームにおけるピックアップの極位置および半径方向位置を決定する方法は、ピックアップが回転装置上の第一のマーカーを検出する第一の時間を記録する段階と、前記ピックアップが前記装置上の第二のマーカーを検出する第二の時間を記録する段階と、ここでの前記第一のマーカーから第二のマーカーまでの角距離は、連続的もしくは不連続的で、誘導可能もしくは誘導不能な、前記ピックアップの半径方向位置の一定でない関数である段階と、前記第二の時間および前記第一の時間の間の時間の差および前記回転装置の回転周期から前記ピックアップの半径方向位置を決定する段階と、前記マーカーおよび回転周期の検出に対応する第三の時間および第四の時間の間の差を使用して、第三の時間における前記ピックアップの極位置を決定することを含んでいる。
【００４６】
本発明の更にもう一つの側面において、生物学的または化学的流体を処理する方法は、複数の第一の中規模流体素子を備えた第一の基板を準備する段階と、前記第一の中規模流体素子に対応する複数の第二の中規模流体素子を備えた第二の基板を準備する段階と、前記複数の第一の中規模流体素子を前記複数の第二の中規模流体素子から分離する材料層を準備する段階と、前記複数の第一の中規模流体素子および前記複数の第二の中規模流体素子からの、少なくとも一対の対応する中規模流体素子の間に配置された前記材料層の一部に対応する位置で、前記材料層上に電磁気放射線を向ける段階と、前記位置において前記材料層を穿孔することを含み、前記材料層の穿孔は、このような微小流体ネットワーク内で何れかの興味ある流体もしくはサンプルの損傷または実質的な変化を伴うことなく、前記一対の中規模流体素子の間での流体連通を可能にする。
【００４７】
本発明のもう一つの側面において、生物学的または化学的流体を処理するための処理ディスクは、複数の第一の中規模流体素子を備えた第一の基板と、前記第一の中規模流体素子に対応する複数の第二の中規模流体素子を備えた第二の基板と、前記複数の第一の中規模流体素子を前記複数の第二の中規模流体素子から分離する材料層を含んでいる。
【００４８】
本発明の更なる側面においては、計量および多重化のようなＶＬＶ技術の機能性を使用することが、微小スケールで達成される。この機能性は、計量計充填、計量計パージ、計量計抽出、計量計ベンチレーションおよびチャンネルルーティングのような、他の基本的動作を介して達成される。従って、これらの動作は、現実のカードにおいて行われ且つ広範に特徴付けられており、小型化されたフォーマットで複雑なアッセイの実現を可能にし、ここでのタンパク質の希釈およびアッセイの読取りは極めて小さい設置面積で実行することができる。
【００４９】
本発明のこれらおよび他の利点、目的および特徴は、実施形態の詳細な説明および添付の図面を通して明らかになるであろう。また、上記の一般的説明および以下の詳細な説明は例示であり、本発明の範囲を限定するものでないことが理解されるべきである。
［発明の詳細な説明］
【００５０】
本発明の上記および他の特徴および利点は、添付の図面と共に、以下の例示的実施形態の詳細な説明から更に充分に理解されるであろう。
【００５１】
本発明は、遠心分離ロータおよびマイクロシステム、特にナノ規模または中規模の微小流体バルブ技術プラットホーム、並びにその向心力に誘導された流体微小操作を提供するための多くの応用を提供する。説明の目的で、図面および説明は、一般に向心力システムに言及する。しかし、本発明で開示される手段は、流体移動を行うために他の力に依拠する微小流体素子にも等しく適用可能である。
【００５２】
本明細書の目的に関して、「サンプル」の用語は、単離された、またはより複雑な混合物の成分として検出された、または前駆体種から合成された、如何なる流体、溶液または混合物をも包含するものと理解されるであろう。サンプルは更に、ビーズ、ナノ粒子、小球、または細胞等を含む懸濁液またはエマルジョンを構成してもよいであろう。
【００５３】
この明細書の目的にとって、「流体連通した」または「流体的に連結された」の用語は、動作可能に相互連結されて、素子間での流体の流れを可能にする素子を定義することを意図したものである。例示的実施形態では、微小分析プラットホームは、ディスクまたは実験的微小流体チップのような回転可能なプラットホームを具備しており、それにより該ディスク上の流体移動はポンプによって誘導され、流体連通は材料層の穿孔によって達成される。
【００５４】
本明細書の目的において、「材料層」または「穿孔層」の用語は、チャンバ、チャンネルおよび他の微小流体素子のような種々の微小流体素子を分離し、また電磁気照射による穿孔の際には、斯かる微小流体素子を相互に流体連通させる素子を定義することを意図している。
【００５５】
本明細書の目的にとって、「生物学的サンプル」、「興味あるサンプル」または「生物学的流体サンプル」の用語は、何れかの生物学的に誘導された、または合成された分析サンプルを意味し、これには血液、血漿、血清、リンパ、唾液、涙、脳脊髄液、尿、汗、植物および野菜抽出物、精液、または斯かるサンプルの細胞もしくは細胞成分が含まれるが、これらに限定されないことが理解されるであろう。
【００５６】
本明細書の目的にとって、「穿孔」の用語は、斯かる穿孔もしくは材料相を形成する何れかの材料の分解もしくは相変化（異なる固相凝集体、液体、ガス、またはプラズマ状態への）、または化学的脱共役による、何れかの斯かる材料層または穿孔層の溶解を定義することを意図したものである。このような穿孔は、斯かる材料層に、またはその中もしくはこれに隣接して含まれる添加剤に吸収されるエネルギーおよび波長をもった電磁気照射によって、当該層の中に貫通するスルーホールを形成する結果を伴うことにより達成される。
【００５７】
本明細書の目的にとって、「アブレーション」の用語は特に、熱波が材料を追い出し、これをプラズマへと蒸発させる迅速なプロセスを意味する。
【００５８】
本発明の目的にとって、「中規模」または「ナノ規模」の用語は、好ましくはサブミクロンからミリメータ範囲の寸法で、流体を収容できる何れかの容積を意味することが理解されるであろう。
【００５９】
向心力システム（例えば遠心機）の代表的な適用例は、その中心に回転軸を備えた円形装置を使用する。例示の目的で、図面ならびに説明は、一般的にこのような装置に言及する。楕円および矩形の装置、不規則な表面および容積を含む他の形状、および回転軸が中心を通過しない装置が、特別な応用のためには有益である可能性がある。
【００６０】
本発明において例示目的のために使用される微小流体装置は、幾つかの実施形態では所定の軸の回りに回転するディスクとして言及されるであろう。実行され得る動作は、該ディスクの形状、材料組成および複雑さに依存する。この微小流体システムは、ディスクに加えて、該ディスクに対する動作を行うように設計された１以上の外部部分を含んでよく、この動作には化学的、生物学的もしくは生化学的流体の負荷、信号の光学的読出し、放射能の検出、アッセイの分析、興味ある化合物の検出、ディスクからクロマトグラフ装置または質量スペクトロメータへのサンプルの注入、Ｘ線またはγ線もしくは中性子ビームへのディスクの露出、ディスクへまたはディスクからの流体の移動、ディスクからもう一つのディスクへの流体の移動が含まれるが、これらに限定されない。
【００６１】
本発明の例示的実施形態において、前記外部部分は、ピックアップ、実質的な量の電磁気照射をディスクの１点に集光させることができる装置、および回転装置を含んでいる。このディスクおよびピックアップは、予め選択された好ましい波長または波長スペクトルで、主に電磁気放射線によって相互作用するように設計される。以下では、この波長または波長のスペクトルを、「ピックアップ波長」または「予め選択された波長」と称する。
【００６２】
本発明の一つの側面においては、微小流体回路におけるバルブ実装のための新規なシステムが提示される。それは、分布されたバルブシステムによって流体流れが制御される完全にプログラム可能な（活性な）解決策を提示し、これは所定のバルブの位置が任意であり、バルブ自体は完全な微小流体回路にまで拡張されることを意味する。記述されたバルブは、ここでコメントしたように、弁状態を開から閉へと変更することが可能であるとしても、典型的には閉から開への移行に限定される。当該システムのもう一つの顕著な利点は、多数のバルブを回路内に集積できることである。
【００６３】
＜ディスク＞
ディスクの好ましい実施形態は、円形の微小流体装置を含んでいる。好ましくはディスク容積を二分しない軸の回りで回転する矩形のディスクは、特別な利点を提供する。コンパクトディスク技術に関連した商業的製品との適合性を達成するために、該ディスクはそれと同様の、または同一の寸法を有してよい。同様に、マイクロウエルプレートと等しい設置面積をもった矩形ディスクは、ディスク間での流体の移動、ディスクから化学産業および生物産業で使用される標準のウエルプレートへ、並びに標準のウエルプレートからディスクへの流体の移動を含む、化合物の自動的取扱いおよび保存に特に適している。
【００６４】
図１Ａに示すように、一つの例示的実施形態におけるディスク１００の内部構造は、少なくとも三つの層、即ち、頂部サイド層１０１、底部サイド層１０３、およびこれら二つの層１０１、１０３を分離する材料層１０５のサンドイッチを含んでいる。一つのディスクにおいて更なる高密度を達成するために、該サンドイッチ構造を繰返して、多重ベースのサンドイッチを製造することができる。このような構成において、サイド１０１、１０３は少なくとも二つの材料層１０５の間に含まれ、両方の表面上に微小流体素子を有し、潜在的には夫々の表面における素子を流体連通させる追加の微小流体素子を具備している。
【００６５】
次に図１Ｂを参照すると、本発明によるディスクが示されており、ここでの頂部サイド１０１は微小流体構造１１０（これは以下で説明する計量計容器である）を含んでおり、また底部サイド１０３は対応する微小流体構造１１１（これは計量計のキャピラリー出口である）を含んでいる。無数の微小流体構造を、頂部サイド１０１および底部サイド１０３内に組込むことができる。これらの微小流体構造は、材料層１０５によって分離され、また材料層１０５の穿孔によって相互に流体連通して配置することができる。夫々の頂部サイドおよび底部サイドに含められる微小流体構造１１０、１１１は、相互に鏡像関係にあってよく、或いは、それらは材料層１０５の穿孔上に相互に集積された機能を有する、材料層１０５により分離された異なる構造であってもよい。
【００６６】
＜Ａ．材料層＞
材料層１０５または穿孔層のために種々の材料が適しており、これには薄いポリマーホイルおよび金属ホイルが含まれるが、これらに限定されない。微小流体適用における厚さは、材料の性質およびピックアップの特性に依存して、典型的には約０．５〜１００ミクロンの間で変化する。
【００６７】
第一の例示的実施形態では、単純且つ経済的な手段で容易に穿孔できるので、赤外線吸収性のポリマーホイルが使用される。これらのポリマーホイルはポリマー化合物を含んでなり、例えばポリ（メチルメタクリレート）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、線型低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレートグリコール（ＰＥＴＧ）、ポリスチレン（ＰＳ）、エチルビニルアセテート（ＥＶＡ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等を使用することができる。
【００６８】
これらポリマー化合物は、単独でまたは相互に組み合わせて使用されてよいことが、本発明の範囲内において想定される。更なる例示的実施形態においては、約２ミクロンの厚さの銅ホイルを使用することができる。銅ホイルは、電気産業での応用、特に印刷回路基板での適用のためにルーチンに製造されている。銅のような薄い金属ホイルは、例示的実施形態の幾つかにおいて興味ある紫外光波長ドメインにおいて、天然の吸収を示す。
【００６９】
更に、本発明の範囲内においては、材料層１０５のために、ワックス（その低融点の故に）およびセルロースのような多糖類等の、追加の材料を使用してよいことが想定される。また、本発明の範囲内において、液晶ポリマーを材料層のために使用してよいことも想定される。
【００７０】
材料層１０５の選択は、ピックアップ波長での大きな光吸収の要件によって指定される。材料の選択以外に、大きな吸収は、色素、コーティング、表面処理を使用して、或いは光干渉プロセスを利用するための適切な多層構築物によって、何れかの斯かる材料の光学的性質を修飾することによって達成されてよい。本発明の範囲内において、望ましい光学的性質を有する色素、例えばアメリカ合衆国のアメリカン・ダイ・ソース（American dye source）Ｉｎｃ．社の赤外染料であるＡＤＳ９０５ＡＭ（その化学式はＣ62Ｈ96Ｎ6ＳｂＦ6である）、またはアメリカ合衆国のエポリン（Epolin）Ｉｎｃ．社の赤外染料であるエポライト（Epolight）２０５７（その吸収スペクトルは近赤外光源に対して適している）を、材料層の中に負荷することができる。更に、エポライト２１８０、エポライト２１８９、およびカーボンブラックの負荷のような赤外吸収溶液は、均一な分散液または不均一な懸濁液もしくはエマルジョン（小球または粒子）の何れかで使用できることが想定される。また、本発明の範囲内において、材料層１０５を何れかの形電磁気放射線に合致させるために、赤外よりも下または上の他の吸収スペクトルを使用してよいことも想定される。
【００７１】
一つの例示的実施形態において、材料層１０５はＰＭＭＡから形成され、また赤外染料ＡＤＳ９０５ＡＭを約０．５重量％でロードされる。この色素は、ＰＭＭＡフィルム内において不均質な小球で懸濁される。このような色素の懸濁液は材料層の全体に亘って均一には分布されないが、予め選択された波長の望ましい吸収を生じるためには充分に分布される。
【００７２】
更に、本発明の範囲内において、エポライト２０５７、エポライト２１８０、またはエポライト２１８９等のような他の色素が、望ましいスペクトル吸収を達成するために使用されてよい。また、本発明の範囲内において、光吸収特性を有するカーボンブラック等のような色素以外の他の化合物が、望ましいスペクトル吸収を達成するために使用されてよいことが想定される。
【００７３】
材料層１０５のための追加の要件は用途に依存し、特に、隣接する材料との流体の相互作用に関連する。追加の要件の例は、腐蝕に対する抵抗性、流体連通の妨害、触媒反応の不存在または存在、電気的帯電の形成および／または電流の存在、生体適合性である。
【００７４】
材料層１０５と二つのサイド１０１、１０３の間の永久的な結合を達成するための手順は、当該技術において知られている接合または接着（ラミネーション、熱結合、ＵＶ結合、表面のプラズマ処理、溶媒結合、加圧接着、熱接着）を含んでいる。この結合法は、両側を熱硬化フィルムで処理されたポリマーホイルを利用してよい。このようなホイルは商業的に入手可能であり、印刷回路基板のために現在製造されている。加えて、カーボンブラックを負荷されたポリエステル、およびブラックマイラーを含め、ベースとして適した種々の材料が規格品で入手可能である。第一の例示的実施形態において、材料層１０５は、内部構造を示さず、サイド１０１，１０３に対する材料層１０５の如何なる整列の必要性をも不要にする。
【００７５】
＜サイド＞
図１を続けて参照すると、サイド１０１，１０３は、流体を含んだディスクの微小流体素子を含んでいる。サイド１０１、１０３を形成する基板の一方の表面内の凹部は、微小流体素子を形成する。キャピラリーまたはミクロキャピラリーとも称される中規模の素子およびチャンネルは、エングレービング、フッ酸湿式エッチング、エンボシング、熱エンボシング、ミクロ機械加工、レーザーアブレーション、機械的加工またはポリマーモールディングを含む、当該技術において知られた種々の技術によって提供されてよい。
【００７６】
本発明の範囲内において、チャンバおよびチャンネルのような微小流体素子は、基板上でのこのような素子の印刷によって形成されてよいことが想定され、このような印刷された素子および基板は、本発明のディスクのサイド１０１、１０３を形成する。微小流体構造の印刷は、シルクスクリーン印刷技術または当該技術において知られた他の印刷技術によって達成することができる。
【００７７】
各中規模素子は、好ましくはサブミクロンからミリメータの範囲の寸法を備えた、流体を収容できる容積を含んでいる。例示的実施形態において、中規模素子はサイド１０１、１０３の表面に化学蝕刻または印刷されて、且つ材料層１０５に面した開いた素子として理解される。サイド１０１、１０３は、更に、流体を中規模ネットワークに到達させるための専用の入口ポートおよび出口ポート、機器、バッテリー、電気接続、および他の計測手段を含む、追加の流体接続および素子を備えている。サイド１０１，１０３のための適切な材料には、ガラス、石英、モノマー、シリコン、ポリマー、アクリル系プラスチック、およびポリカーボネート、環状オレフィン共重合体（ＣＯＣ）が含まれる。本発明の範囲内において、サイド１０１、１０３は、モータ、導電体、チップ、レンズおよびプリズムを含む光学的および電気的素子を集積してもよいことが考えられる。また、本発明の範囲内において、材料層１０５に接触した表面は、特に、ピックアップを材料層１０５上に集光させることを可能にするための異なる光学特性を有するように修飾されてもよいことが想定される。
【００７８】
本発明の範囲内においては、サイドが全体的にシールされて、流体に接触したガスが当該装置を出ることができないディスクを得ることが想定される。この特徴は、毒性の高い化学薬品または放射能をもった流体を取扱うために利用することができ、真空中で、または一般には外部圧が内部圧とは異なるとき（加圧反応）に、ディスクを操作することを可能にする。
【００７９】
本発明の目的にとって、ディスクを形成するサイド１０１、１０３は実質的に透明であり、或いは、その選択された部分がピックアップ波長に対応した光の波長に対して透明である。本発明によれば、微小流体ネットワーク内の望ましいバルブ調節エリアに光波長を向けるために、サイド１０１，１０３内には光学レンズおよび光学素子が埋設されてよい。本発明の範囲内においては、ピックアップ光放出の反射によって界面の光学的検出を可能にするために、或いは、微小流体素子中に存在する流体との良好な適合性のために、サイドの屈折率が材料層１０５の屈折率とは異なることが考えられる。
【００８０】
サイド１０１、１０３の追加の要件は用途に依存するものであり、当該装置中の流体の相互作用または汚染、および当該装置における流体の研究に影響する光学的性質、およびそれらの反応が含まれる。加えて、大量生産のコストおよび容易さも考慮される。
【００８１】
＜ピックアップ＞
ピックアップは、ディスクの一つまたは複数の材料層をピックアップ波長で照射するための、光学的手段を含んでいる。一つの例示的実施形態において、その光放出が光学素子によって（例えば）、またディスクの一方のサイドを通して、材料層の内部に位置する焦点またはその近傍の材料層上に集光されるレーザ光源が想定される。本発明によれば、ピックアップのための要件は、充分な量の電磁気エネルギーを、ベースの十分に小さい表面積に集中または集光させる能力である。従って、本発明の基本的な動作は、ピックアップによって提供される照射によって誘導される、特定の時間および位置での材料層の穿孔である。発光のための好ましい波長は、スペクトルの赤外、可視および紫外部分である。殆どの生物学的サンプル（細胞を含む）および生物学的ドメインで使用される流体は、近赤外放射線を吸収せず、従って赤外線照射によって実質的に影響されないので、赤外領域内の波長が望ましい。
【００８２】
レーザ放出は、３７５ｎｍ超から出発して広範囲の周波数に亘って商業的に入手可能な、コンパクトで且つ低コストのレーザダイオードによって達成されてよい。商業的コンパクトディスク読取り器のための現在のレーザダイオードで入手可能な最大の出力は、約２００ｍＷである。この技術によって達成される最高強度は、近赤外領域にある。例示的実施形態において、使用されるレーザダイオードは、Ｏｓｒａｍ社により製造されたＯＳＲＡＭ  ＰＬ９０＿３である。更なる例示的実施形態において、使用されるレーザダイオードは、ＪＤＳユニフェーズ社により製造されたＩＤＳ  ＳＤＬ−６３８０Ａである。ＪＤＳダイオードはＯＳＲＡＭダイオードよりも低いピーク出力を有するが、そのより良好な熱消失、より小さいスリットサイズ、より狭い遠距離電磁場放出、およびより大きな最大パルス幅によって、より良好な特性を可能にする。本発明の範囲内において、ｑスイッチレーザ、ダイオードパルス固体レーザ（ＤＰＳＳ）、二酸化炭素レーザ、チタンサファイアレーザ遷移レーザ、エキシマレーザ、フラッシュランプ、またはガス放電等を使用してよいことが想定される。
【００８３】
本発明によれば、レーザダイオードは実質的にパルスモードで動作する。デューティーサイクルがレーザ接合の適切な冷却を可能にするために十分に短ければ、パルス形状は、意図した標的に対して望ましいエネルギーを放出し、瞬間的な出力が顕著に大きくなることを可能にするように選択可能である。約７０Ｗに達するピーク出力をもった商業的レーザダイオードが入手可能であり、より高価な溶液を用いれば更に高いピーク率も可能である。
【００８４】
非常に短いパルスを使用する側面は、ベースに蓄積した微小なエネルギーがサンプルおよび周囲領域には殆ど転送されないことである。この熱波は、穿孔スポットから、限定された速度で伝播して除去される。高強度の短いパルスの間に出て行くエネルギーの流れは、入って来るエネルギーの流れよりも小さくすることができ、従って、エネルギーは残留して限定されたスポットの中に集中され、局在化された温度の急峻な上昇は、迅速に効率よく穿孔を生じる。
【００８５】
光学的な集光は、幾つかの光学素子からなる一つの光学システムによって典型的に達成される。ベース上でのビームの最適なコリメーションおよび整列を達成するためには、例えば磁界に置かれた電気コイルによって、一つの素子を異なる向きに動かしてよい。光学経路の最適化は、ディスク露出の要件を考慮に入れることによって行われている。サイドの厚さは顕著なコマ収差および非点収差を生じる可能性があり、これは、小さなスポットが予見されるときには、時として補正するのが困難である。
【００８６】
例示的実施形態において、当該光学システムは、ｆ＝６ｍｍのＭＧ・ＧＬＣＯＯｌコレクタレンズ、ＬｉｔｅＯｎによるＬｉｔｅＯｎ  ＣＤピックアップ（ＮＡ＝０．４５）で構成され、この二つのシステムの間にある実際の焦点は、ＣＤレンズ前面から２５ｍｍである。この特定の構成は、約１０μｓの露出において、約１６ミクロンＪの光強度をベース上に集める。この構成の有効出力密度は、種々の材料層を穿孔するために完全に充分であることが証明されている。ピンホールおよびドイツ国ベルリンのレーザテクニク社による高温計ＰＥＭ１００によって、ベース上の焦点スポット上に効果的にコリメートされた光エネルギーの量を評価および最適化することが可能である。
【００８７】
上記の構成は、オーディオ、ビデオおよびコンピュータデータ保存に応用される、商業的に入手可能なＣＤ装置に実装されたピックアップ構造が本発明に適用されてよく、またレーザをベース上に集光させることは、適切な光学システムを用いて、ベース表面で反射された光の一部を処理することによって可能である。
【００８８】
もう一つの例示的実施形態において、該ピックアップは二以上の光源を含んでよく、そのうちの一つだけがベースを穿孔するために使用される。レンズの集光およびピックアップ位置の決定は異なる光源によって得られ、該光源は低出力の連続的または擬連続的（ＱＣＷ）な波放出であることができる。複数の光源の使用は、同じ光学系を介して、ベースを穿孔するために放射線を吸収し、またベース位置を決定するために放射線を反射するベースを選択することを可能にする。
【００８９】
当該ピックアップ装置は更に、ベース上での電磁気放射線の集光が達成されたかどうかを決定するための光学系を含んでもよい。例えば、フーコー（非点収差）の集光システムを介して分析するときは、光学的フィードバック機構としてベースの部分的反射が使用されてよい。このようなシステムは、ＣＤおよびＤＶＤ媒体のための商業的に入手可能な光学読取り器に実装されている。
【００９０】
本発明におけるピックアップは、集光された光ビームによって微視的対象を操作するために使用される装置に類似している。ピンセットによる抜取りとしても知られるこの動作は、実質的に収束性または発散性である光波前面により発生された電磁気力を使用することにより、一つの対象を保持して動かすことを可能にする。
【００９１】
本発明の範囲内において、本発明のピックアップは、例えば材料層の穿孔による流体プロセスの制御、粒子の抜取り、および微小流体素子に含まれるサンプルの光学的分析を含む、１以上の異なる目的に役立つ装置であってよいことが想定される。また、当該ピックアップは、微小流体装置と接触しないことに留意すべきである。この能力は、汚染を絶対的に回避しなければならない用途、例えば、サンプルの法的分析（外部から内部への汚染）、または有毒もしくは放射能をもった流体の取扱い（内部から外部への汚染）に利用できる。
【００９２】
＜バルブを開くための材料層の穿孔＞
本発明における微小流体の取扱いは、微小流体ネットワークの動的なリアルタイム構成によって調節および実行される。この構成は、材料層の対向側にあるのディスクのサイド内の微小流体素子を、流体連通させることによって達成される。この連結は、一つの微小流体素子から第二の素子へと移動する流体によって、または特定の場所で接触するに至る二つの流体によって使用されてよい。前者は流体バルブと称され、後者は接触樹立と称される。
【００９３】
図２Ａ〜図２Ｅを参照すると、二以上の微小流体素子の接続が示されている。流体連通を達成するために、以下の動作が行われる。電磁気放射線放出２０６が材料層２０５の穿孔が生じる位置に向けられるように、ピックアップ（図示せず）またはディスク２００が配置される。これは、ディスク２００もしくはピックアップ、またはその両者を移動させることによって達成されてよい。集光システム（存在すれば）は、スポットサイズを最小化し、穿孔位置においてエネルギーを材料層２０５上に集中させるために調節される。充分な強度の電磁気放射線がピックアップによって発生され、ディスク２００の頂部サイド２０１および底部サイド２０３内にある微小流体素子間の材料層２０５上に向けられる。このような放射線の強度、その限定された持続時間およびその限定された空間的適用は、微小流体ネットワーク内の流体２０７（またはサンプル）の変化を防止し、または実質的に回避する。エネルギーの蓄積、即ち、材料層２０５によって吸収されたエネルギー画分が、材料層２０５の穿孔（ドリリングとも称する）を生じる。
【００９４】
流体２０７に作用する力、好ましい実施形態では向心力が、穿孔２０８の点を通して、流体２０７を、一方のサイドの微小流体素子から他方のサイドの流体素子へと流す。穿孔２０８の点および得られた開口は、バーチャルレーザバルブ（ＶＬＶ）と称する。これは、典型的には流体２０７が次のステップにアクセスし、または微小流体ネットワークにおける隣接した流体チャンバまたはチャンネルと合体するのを可能にする。
【００９５】
ベースのドリリングまたは穿孔は、アブレージョンおよび溶融を含む異なる物理的現象を介して、または分子結合の破壊または弛緩を介して生じる。それらの相対的な重要度は、エネルギー密度、ピックアップ波長、パルスの持続時間、材料層の組成、電磁気放射線の分極、照射された物体における熱消失の現象、プラズマ波の発生、および穿孔ゾーンの点に隣接する材料の存在に依存する。アブレーションは、特に、熱波が蒸発する材料をプラズマへと駆逐する迅速なプロセスを指称する。溶融は、液相の中間状態を通して生じ、不可避的に、照射された領域からサイドへの熱の部分的な移動を導く。
【００９６】
アブレーションおよび溶融の両者は、ポリマーに衝撃を与えたときに、追加の小さい固体堆積物と共に、例えばＣＯ2のようなガスを生じる可能性がある。両方のプロセスは共に、微小機械装置（ＭＥＭＳ）、ポリマーのレーザ穿孔および切断、金属の穿孔および切断、およびアブレーションによる表面処理を含めて、多くの商業的応用のために工業的に使用される。例えばＬａｍｂｄａ−Ｐｈｙｓｉｋ社によるエキシマレーザを用いた重要で且つ成長中の実験は、紫外線レーザ放出の潜在的能力が、分子結合の直接的な破壊によって高品質の穿孔の達成を可能にし得ることを示している。このタイプのドリリングは高解像度および高品質の穿孔を達成し、これは、ディスク上の微小流体素子の大規模集積を達成する本発明にとっての実質的な利益であり得る。
【００９７】
サイドにおける微小流体素子の寸法に比較して穿孔容積が小さいので、バルブを開くことにより散乱される材料の全量は無視することが可能であり、微小流体素子中の流体に実質的に影響せず、または該流体を変化させない。材料のブラストはサイド内で生じるので、ピックアップは各ブラストから保護される。ここで説明したように、穿孔プロセスは一般には不可逆的である。材料層２０５は、バルブを開くときの穿孔の際に除去される。本発明によれば、材料層２０５は一般に、バルブをその閉鎖状態に修復するために回復することができない。にもかかわらず、本発明は、バルブが閉鎖され得る構成に対して適用されてよい。このような構成の一つには、ガスの流れを可能にできる液相のポリマーが、ガスの流れまたは流体の移動を妨げるために、穿孔の位置、または気密状態で回路に接続されたもう一つの位置で重合する場合が含まれる。熱硬化性材料およびフィブリン接着剤によって、または他の２成分シール剤によっても同様の結果を得ることができる。開放から閉鎖への移行の異なる実施では、バルブを開くことによって開くことができるＴｅｓｌａバルブを使用する。Ｔｅｓｌａバルブは、流体流れの抵抗を増大させて、一つの所定の方向での流体流れを阻止する結果を効果的に達成する。
【００９８】
材料層２０５およびサイド２０１，２０３の光学的特性は、エネルギー蓄積の様式、およびピックアップにより与えられる電磁気放射線の要件の両方を決定する。ポリマーで形成された材料層２０５は、それらの低いエンタルピーの故に有利である。ポリマーを固体状態から液体状態へと変換するために必要とされるエネルギーは、典型的には、金属の場合に必要とされるものよりも小さい。結局、穿孔のためには、より小さいエネルギー密度で充分である。逆に、サイド２０１、２０３は、集光されたピックアップ放出がベース表面に到達する前に散乱されず、また吸収されてサイド材料または隣接する流体のヒートアップを導かないように、光学的特性については、ピックアップ波長において可能な限り透明であるべきである。考慮すべき効果には、複屈折性、表面の光学的品質、および光学厚さの均一性が含まれる。コンパクトディスク用途に使用されるポリカーボネートを含む種々のポリマーは、全体の可視スペクトル並びに近赤外において実質的に透明であり、加えて、表面の良好な光学的品質を示す。
【００９９】
ディスク、チャンバ、チャンネル、フィルタのような本発明の素子、およびそれらのそれぞれの光学的特性は、有利には、特定の用途に適した種々の組成および表面コーティングを有するように提供される。素子の組成は、構造的要件、製造プロセス、および生体適合性を含む試薬適合性／化学的抵抗特性の関数であろう。
【０１００】
即ち、サイドのような本発明の素子は、無機の結晶性もしくは非晶質材料、例えばシリコン、シリカ、石英から、或いはプラスチックのような有機材料、例えばポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリオレフィン、ポリプロピレン、フルオロポリマーおよびメタロセンから製造されるものが提供される。ＳＵ８およびＰＤＭＳのような熱硬化性材料は、実行可能な溶液である。これら材料の表面特性は、特定の用途のために修飾されてよい。表面修飾は、当該技術で既知の方法により達成することができ、この方法にはシラン化、イオン注入および不活性ガスプラズマ（即ち、イオン化を生じるために電流が通過できるガス）での化学処理が含まれるが、これらに限定されない。前記流体に接触している表面の完全な処理のために、同様のプロセスが材料層に適用できるであろう。
【０１０１】
本発明の範囲内において、ディスクの成分は複合体、共重合体またはこれら材料の組合せで製造され得ることが想定され、前記材料、例えば、その中に光学的に透明なガラス表面を生め込んだプラスチック材料で製造された素子は、例えば、ディスクの検出チャンバ、または電磁気放射線を材料層内のバルブ調節エリアに向けて、斯かる層を穿孔するためのレンズおよびミラーを具備している。
【０１０２】
本発明のディスクおよびそれらの各素子は、好ましくは、中でもそのモールディング、スタンピングおよびミリングの容易さの故に、熱可塑性プラスチック、例えばテフロン（登録商標）、ポリエチレン、ポリプロピレン、メチルメタクリレートおよびポリカーボネートから製造される。或いは、このような素子はシリカ、ガラス、石英、または熱硬化性材料で製造することができる。
【０１０３】
本発明による微小分析的流体取扱いシステムは、熱可塑性基板上に置かれた１以上のこれら材料の逐次的適用によって製造される。本発明のディスクは、従来のコンパクトディスク（ＣＤ）のようにして、射出モールド成型された光学的に透明なベース層または光学的ピットを有するサイドを用いて製造されてよい。本発明の範囲内において、当該技術において知られた他の製作または製造方法を使用してよいことが想定される。更に、本発明のバルブ調節を使用した微小流体チップは、材料のこの同じ逐次的適用により製造されてよいことが想定される。
【０１０４】
材料層の穿孔時に、流体は、上サイド、下サイド、または両サイドの材料層に隣接して、またはこれに接触して存在してよい。その場合、穿孔プロセスによって蓄積され、または該プロセスの際に発生されたエネルギーは、当該流体に転移されてよい。非常に稀な構成を除き、このエネルギー転移は、流体の熱容量に比較して無視できるものである。本発明の範囲内において、バルブは１６μＪ未満の光エネルギーで開放され得ることが想定される。ベースのアブレーションに導く全てのエネルギーが１マイクロリットルの水に吸収されても、その温度は約０．００２℃しか増大しないであろう。
【０１０５】
本発明によれば、ピックアップのパルス持続時間または集光特性を変化させることにより、バルブの直径を変更することができ、この特徴は、例えば混合制御において流体の流れ調節が必要である用途において、または流体運動抵抗（その混合を含む）が異なるサイズのバルブによって異なって影響される用途において、効果的に使用することができる。
【０１０６】
本発明の範囲内において、サンプルまたは流体が熱変化によって悪い影響を受ける微小流体構成および用途については、このような熱的変化の何れかを補償するために、ヒートシンクまたはヒートポンプの冷却面を、微小流体ネットワークの中に組込んでよい。
【０１０７】
＜多重化動作＞
本発明の一つの側面においては、バルブの任意の位置が、流体の流れについての論理を実施するために利用される。これは、微小流体装置において行われるプロセスの間の如何なる時点でも実施することができ、この特徴はリアルタイム能と称される。特に興味深いのは、先の動作の結果に依存する論理スキームである。この動作を最も一般的な方法で実行できる微小流体素子は、等価な機能を備えたデジタルエレクトロニクスにおける素子に類似して、以下ではマルチプレクサと称される。
【０１０８】
図３Ａは、マルチプレクサの一つの実施形態を示しており、これは当該ディスクの一方のサイドにおけるＮ個の入力キャピラリー３０３、およびこれに面する該ディスクの他方のサイドにおけるＭ個の出力キャピラリー３０５からなるマトリックスを含んでいる。以下において、二つの流体素子は、それらが少なくとも一つの位置においてベースのみによって分離されているときに、相互に対面しているとみなされる。従って、該マルチプレクサは、１以上の組の入力が、１以上の組の出力と流体連通することを可能にする。一組のキャピラリーとは、二以上のキャピラリーとして理解されるべきである。
【０１０９】
最も単純な場合が図３Ａに示されており、ここでは第一の位置３０１におけるバルブの開口が、第一の入力キャピラリー３０６を第一の出力キャピラリー３０８に接続する。流体連通が可能にされた後に、流体に力を加えることによって、入力キャピラリー３０６から出力キャピラリー３０８への実際の流体の通過が駆動されてよい。このような力の例には、向心力装置を回転させて、入力キャピラリーライン３０６の中に過剰圧力を作用させ、または出力キャピラリーライン３０８の中に過小圧力を作用させることが含まれる。適正な排出設計（図には示されていない）は、移動する流体から下流の流体素子の中に含まれる空気のための、充分な逃散を保証する。
【０１１０】
高レベルの複雑さにまで多重化を拡張することは、対面するキャピラリーのマトリックスにおける交叉点に、多数のバルブを使用することによって達成されてよい。これらのバルブは、設計された入力および出力キャピラリー間の流体連通を可能にする。
【０１１１】
多くの出力への多くの入力間での接続を提供することを除き、当該マルチプレクサは、多くの入力を一つの出力へと接続するために、または一つの入力を多くの出力へと接続するために等しく使用されてよいであろう。このような接続は、それ自身では、第一の場合における均一な混合または第二の場合における均一な分布を保証しないから、この可能な制限は、含まれる異なるバルブが動作する時間を調節することによって、適切な容積の定量化により多重化段階を進めることによって、または中間の多重化ネットワークを導入することによって幾分は緩和されてよい。
【０１１２】
該マルチプレクサは、主に、プログラム可能な装置（例えば本発明で記載したもの）において使用すること、および微小流体装置の異なる素子間のネットワークを相互連結することを意図している。もし多数の入力チャンネルが多数の出力チャンネルに接続されるべきであれば、すべての可能な組み合わせにおいてではないが、多重化ネットワークの物理的サイズは、それを比較的低い集積度の異なる段階に分けることによって低減されてよい。
【０１１３】
一つの例示的実施形態においては、計量計およびマルチプレクサの組合された機能性が、図３Ｂを参照して示される。この実施形態において、本発明によるディスクには入力ウエル３１２，３１３，３１４が装備される。入力ウエル３１２，３１３，３１４は、多重化マトリックス層３１６と流体連通している。該多重化マトリックス層３１６は、計量計ユニット３１７（ここでは全てが同じ寸法を有するように概略的に表されている）に流体的に連結される流体チャンネル格子で構成されている。計量計ユニット３１７は、リアクタチャンバ３１０，３１１と流体連通した区分化された（分離された）多重化ユニット３１８と流体連通している。
【０１１４】
このスキームでは、説明を明瞭にするために、ガス（製造時に装置の中にシールされた空気または他の何れかの不活性ガス）で満たされた素子の中に流体を移動させるために、排出ラインが不可欠の要件であるときにも、該排出ラインは描かれていない。
【０１１５】
この例示的実施形態は、均一なアッセイを行うための一般的な微小流体レイアウトを表している。このアッセイは、基質に対する酵素反応における化合物阻害の測定のために使用することができ、ここでの反応速度（阻害）は、便利な色素の蛍光放出分極を検出することによって、リアルタイムで測定される。本発明の範囲内において、当該技術において知られた他の多くのアッセイが、装置構成に対して実質的な改変を伴うことなく使用され得ることが想定される。
【０１１６】
図３Ｂを続けて参照すると、酵素は入力ウエル３１４の中にピペット注入され、基質は入力ウエル３１３の中にピペット注入され、興味ある化合物は入力ウエル３１２の中に挿入される。ピペット注入される量の知識は必要とされず、入力ウエルの選択は全体的に任意である。本発明によるバルブ３２０およびバルブ３２１の開放は、任意に選択された一つの計量計への興味ある化合物の分配を可能にする。同時に、並行動作を行うために、より多くの計量計を使用することができ、例えばバルブ３２２を開くことによって、化合物は、層３１７の異なる多重化セグメントに接続されたもう一つの計量計の中へと向けられる。同様の動作により、入力ウエル３１３に含められた適切な基質が、バルブ３２３，３２４を開くことによってもう一つの計量計の中に向けられ、また入力ウエル３１４からの酵素は、バルブ３２５および３２６を開くことによって計量計層へと採取される。
【０１１７】
入力ウエルと計量計との間の対応関係は、ユーザによってリアルタイムで定義され、定量化されることが予測される流体の容積および計量計の容量に従って、最適な方法で試薬に対する計量計のマッチングを可能にする。
【０１１８】
計量計のパージは、計量計層上のバルブ３２２，３３０、３３１、区分された多重化層上のバルブ３４１，３４６、３４９、およびリアクタ３１１を流体が最終的に集められる廃棄物リアクタとして決定するバルブ３４７を開いて、計量計の充填物を廃棄物容器の中に向けることによって生じる。本発明の範囲内において、本発明の微小流体ディスクは、流体が微小流体構造体から出ないように構成できることが考えられる。
【０１１９】
実際のアッセイは、必要な量の基質をリアクタ３１０の中に分注することによって行われ、この量は、バルブ３４０の位置選択およびバルブ３４２および３４３の開放によりて決定されるリアクタの選択によって決定される。ユーザが決定する如何なる時点でも、同じ論理を用いて３４８および３５０、３４４および３４５を開くことにより、化合物および酵素を同じリアクタに添加することができる。
【０１２０】
他のバルブを開くことによって、リアクタ層におけるもう一つのリアクタに異なる量の同じ試薬を充填でき、或いは、試験および測定される異なる反応を得るために、試薬（例えば化合物または基質）を入力ウエルの中に保存された他の試薬で置換することができるであろう。更に、反応プロトコル（例えば分注の順序）についても、異なる反応については異なることができるであろう。
【０１２１】
見掛け上の複雑さにもかかわらず、全ての動作は単一のプロセスへと還元されており、これは所望の場所において材料層上のバルブを開放することである。
【０１２２】
この手順は、含まれる流体の種類から独立しており、当該プロセスの間の如何なる時点でも、常にユーザが制御できる。例えば、反応が開始した後の停止剤の添加は、蛍光読取りからのデータに従って決定できるであろう。
【０１２３】
＜容積の定量化＞
本発明のもう一つの側面において、向心力微小流体素子における流体の容積定量を実施するために、バルブの任意の位置が利用される。対応する流体素子を、以下では計量計４００と称する。
【０１２４】
図４は、計量計４００の例示的実施形態を示している。それは、細長い容器４０１からなっており、最長軸は実質的に向心力装置の半径方向に配置される。この軸に沿って、回転軸に近接した装置の一部を上部と称し、回転の中心から遠い部分は下部と称する。計量計の形状および容積は、定量すべき流体の量および定量化プロセスにおける望ましい分解能に従って設計される。本発明によれば、流体は上方部分の入口（図示せず）を通して容器４０１の中に満たされ、流体の導入を可能にするための排出ライン４０２が存在する。
【０１２５】
次に、図５Ａ〜図５Gを参照すると、図５Ａに示すように、装置が回転されるとき、向心力装置は流体を容器の下方部分の中に移動させる。５０３および５０４として示されたキャピラリーは、計量計５００の二つの異なる出口を構成する。キャピラリー出口の一つ（特定の事例では５０３）は、パージラインとして使用される。出力ラインは、計量計を含むサイドの反対側のサイドに位置しており、両サイドは材料層だけで分離されている。出力ラインの全体の数は、特定の用途または実装に依存する。
【０１２６】
定量化プロセスの第一の操作は、計量すべき液体５０５の一部をパージライン５０３の中へと排出することである。この排出は、第一の位置５１０において材料層を穿孔することによりバルブ５１０を開き、当該向心力装置を回転させてこの結果を得ることにより達成される。バルブ５１０によって定義されるレベルよりも上の如何なる液体５０５も、加えられる高真空の結果として、パージライン５０３の中へと流れ、最終的には第一のパージチャンバ５１２の中へと流れる。容器５０１内に残留する液体５０５は、図５Ｃに示すようにメニスカス５１４を形成する。
【０１２７】
容器５０１からの定義された容積の液体５０５の抽出は、容器５０１を第二のキャピラリーライン５０４と流体連通させる第二のキャピラリー５０４ラインに対応した、第二のバルブ５１５を形成することによって行ってよい。第一のバルブ５１０と第二のバルブ５１５間の計量計に含まれる液体は、向心力装置を回転させ、向心力を加えることによって、第二のキャピラリーライン５０４の中に抽出される。容器５０１内のメニスカス５１４に対するバルブの位置および容器５０１の幾何学的形状に関する知識は、第二のキャピラリーライン５０４の中に抽出された液体（これは第二の計量チャンバ５１６の中に流入する）の容積決定を可能にする。
【０１２８】
図の位置５１４において強調されているように、中規模流体素子の中の液体は、一般には顕著なメニスカス５１４を示す。即ち、液体の上部レベルが典型的には平坦でない。この挙動は液体によって変化し、また材料の表面張力、親水性および疎水性に依存し、従ってメニスカスの形状は予測不能である。容積の定量化が実質的にメニスカス形状に関する知識から独立していることは、本発明による利益である。同じ幾何学的条件にあり且つ同じ材料に接触している同じ液体は、同じメニスカス形状を示して、定量化プロセスをメニスカス形状から独立したものにするであろう。
【０１２９】
同じ出力ライン上での種々の液体抽出のために、単一の計量計が使用されてよい。図５Ｆは、第三の位置５２０にある追加のバルブを開くことが、如何にして、微小流体ネットワークの次のステップへと第二の容積の液体抽出を可能にするかを示している。第二の計量された量は、図５Ｇに示す計量されたチャンバ５１６へと送られる。これは、計量計の多重溢流キャピラリーと呼ばれる。
【０１３０】
本発明のもう一つの側面は、単一の計量計の多重出力キャピラリーである。同じ計量計は種々の出力ラインに貢献してよく、計量計を上記の出力ラインに接続する適切な位置にあるバルブを開くことにより、同じ液体が一つの出力ラインへと送られるようになっている。
【０１３１】
定量化は、流体処理と同時にリアルタイムで行われてもよい。例えば、多重出力キャピラリーは、反応が生じている間に反応自身によって提供されるフィードバックに従って、後続の酸または塩基の抽出により反応のｐHを一定に維持するために使用されてよい。
【０１３２】
計量計のもう一つの応用は、遠心分離による流体の相分離にある。例えば血液は、遠心分離および場合によっては追加の試薬（蔗糖もしくは例えばアマーシャム社によるフィコール）によって、計量計の内部でその成分（血漿、リンパ球および赤血球）に分離することができる。分離界面またはその近傍においてバルブを開くことにより、適用可能な方法で、種々の素子の計量計における異なる出力への分離が可能になる。同様の分離は、細胞または溶解物を含む流体、粒子のエマルジョンまたは懸濁液に対しても実行することができる。
【０１３３】
ユーザが望むときに、或る量の流体を分注する能力は、混合においても能動的な役割を有する。例えば、固相の化学的実体の溶媒中への溶解は、液相におけるその濃度に依存する。或る量の流体を「サイホン」形状のキャピラリーの中に分注し、そこでは過剰な液体が、内側半径の位置から出されることが可能である。この量の液体は、拡散を生じさせるのに充分な時間だけ、固層溶質と接触したまま残ることができる。次いで、追加の量の流体がバルブによって先の溶媒を置換し、前記固相（初期溶質濃度は低下している）の追加の溶解のためにその場所に残留することができる。
【０１３４】
＜向心力相位置における転送＞
特に複雑なプロセスが実施されるときの向心力装置における共通の問題は、向心力の単一方向性に関するものである。固定された回転軸を仮定すれば、流体は内側の位置から外側の位置にだけ移動するに過ぎず、当該プロセスは、流体の位置が向心力装置の外縁に達したときに終了する。この特徴は、達成すべきプロセスが多数のステップを含んでいる場合において、向心力装置の使用を排除することになる。以下において、「液体マスの半径方向位置」は、半径方向での液体マスの中心の位置をいう。
【０１３５】
本発明の一つの側面において、上記の制限は、微小流体回路内における本発明のバルブの適切な配置によって克服される。向心力自身によって、サンプル液を半径方向の外側位置から内側位置へと移動させるプロセスは、「再流」と称される。必要なエネルギーは、ここではバッファー流体と称されるもう一つの流体質量の位置エネルギーを犠牲にして得られ、該バッファー流体の唯一の目的は、再流プロセスのためのエネルギーを提供することである。バッファー流体の質量は、ディスク上の如何なる半径に置かれてもよく、該バッファー流体は如何なる密度を有することもできる。全体のエネルギー保存拘束が、バッファー液およびサンプル液の特徴、即ち、バッファー液およびサンプル液のそれぞれの容積、密度、初期半径方向位置、および最終半径方向位置をリンクする。再流のもう一つの可能性は、空気圧または化学的エネルギーの差のような、追加のエネルギー源を使用することにある。次の節「バルブにより駆動される流体移送」で述べるのと類似した方法で、液体をディスクの内側部分に向けて引張りまたは押出すために、ボトルを駆動することができるであろう。空気の過剰圧または過小圧は、例えば、ガス容積を圧縮または減圧する液体マスを有することによって、向心力自身によって発生させることができるであろう。この場合、例えばＴｅｓｌａバルブまたは同様の機能的装置を液体の経路上に有することにより、向心力が減少したときに流体が元に戻るのを回避することによって、エネルギーは保存されることができるであろう。次いで、この保存されたエネルギーは、向心加速度が低下した後の時点で取り戻されて、サンプル流体を再流させるために使用することができる。
【０１３６】
再流法の例示的実施形態は、図６に示したように、以下のステップからなっている。バッファ流体６０１が容器６０２の中に配置される。バッファ流体６０１が如何なる反応またはプロセスにも関与しない限り、使用される液体はディスクの使用から独立している。従って、バッファーの充填は、ディスク製造段階で行われてよい。重要な要件は、容器６０２が気密であること、即ち、空気またはガスが自由に出入りするのを防止するためにシールされることである。サンプル液６１０は、位置６１３を通ってサンプル容器６１２の中へと流れる。この動作のために、サンプル容器６１２は排気ライン６１４を必要とする。これらの条件において、サンプル液６１０は、一般にはキャピラリー６１５を通って流れることができない。何故なら、例えバルブ６１６が既に開かれていたとしても、液体マスの下にトラップされた空気の存在が、その中への液体の流れを妨げるからである。
【０１３７】
流体連通回路に沿った第一のバルブ６０３の開放は、バルブ６１７および６１８が既に開かれていれば、容器６０２および６１２の間の流体連通を可能にする。適切な場合には、トラップと称する追加の容器６２２が、サンプル液６１０を集めるために働くことができる。流体連通が可能になったときに、それは、それ自身では流体の移動を導かない。何故なら、位置エネルギーが局部的最小にあるからであり、バッファー流体６０１は、第二のキャピラリー６０４の中に流れるのを妨げられる。バッファー流体６０１およびサンプル流体６１０は、流体連通回路の機密性を保証するために一体の要素であり、容器６０２，６１２は、この機密性をプロセスが終了するまで維持するように設計される。位置６０５における第二のバルブを開放することは、再流動作を可能にする。この再流動作は、向心力装置を回転させ、それにより、バッファー液６０１およびサンプル液６１０に対して、それらの質量および加速度ａ＝ω2＊ｒに比例した力を作用させすることによって開始される。ここで、ωは当該装置の角速度であり、ｒは液体の半径方向位置であり、コリオリ力は無視する。
【０１３８】
バッファ流体６０１のキャピラリー６０４の中への移動は、流体連通回路の中のガス圧低下を生じる。適切な運動力学的条件のために、これは吸引力をもたらし、サンプル液６１０を位置６１５からトラップキャピラリー６２３の中へと引張り、トラップ６２２の中に含まれるガスを、容器キャピラリー６２４を通して容器６０２の中へと移動させる。吸引は、それによって力が液体に対して作用するプロセスであり、その表面の一部を覆う低下したガス圧を理由とするものである。
【０１３９】
サンプル液６１０がトラップ６２２に到達したときに、向心力は、それをトラップ６２２の底部に向けて移動させる。容器キャピラリー６２４の吸引は、サンプル液６１０に対して作用せずに、該液体マス上のガスに対して作用する結果、トラップ６２２に含まれるサンプル液６１０は容器キャピラリー６２４の中に侵入しないようになっている。
【０１４０】
全体のサンプル液６１０がトラップ６２２の中に吸引されてしまったときには、この流通回路は最早気密ではなく、大気圧は、排気ライン６１４を通して、または入力ライン６１３を通して、容器６１２、トラップキャピラリー６２３、トラップ６２２、容器キャピラリー６２４、および容器６０２の中へと導入される。この時点で、向心力装置は未だ回転しており、バッファ流体は完全に出口キャピラリー６０４の中へと移動し、再流動作の最終状態は、容器６１２からトラップ容器６２２へと移動したサンプル液６１０からなっている。
【０１４１】
この再流動作は、より長いプロセスが、所定の向心力装置で実行されることを可能にする。サンプル容器６１２よりも小さい半径方向距離にあるトラップ容器６２２を用いれば、長いプロセスは次のようにして細分化することができる。最初の一連のステップは、サンプル容器６１２と同等の、半径方向の内側位置から外側位置へと液体を移動させることによって実行されてよい。次いで、再流が適用されて、液体を当該プロセスの残部が実行されるトラップ容器６２２へと運ばれ、半径方向内側位置から外側位置へと再度移動される。再流動作の数は、一般には、ディスクにロードされるバッファー液の量、およびその半径方向の位置によってのみ制限される。
【０１４２】
サンプル容器６１２およびバッファ容器６０２の相対的な半径方向位置、およびトラップ容器６２２の相対的な半径方向位置は任意である。しかし、所定組の相対的半径方向位置は、所定のサンプル液質量のためのバッファー液の最小量を決定するであろう。半径方向位置の選択は、入力ポートおよび出力ポートの必要な構成によって駆動されてよい。例えば、入力ポートは、ディスクの頂部再度を覆う矩形アレイの中に分布されてよく、またバッファー液容器は、ディスク上で利用可能な最小の半径方向位置に配置されたトラップの中へ入力液を再流させるために使用されてよい。典型的には、アクセス可能な最小半径は、スピンドル支持体回りの周縁に対応する。最大の半径方向位置において一般に利用可能なプロセスの出力は、同じ再流手順を用いて、入力として使用されたのと同じアレイを含む、当該装置の頂部表面に均一に分布されたアレイの中に移送されてよい。
【０１４３】
再流に取り入れることができる再流に類似した機能は、生物学的または化学的プロトコールの際の洗浄ステップにある。この洗浄手順は、適切な形状の容器の中に収容された液体の、当該ディスクの内側部分に向けた吸引によって実施される結果、洗浄の後に、当該容器は未だ流出しない他の液体で満たされることができるようになっている。この手順は、不均一なアッセイの実行のために特に関連しており、既に説明した種々の再流方法によって実施することができる。本発明の範囲内において、バッファー流体６０１は液体または気体であることができると思われる。
【０１４４】
＜ピックアップの位置決めシステム＞
本発明の一つの側面は、所定の時間における、ディスク参照フレームに対するピックアップ位置の設定および知識に関する。この位置は、集光位置、極位置、および半径位置に分解されてよい。これらの方向は、回転ディスクの参照フレームにおけるピックアップヘッドの円筒形座標であり、回転軸は円筒軸に対応している。
【０１４５】
ベース表面に対するピックアップヘッドの集光運動は既に説明されており、集光光学系もしくは光源の一つ、または何れか他の光学素子の、「音声コイル」運動によって達成することができる。実際に、標準のコンパクトディスクドライブに採用されている集光機構は、半径方向でのレンズ移動の微細調節と共にこの動作を行う。
【０１４６】
ピックアップの半径方向での位置決めは、ピックアップアセンブリーの粗い移動と共に、先に述べた音声コイルによって達成されてよい。リニアモータ、ＤＣモータ、サーボモータ、およびステッパモータを含む異なる型のモータが、この移動を達成してよい。ディスクをその軸の回りに回転させることは、所定の瞬間におけるピックアップの極位置決めを実行する。
【０１４７】
従来の一つの解決策には、高解像度の光学エンコーダを使用することが含まれている：即ち、極位置のための回転エンコーダ、および半径方向位置のための線型エンコーダである。加えて、ディスクに保存された半径方向および極方向のデジタルでコード化された情報は、本明細書の一部として援用される以下の技術に従って、何処に該スポットが向けられるかを決定するために使用されてよい：Ｇｏｒｄｏｎ（米国特許第６，３２７，０３１号、ＵＳ２２０８５２０２Ａ１）は、サンプルの分析を実施するための装置および方法を教示している；Ｖｉｒｔａｎｅｎ（米国特許第６，０３０，５８１号）は、ディスク中の実験室を教示している；Ｍｉａｎ等（ＵＳ２００１／００５５８１２Ａ１）は、オンボード・インフォーマティクスを用いて微小流体システム内で流体の移動を駆動するために、向心的加速度を使用するための装置および方法を教示している。
【０１４８】
本発明の一つの例示的実施形態では、ピックアップヘッドの半径方向位置および極位置を決定するための方法が提供される。即ち、回転する装置のマーカーによって誘導されたピックアップからの信号頻度から測定されたタイミング情報を使用することにより、ディスクの参照フレームにおいて、半径方向および極方向での位置が決定される。このピックアップは、（商業的ＣＤドライバピックアップにおけると同様に）走査された表面から反射された光を測定する。
【０１４９】
マーカーは一般に、ベース上の特定の光学的性質を備えたラインであり、極座標位置は半径の関数として変化する。特定の光学的性質の例は、該マーカーの周囲の領域に比較して高いかまたは低い反射率である。また、該マカーはサイド上に位置してもよく、また特有の光学的性質（反射性、吸光性または蛍光放出を含むものとして定義される）を備えた液体で満たされたキャピラリーを含んでもよい。反射率の変化が検出されてよく、信号を提供し、その時間が記録されてもよい。これは、本発明におけるマーカー信号の時間として言及される。
【０１５０】
当該装置の回転速度が少なくとも１回転周期に亘って一定であれば、該マーカー信号はディスクの回転周期の正確な測定を提供し、従ってその瞬間的な回転速度の測定を提供する。回転周期で割られたマーカー信号の発生からの経過時間は、それ自身が、当該ディスクに対するピックアップの極座標位置の測定値である。本発明によれば、極座標への単純な変換のための解決策は、従って直線のマーカーであり、ここでは全ての点が固定された極座標（ゼロに等しい極角度）を有し、先に述べたπを２回乗じた比率は所定の瞬間における極座標角度位置を示す。
【０１５１】
前記二つの極座標角度の差が半径方向位置の一定でない関数であるとすれば、第二のマーカーの追加が、半径方向位置の測定を可能にする。一定でない関数の一例は次の通りである：
極座標＝半径方向座標＊定数１＋定数２
【０１５２】
典型的には、瞬間的なピックアップ位置に対する必要な極座標および半径方向座標の解像度を維持しながら、ディスクの限定された角度区画を占有するために、他の特定の形状（これも誘導可能でなく且つ非連続的またはジグザグの形状）が想定可能である。回転周期および二つのマーカー間の時間差の知識を用いて、第一のマーカーに対する第二のマーカーの極座標位置が決定されてよい。二つのマーカーの形状が与えられれば、局座標位置における差を使用して、ディスク参照フレームにおけるピックアップの半径方向位置が決定される。
【０１５３】
本発明によれば、第二のマーカーの性質が第一のマーカーの性質とは異なる結果として、二つのマーカーは、ピックアップによって生じる信号に基づいて識別できるようになっている。適切な性質には、反射率、幅、構造、およびラインデュプリケーション等が含まれる。
【０１５４】
この方法は、ディスクが、半径方向座標および極座標のための起点を定義する固定された既知軸の回りを回転することを仮定している。実際の場合、取外し可能なディスクは、スピンドル支持体上に装着されるときに位置ズレを生じるので、実際の回転軸は必ずしも予想位置とは一致しない。この問題に対処するために、ディスクの実際の回転軸を決定するための追加のマーカーを設けてもよい。より詳細に言えば、仮定された軸位置を確認するために、マーカー間の時間差の測定を使用してもよい。既知形状の三つ以上のマーカーを用いれば、それらの間の時間差には軸位置に関する情報が含まれる。軸位置は、測定された時間差と、所定の軸位置に基づいて予想された時間差との間の相違を最小化することによって推論されてよい。
【０１５５】
この方法はまた、装置外周の外側にある軸の回りで回転する装置にも適用されてよい。矩形ディスクの場合、測定されるディスクに関するピックアップヘッドの相対的位置だけでなく、ディスク上の充分な数のマーカーに基づいて、回転軸（回転を含む）に対するディスク位置が測定されてよい。必要なマーカーの数は必要とされる正確さに依存する。
【０１５６】
＜温度のモニタリングおよび制御＞
ディスクの構造に起因して、その温度は、外部熱源または冷却源を適用することにより制御されてよい。サイドは、熱放射線、特に赤外もしくはマイクロ波光スペクトルにおける電磁気放射線に対して、透明または吸収性を有してよい。対流、抵抗加熱および誘導加熱を含む、放射線以外の他の熱交換機構が使用され得ることが理解される。集積された微小流体装置については、局部温度を決定する手段を有することが屡々有用である。特に、局部温度を決定することは、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）のために必要とされるような、迅速に変化する熱サイクルのために有用である。
【０１５７】
ディスクの二層構造はまた、二つの対面する容器を可能にする：一つは、その温度がモニタリングを必要とするサンプル流体のために使用され、もう一つは温度測定上の液体を収容するためのものである。好ましい実施形態において、温度測定液は水またはアルコールに基づくものである。材料層の厚さ故に、一般には二つの流体マスの間に大きな熱伝導が存在するので、温度測定液の温度はサンプル液の温度として近似されてよい。この温度測定液の温度は、基準温度でのその容積に対する当該流体の相対的膨張係数を測定することによって、古典的な温度計としてモニターされてよい。従って、キャピラリーの中に収容された液体は、容器内側の液体の容積膨張に従って移動するので、その位置の決定は温度モニタリングを提供する。
【０１５８】
或いは、ピックアップ光自身を流体の局部加熱のために使用してよい。ピックアップ光を集光させずに材料層の大きな面積を照射することによって、材料層の吸収、または液体が選択されるならば温度測定流体の吸収が、エネルギーをサンプル流体中の熱として消失させ、その温度の上昇を生じる。
【０１５９】
更に、キャピラリーの中の空気／液対界面に対応する反射率の変化を評価することにより、ピックアップ自身を使用して、温度測定流体のメニスカスの位置をモニターしてもよい。この評価は、上記で述べた集光フィードバック機構によって行ってよい。
【０１６０】
＜電気的接続＞
本発明によれば、ベースは、微小流体回路の異なる部分および位置に対する電気的接続を与えるように使用してよい。ベースが絶縁体であるとすれば、金属、導電性ポリマー、導電性インクおよびグラファイトを含む導電性材料の薄層を堆積するために、種々の技術が利用可能である。幾つかの技術（例えば金属の無電解化学堆積）もまた、光リソグラフィー技術を介して、特定の形状およびパターンで導電体を堆積し、電気的ライン分布を形成することを可能にする。これらの電気的ラインは、例えば電気泳動のための電界を発生させるために、またはディスク上に存在する素子に電力を提供するために使用してよい。この電気的接続は、ディスク自身に対して電力を供給してよく（ミクロバッテリー）、または磁界の存在を利用して、ディスクの回転の故に導電体に電界を誘導して電位差を生じさせてもよい。特に、磁界は回転するディスクに対して見掛けの電界を誘導するために使用することができ、磁界は電流の発生のために、または例えばパッチクランプ、電圧感受性プローブ色素および電気泳動のようなプロトコールで必要とされる見掛けの電界を発生させるために使用される。
【０１６１】
或いは、導電体は、スピンドル支持体に対する電気的接続を有することができ、該接続は典型的には機械的接触によるものであり、これはその後、回転軸に対して同軸の導電体を介したブラシ接触によって、または導電性液体接続によって、装置の固定部分に接続される。
【０１６２】
＜検出装置＞
本発明の一つの目的は、プログラム可能な融通性のある自動化された流体の操作を実行することである。殆どの応用において、反応生成物の検出は、プロセスの結果である観察可能な量の何等かの検出を意味し、当該装置の実際的な使用のために重要である。
【０１６３】
本発明の装置においては、ベース上への集光を行うために当該装置に存在する読出しを使用することによって、種々の動作のためにピックアップ自身を使用することが可能である。ピックアップの焦点に存在する材料の反射率情報は、バルブおよびディスク動作の範囲だけでなく、流体プロセスに関するデータを生じるためにも使用してよい。
【０１６４】
本発明のもう一つの例示的実施形態において、共焦点顕微鏡と同様にピックアップを使用して画像を発生させるために、反射された光は、ピックアップの位置（空間的）に関連付けられてよい。二次元画像は、回転させている間にピックアップの半径方向位置を変化させ、例えばデジタル化によってピックアップからのデータを集めることにより、容易に構築することができる。三次元画像（光学系の共焦点特性を介して）は、ピックアップの集光運動を使用し、またベースからのピックアップの距離を変化させることによって構築されてよい。共焦点光学系によって達成可能な低い焦点深度に起因して、当該流体（および該流体の中に含まれる検出可能なサイズおよび光学特性を有する物体）の三次元画像は、分析目的のために収集および保存されてよい。例えば、流体中に存在する細胞に適用される計数方法が可能であり、また小容積のサンプル中に存在するデータの統計学的有意差を増大させるためには容積走査が有益である。
【０１６５】
本発明の更にもう一つの実施形態において、ディスクは本質的に平坦で、典型的には透明な、流体を含む薄い基板であり、これは追加の装置を含んでもよい。これらの追加の装置は、当該ディスクに含まれる流体に関する情報を収集するために使用されてよい。これらの装置は、バイオセンサ、トランスデューサ、または組織、細胞および分子のアレイであることができるであろう。例えば、標準のウエルプレートリーダスキャナは、熱量分析、蛍光検出、および放射能放出測定を目的として、非常に広い電磁気スペクトル範囲で、ディスクに含まれる流体の光学的性質に関する情報を収集することができる。
【０１６６】
更にもう一つの実施形態において、当該ディスクは光学的媒体として使用することができ、ここでは光が集められ、おそらくは当該表面に集積されたプリズム、レンズまたは他の微小光学素子を使用して、内部反射によって転送される。
【０１６７】
もう一つの可能な読み出し技術は、製造プロセスの際に、サイドまたはベース材料にシンチレーション色素を負荷することに依拠する。当該アッセイに関連した放射能は、該シンチレーション材料の内部で光信号に変換され、その光強度がサンプルの放射能の測定値として使用される。サンプルに対面し且つベースのみでそれから分離された微小流体素子に、液体シンチレータを負荷することによっても同じ結果を得ることができる。
【０１６８】
本発明の範囲内において、ボード外の検出を利用してもよいことが想定される。その例には、質量スペクトロメータ、ガンマ線、Ｘ線または中性子ビームの照射、およびクロマトグラフィーが含まれる。微小流体ネットワーク内に含まれる除去可能な素子、例えば剥離ＭＡＬＤＩ標的ホイル等は、本発明のサイドの中に組込むことができる。これら剥離標的表面は、それらが興味あるサンプルの収集のために使用されるチャンバのサイドを形成するように、有利に配置することができる。
【０１６９】
＜混合＞
微小流体装置において、流体力学は層流によって典型的に支配される。この意味で、混合（対流または乱流のような異なる現象の故にマクロ世界の性質である）は、重要な問題を構成する。本発明によれば、種々の混合法が使用されてよい。磁気ビーズは、キャピラリーを通して流体の中に輸送されてよく、またディスクが回転しているときに静的磁界の存在によって（または可変磁界を介して）、外部から撹拌することができる。もう一つの方法は、材料層の弾性を使用するものであり、振動する容器に面した材料層を有する。この振動は異なる方法：機械的に誘導され、または外部の電界もしくは磁界により誘導される方法で達成されてよい。
【０１７０】
本発明によるもう一つの方法は、共鳴回転周波数での振動および捩れモードの発生を含む、回転するディスクの角速度および方向の変化を使用する。
更なる方法は、ディスクのチャンネルの内側に乱流を発生させるためのコリオリ力の使用にある。
【０１７１】
或いは、ディスクの回転速度を変化させることによって、流体はキャピラリーに沿って交互の方向に循環されてよい。逆方向は、容器の中に圧縮された空気（またはガス）から生じる空気圧によって容易に得られ、該空気圧は、ディスクの回転速度が低下したときに、保存されたエネルギーを流体に戻す。
或いは、適切な形状の微小流体素子（例えばキャピラリー）については、単純な拡散が非常に効果的であることができる。
【０１７２】
当該バルブはまた、混合において能動的な役割を有することができるであろう。混合すべき小量の二つの流体を交互に同じ容器またはキャピラリーの中に取ることによって、界面の表面が増大し、従って拡散による混合が増大する。計量計の出力を使用することにより混合効率を改善する目的で、複数の流体の短いプラグが、キャピラリーの内側で交番することができるであろう。
【０１７３】
図７（８）に示したように、本開示に従う微小流体回路の構成は、二つのサイドの表面に構築された構造体を有することを特徴とし、これはそれらの間のフィルムと共に、適切な設計に従って相互に対面するようにアセンブリーされる。特定の製造技術は、微小構造体の設計において特定の対策を包含する。例えば、射出モールド技術におけるＶＬＶに基づく微小構造体の素子の大きな密度は、離型力が、微小流体構造を含むポリマー基板をモールドから除去するように設計された抽出手段の能力を越え得るようなものである。
【０１７４】
如何なる特定の理論にも拘束されるものではないが、これは種々の因子、例えば冷却の際のポリマーおよびモールドの異なる収縮、モールド表面の微小キャビティーの中に侵入する高メルトフローポリマーの機械的粘着、および当該パーツに対する大気圧のような従来の他の理由によるものであると考えられる。パーツの脱型を改善するために、注意深い設計の解決法が提示されてきた。当該開示に従うこれら設計による解決策には以下のものが含まれるが、これらに限定されない：即ち、構造体角度をテーパさせること、モールドの内部の挿入物におけるポリマーのための狭い通路を回避すること、および材料中の歪みを減少させるために最適化された丸みを付した形状にすることである。
【０１７５】
この開示に従うキャピラリーは、端部に丸みを付して設計され、それによって、当該構造を取囲むポリマー鎖に顕著な歪みを導入するような、端部での、およびキャピラリー経路に沿った鋭角のコーナーを回避する。モールド挿入物の表面粗さは注意深く制御され、許容可能なレベルに維持される；同じ原理が、モールド挿入物の複製に使用されるマスターにも同様に適用される。
【０１７６】
本発明に従ってＶＬＶ技術により可能にされる動作には、計量および多重化が含まれる。この機能性は、開示に従っう計量計の充填、計量計のパージ、計量計の抽出、計量計の通気、チャンネルのルーティングのような、他の基本的動作を介して達成される。従って、これらの動作は開示に従って実行され、また広範に特徴付けされており、微小流体回路内の最小空間を利用してタンパク質の希釈およびアッセイ読出しを効率的に行うことができる、図７Ｂで説明したような小型化されたフォーマットでの複雑なアッセイの実現を可能にする。
【０１７７】
これらの動作は、図８に示されたような微小流体構造内で行われ、該構造は次のような種々の微小流体素子を有する：即ち、入口８０１、入口マルチプレクサ８０２、パージカラム８０３、およびリアクタカラム８０４、計量計８０５、マルチプレクサ８０６、パージおよび通気８０７、整列マーカー８０８、および同期ライン８０９である。本発明による幾つかの例示的実施形態では、許容された経路を正しく通る液体流だけでなく、空気でさえも、それが力を生じる（典型的には１０００×小さいが、時には更に高いカラムによって発生される）ことができ、特に計量計の充填の間に、不必要な一時的な過剰圧を生じることなく、チャンバ自身から外界へ（または再循環スキームではもう一つのキャビティーへ）と迅速に逃散するであろう事実において、関連するようになり得ることが望ましい。この理由で、パージおよび喚起回路のインピーダンスは、図９に示すように適合されることができ、ここでは空気流を促進するために、複数の経路９０１、９０２および９０３が形成されることができる。
【０１７８】
本発明によれば、種々の使用および応用の分野が、ＶＬＶに基づく技術を有利に利用することができ、その有用性には酵素アッセイ、化学、燃料電池、電気泳動のような読出し方法、食品分析、香料合成、放射能流体、不均一な生化学アッセイ、一次サンプルの同定のための法医学的用途、結晶学、ゲノム科学、細胞に基づく実験および診断方法が含まれるが、これらに限定されない。
【０１７９】
図１０を参照した一つの例示的実施形態において、本開示によるＶＬＶ技術は、ＶＬＶ１００８および１００７により、入口１００５に含まれている細胞を計量計１００６の中へ導入することを可能にする。本開示によるシステムに加わる向心加速度に従って、細胞または他の生物学的物質は懸濁液中に留まる傾向があり、計量計の底部１００３において濃縮され易く、更にはその底面のコンパクトな領域においてペレット化され易い。
【０１８０】
例えばＶＬＶ１００２を通して適切な場所でパージが行われれば、同一または他の接続、例えばＶＬＶ１００９および１０１０により形成されたものによって、更に流体を導入することが可能であることが明らかである。これらの流体は細胞を灌流し、従って問題の細胞と相互作用するのに適したトレーサ、バッファー、増殖培地、塩または何れか他の試薬を導入するための手段を形成し、それらの状態の改変、または単純に当該システムの何れかの性質の読出しを可能にする。当該流体はまた、先の流体を単純に置換し、従って細胞と相互作用した液体を除去し、従って間接的に相互作用する役割を有することができるであろう。
【０１８１】
本開示に従うこの方法を用いれば、単一の細胞サンプルを供えた単一の計量計が、単一の灌流から数百以下の灌流ステップで、同時にまたは逐次的に複数の試薬を受け得るであろうことは明らかである。相互作用の結果は、各ステップの後または方法の終了時に、例えば種々のパラメータのリアルタイムでの光学的検査によってインターロゲートすることができる。灌流は、例えば迅速混合（能動的または受動的方法で）を発生させることにより、または計量計の異なる位置に亘って異なる濃度の灌流剤を発生させるために拡散からの利益を得ることによって、異なる方法で生じることができる：後者の場合、濃度に依存した実験は、異なる計量計位置における流体または細胞を、時間の関数としてインターロゲートすることにより行うことができるであろう。この同じ方法は、細胞から、計量計ビーズ、ミセルまたは細胞成分（例えば溶解物、ミクロソーム、小胞;、細胞核など）等の表面に固定されたタグ、分子、結晶または粒子を含む不均一アッセイにまで拡大することができる。
【０１８２】
これらの不均一成分は、灌流流体と共に本開示に従う計量計から出て行かないために、灌流流体とは異なる密度を有することによって、また表面壁との相互作用（ＤＮＡスポッティングが一例である）、外部もしくは内部の磁界との磁気的相互作用、光照射（例えばレーザピンセット）、電界、音波（例えば超音波）、カラム、充填されたビーズもしくはノズルのような機械的篩い分け剤、または計量計（例えば、それらのサイズは流体流れを流すために大きい）からのそれらの逃散を妨げる機械的手段によって、異なる力を受けることができるであろう。また、流体が流体分子よりも大きい物体の通過を防止するために、または閉じられた流体ラインに沿って不均一な成分をトラップする特定の流体流れを誘導するために、本開示に従って専用の計量計を設計することもできるであろう。
【０１８３】
例えばゲノム科学のような特定の応用分野における典型的なニーズと組合された、ＶＬＶに基づく微小流体構造を用いた成功裏の動作および実験は、種々の利点を伴った異なる設計の解決策を刺激して来た。ゲノム科学においては、特に大きなダイナミックレンジに亘る正確な計量の必要性が、屡々、サンプル組合せ（例えば、プールされたサンプルのスクリーニング）、またはＶＬＶ技術およびアッセイ多重化技術もしくはマイクロアレイの組合せにおける大きな融通性によって置換される。ＳＮＰ探索および一次サンプル（血液または他の生物学的流体もしくは組織）の直接分析は、本開示によるＶＬＶ技術および適切なアッセイ化学によって微小流体構造に導入され得るアッセイタイプの二つの例を構成する。
【０１８４】
同時に、実装されたサイド−ベース−サイドのサンドイッチ結合構造における実験感度は非常に高く、有用な読出しのために使用されるサンプルの量は約数ナノリットルと少なく、光学的読出し経路および検出方法の適切な設計によって更に減少可能であることが、実験データによって示された。
【０１８５】
この読出し能力は、新たな設計による解決策の可能性を開くものであり、ここでは所定の微小流体構造により増大した量の結果を得ることができ、アッセイ当りのコスト、スループット、および所定のサンプルによって抽出できる情報量の点での利点が伴う。
【０１８６】
流体分注および計量のための解決策は、プロファイリングカードのために既に開発された開示に従うミクロ流体設計に基づいており、該カードは、最適化の標的としての酵素プロファイリングと共に設計されたものである。
【０１８７】
プロファイリングカードのための異なる微小流体設計は、図８、図９、図１０、図１１および図１２に表されている。本開示に従うこれらの設計は、最初に、それぞれ入口キャピラリー１２０３および１２０４を通して計量計（例えば１２０１および１２０２として図１２に標識されたもの）に流体を充填することにより、分注動作を行うことを可能にする。本開示の範囲内において、流体の入力は容器の頂部または底部から実行できることが想定される。
【０１８８】
本開示に従うこれらの異なる設計は、入口に接続された第１列１２０５における計量計は頂部から充填できる一方、他の場所の計量計は底部から充填できるので、頑丈である。最初の場合において、流体は同じ計量計の底に行くのに対して、入口から該液体に混合された空気は液体マスを通して実際にバブリングすることなく通気ラインから逃げるから、液体中にトラップされた可能な空気泡は計量計の内側で分離されることができるので、これは有用である。
【０１８９】
底部から計量計の中に侵入する空気のプラグは、時として、一つのＶＬＶにより形成された計量計の入口において、「スナップ−オフ」効果により小さな泡を生じる。逆に、他の計量計によって充填され、従って当該計量計の実際の容量を越えない量の液体を充填される計量計については、底部からの充填が好ましい。何故なら、流体速度に関する動的効果が、一つのリアクタ内で混合される２以上の流体間でのより効果的な混合能力の原因だからである。
【０１９０】
一つの計量計内での計量能力は、本来的に、抽出可能な容積において幾つかの制限を有している：即ち、上限は一つの計量計の容積によるものであり、下限は最小の抽出可能容積によるものである。上限は、実際的には利用可能な流体の全体の量によって与えられるが、原理的に、最小容積には理論的制限はない。本開示に従えば、最小の抽出可能容積は、抽出のために発生されたＶＬＶ上の液体に対して作用する力に依存する。向心力システムにおけるこれらの力は、典型的には、抽出ＶＬＶ上の液体カラムの「半径方向高さ」、および当該システムの向心加速度によって決定される。所定の向心加速度について、流体力を克服でき、従って流体がＶＬＶを通って計量計から外へと移動することを可能にする流体カラムの最小高さが存在することは明らかである。
【０１９１】
この高さは、実際には計量計の幅および深さから独立している。従って、種々の応用において有用な、極めて小さい容積の抽出を可能にする解決策は、本開示に従って、最小の深さおよび最小の幅を有する計量計を設計し、所定の抽出高さ（抽出ＶＬＶ上の流体のカラムの高さ）に対応する流体の容積を最小化することである。
【０１９２】
本開示に従って、計量計の場所で分注動作のためにキャピラリーを使用することが、実施可能にする解決策として認定された。この構成は、優れた正確さおよび再現性で極めて小容積の抽出を可能にするものであり、「キャピラリー分注」と称される。「キャピラリー分注」の追加の利点は、キャピラリーメニスカスが極めて良く定義され、その位置の不確実さが微小な容積に対応するとう事実にある。本開示によるキャピラリー分注法は、図１２および図１３に表されている。
【０１９３】
図１３に示した本開示に従う一つの例示的実施形態において、計量計は、既知量の流体の直接分注には使用されず、中間ステップとして、キャピラリーを充填するために使用される。種々のステップは、図１３におけるａ〜ｆのシーケンスでラベルされており、以下の方法によって表すことができる：例えば、約２００ｎＬの容積を有する計量計１３０１は、入口ＶＬＶ１３０２によって流体を充填され、ここでは該計量計の中に含まれるガス（空気、窒素、アルゴンまたは他の何れか適切なガス）が、パージＶＬＶ１３０３および１３０４を通ってパージ（または閉じたガス再循環システム構成）へと逃散する。位置１３０５にメニスカスがあるので、ガスがキャピラリーから出ることができるとすれば、該キャピラリー１３０６は、ＶＬＶ１３０７（メニスカスレベルの下に位置する）を通して流体を充填されることができる。
【０１９４】
ガスを逃がすための種々の方法が存在する：即ち、通気ラインに接続されたキャピラリーを有することによるもの（ここでの通気は初期メニスカスの位置１３０７の上である）であるが、該キャピラリーはまた、ＶＬＶ１３０８および１３０９を介して第二のキャピラリー（該カードの同じ側にある）に接続され、該第二のキャピラリーはＶＬＶ１３１０を介して元の計量計に接続される。
【０１９５】
本開示に従う一つの例示的実施形態では、通気ラインもまた、第二の計量計に接続されたキャピラリーであることができ、その場合、第二の計量計は、ＶＬＶよりも上の超過した全ての流体を計量計１３０１の中に集める「トラップ」として使用されてよく、従って、単一の動作で計量計１３０１とキャピラリー１３０６の間の流体連通を中断する（即ち計量計１３０１の更なるパージングの必要性がない）。
【０１９６】
もう一つの例示的実施形態においては、一緒に接続されたキャピラリー１３０６、１３１１および１３１２から空気が逃散できるだけでなく、図の素子の外側におけるガスまたは流体の正味の循環は存在せず、単一の計量計が分注動作のために使用される（あたかも中間ステップなしに抽出されるかのように）。キャピラリーに含まれる流体を計量計の中に含まれる流体から分離するためのもう一つの可能性は、ＶＬＶ１３１３を開くことによって計量計を単純にパージすることである（該ＶＬＶは、図に示すようにパージライン自身の上にあってもよく、またはその後の流体動作のために流体を回収するために、もう一つの計量計に向うもう一つのキャピラリーに接続されることもできるであろう）。該キャピラリーが計量計から単離されたら、該キャピラリーを、ＶＬＶ１３１４および１３１５（計量計の通気ラインは図示しない）によって更、に大きな半径の流体素子（例えばもう一つの計量計）に接続するだけで十分であり、ここでの流体は典型的な「Ｕ」形状の構成の中にトラップされる。重要なのは、この小量のサンプルの希釈を達成するためには、計量計１３１６に既知量のバッファーを添加することで充分であり、これにより計量された容量が混合されて（受動混合または能動混合による）、既知容積が与えられれば既知の希釈倍率を生じることに留意することである。
【０１９７】
本開示の範囲内において、最後のステップは、同じ列上に「Ｕ」字連結の底部分を有する種々の「キャピラリー分注機」と共用できることが想定される：これは、マルチプレクサの水平列を節約して、種々の試薬または流体が同じリアクタに送給されなければならない典型的な場合である。加えて、キャピラリー分注機からの抽出ＶＬＶは、必ずしも流体の「Ｕ」形状構成の底にある必要はなく、「Ｕ」形状構成の中にトラップされた流体の最小位置の下（例えば二つのキャピラリーの一方に沿って）または上で行われてもよい。後者の場合、全ての流体が抽出される訳ではなく、出力における容積はこれに対応して減少する。これは、後の段階で、また恐らくは異なる出力へと、残留する流体をキャピラリー分注機から抽出することを可能にする。この点において、「キャピラリー分注機」は、計量計のような、多重出力多重溢出の計量素子である。
【０１９８】
計量能力の一例として、断面が５０×５０ミクロンの典型的なキャピラリーは、０．４mmの直線長さ毎に約１ｎLの流体を含んでいる。約１０μｍのＶＬＶ配置精度および約１００μｍの抽出可能な流体高さを仮定すれば、約２５０ｐＬと低い容積に対して、約２５ｐＬの潜在的な計量精度を達成することができる。同じパラメータを仮定すれば、約２００×１０００×１０００μｍの計量計からの最小の抽出可能容積は約４０ｎＬであり、異なる形状の結果としての異なるメニスカス位置の不確実性に起因して、その解像度は異なる。最小抽出可能容積は、異なる幅（例えば約１０００μｍ〜約１μｍ）および異なる深さ（例えば約５００μｍ〜約１μｍ）のキャピラリーを有することによって、容易に増大または減少させることができるであろう。
【０１９９】
抽出可能な容積の範囲は、先の例に従って計算することができる。一つの計量計から複数の異なる幅および深さをもった抽出キャピラリーを得ることは、流体を計量計から直接抽出できるＶＬＶに基づく装置の設計を可能にし、またキャピラリー分注のために使用されるキャピラリーの適切な選択が広範な容積に亘ることを可能にする。
【０２００】
異なる容積を選択する能力は、他の方法でも利用することができる：例えば、計量計におけるＶＬＶ１３０７のための適切な位置を決定することにより、原理的には連続的に変化し得るＶＬＶの配置制度によってだけ制限される、抽出された流体のアナログ計量を可能にする。異なる容量はまた、水平キャピラリー１３１１の長さを変化することによって、或いは、好ましくはＶＬＶ１３０９および１３０８を接続するためのマルチプレクサにおける異なる列を選択することによって、決定することができる。より高い列は、より小さい容量を決定する一方、より低い列はより高い容積を決定するであろう。このアプローチでは、異なる容積が、列間の距離によって定量化される（約５０×５０μｍの断面の縦キャピラリーで、約１００μｍのマルチプレクサの水平ピッチについては、この距離は約５００ｐＬに等しいステップに対応する）。別の選択肢として、キャピラリーカラムが２以上のマルチプレクサに亘ることができるであろう。例えば図１１に示すように、カラムは第一の位置１１０１で出発し、次いで、位置１１０４および１１０５において第二のキャピラリーとの底接続を有することができるであろう。
【０２０１】
異なる容量を計量するための代替の実施形態は、単純に、縦キャピラリーの数を増大して、その内の二つにだけでなく（図１３に示すように１３０６および１３１２）、三つまたは四つ以上に充填することを可能にする。この方法においては、複数の所定容積の所定液体を容易に発生させることができ、高い精度および正確さでの化学量論的反応を可能にする。この技術は、たとえ複数の整数量によって定量化されたとしても、容易にプログラム可能な希釈倍率の利点を有する。
【０２０２】
本開示の範囲内において、本開示に従う微小構造体は、「Ｕ」型キャピラリーが設計レベルのカードに既に導入されるように設計することができ、また計量計分注のためには一つのアームが使用されるが、キャピラリー抽出を実行するときは両方のアームを利用することができるであろう。この場合、流体が導入されている間にＵ型キャピラリーからの空気の逃散を可能にするように、該キャピラリーの末端は、一つのＶＬＶの開放によって、または直接に通気ラインに接続されることができるであろう。該キャピラリーはまた、もう一つの計量計に接続されて、キャピラリー抽出および計量計抽出の両方（個々にまたは一緒に組み合わせて）のために使用することができるであろう。当業者には、Ｕｇａｔａキャピラリーは丸い形状、矩形コーナー形状、または非対称の何れかであることができ、ここでの底接続は実質的接線方向もしくは水平方向であることも、そうでないこともでき、或いは、忠実度を持ったＵ形状は呈さないが、ここで述べた機能性を有し得ることが理解されるであろう。
【０２０３】
本開示に従えば、「キャピラリー分注」法は、試薬の連続希釈のためにだけでなく、アッセイを実施するため、流体を後続のステップまたは外部装置に分配するため、新規試薬（例えばペプチドもしくは核酸配列）の調製のために、小容積の流体を用いた、非常に効率的で高密度のコンビナトリアル動作および論理動作のためにも使用することができる。限定されるものではないが、このタイプの応用のために、マルチプレクサおよび計量計スキームに対する改変が、「計量マルチプレクサ」（またはＭＭＭＵＸ）の名称の下で提案されている。このＶＬＶに基づく微小流体構造は、より詳細には、幾つかの計量特性（特に抽出可能容積のダイナミックレンジ）はそれほど重要ではないが、小容積の試薬、読出しラベル、ビーズ、サンプル、バッファの全ての可能な組み合わせが望まれる領域に対処するためのものである。
【０２０４】
計量マルチプレクサの一例が図１４に示されている。このマルチプレクサは、キャピラリーが、一定でない位置エネルギーを有するウエーブと称する領域を与えるために改変されている。ウエーブは反復されることができるが、この構成においては非周期的または非対称であることもできるであろう。向心力システムの仮定において、位置エネルギーが一定でないということは、マルチプレクサの列が一定の半径ではなく、位置エネルギーの高い二点の間に流体が含まれる領域（セグメントまたはカーブ）を一つのウエーブの中に発生させるために、半径が変化することを意味する。計量マルチプレクサの一つの列は、例えば図１０に位置１００１で示されるようなカラムを通して充填することによって、キャピラリーがその長さに亘って流体を含むように流体で満たされることができる。
【０２０５】
この計量マルチプレクサカラムは、他の微小流体素子へのそれらの接続に従って、従来のマルチプレクサにおける抽出ライン、または通気ラインの二倍の目的で働く。図１４に示すように、カラム（一例としては、ＭＭＵＸカラム１４５１０，１４５１、１４５２および１４５３）に接続された流体素子に送達されるべき流体Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈを、マルチプレクサの列に有するとの仮定では、ここに説明した方法に従って、計量された容積で、これら流体の全ての可能な組合せを発生することが可能である。最初に、位置１４７０および１４７１で交差するマルチプレクサをＶＬＶにより通気することによって、一つの流体（例えばＡ）の抽出が準備される。次に、またはこれと同時もしくはその前に、位置１４７２における送達ＶＬＶが開かれ、位置１４７３および１４７５のかラムがマルチプレクサから抽出されて、これに接続された流体素子にアクセスするために、当該システムは向心加速度を受ける。この方法において、入力の中の何れかの流体は、何れかの出口を通って、前記ウエーブの形状により定義される一定容積で抽出されることができる。例えば、列１４０５の中の液体Ｃは、ＶＬＶ１４８０、１４８１，１４８２を開くことによって、出力１４７５へと送られることができる。この例では、Ｃは出力１４７５へと向けられる一方、Ａは出力１４７３に向けられているが、それらは同じ出力に送られることもできるであろう（例えば、それらを相互に反応させるために）。もう一つの例としては、Ｎ列の中のＭ流体の任意の並べ替えを達成して、何れか一つの出力へと分注することができる。
【０２０６】
本開示の範囲内において、計量マルチプレクサは、例えば計量計の列によって分離された図８のマルチプレクサとして組織できることが想定され、ここではＭＭＵＸからの流体の混合がより効果的な方法で生じることができ、またこの計量計は、より洗練された計量動作で当該計量マルチプレクサの特徴を補完する。
【０２０７】
ＭＭＵＸ機能の一例として、一つの例では、特別の稀な疾患を検出するために、異なる患者からの６４サンプルのプールを、６４の異なるマーカーに対してスクリーニングすることができるであろう。陽性と検出された疾患についてのサンプルのみを、後続のＭＭＵＸまたは同じＭＭＵＸ内で試験し（従って試薬およびアッセイの数を低減する）、サンプルを単一の患者サンプルおよび単一のマーカーにまで絞り込むために、バイナリーツリー研究を該サンプルに対して行うことができるであろう。この方法では、単一患者のサンプルは単一疾患から生じるとの仮定において、スクリーニングがプログラム可能な微小流体およびＭＭＵＸなしで、プロセス目的での同一の情報内容において行われるならば、４０９６のアッセイではなく２４のアッセイ（１２８列ＭＭＵＸの２４の出力ラインに相当する）で結論が得られる。単一疾患をもった単一の患者との仮定は、方法の限定ではなく、最終的なアッセイの数を定義するために必要とされるものである：実際、この同じ方法は、より多くの疾患をもったより多くの患者を同定および検出することもできるが、より大きな数のアッセイを必要とし得るであろう。
【０２０８】
計量マルチプレクサの効率的な使用のために、種々の幾何形状のウエーブが使用できるであろうことが理解される。例えば、三角形およびサイン曲線のウエーブは、種々の列のための形状および幾何学が同一であることができる反復構造の利点を有するのに対して、矩形のウエーブは、同じＭＭＵＸ長さについての出力の数がより大きいとの利点を提供する。本開示の範囲内において、容積および空間占有を最適化するために、非対称もしくは対称の構成、または楔、三角形、台形のようなテーパした形状を含む種々の深さおよび幅のキャピラリーを備えた、更に多くの幾何形状が可能であることが想定される。特に、振幅および周波数において異なるウエーブの組合せは、マルチプレクサの各列について異なるキャピラリー長さを備えたウエーブに依拠することにより、予めプログラムされた混合比（例えば１：２または１：３）のために利用できるであろう。
【０２０９】
＜バルブにより活性化された流体移動＞
本発明のバルブは、圧力の大きな差に耐え且つ気密であるという顕著な特徴を有する。従って、サイドに対して過剰大または過小の空気圧が加わり、それに続いてバルブが開いたときには急激なガス流が生じることが考えられる。
【０２１０】
過剰の空気圧は、揮発性の液体を含む閉じた容器、或いはガス（例えば二酸化炭素）を放出する１以上の成分間での化学反応によって、容易に発生させることができる。もう一つの実施形態において、圧力は、閉じ込められたガス容積に対して液体マスを圧縮する向心力によって発生されることできるであろう。この最後の場合、向心力が解放されたときに、流体の後方への移動を制限するＴｅｓｌａバルブの中に侵入する流体を有することによって、向心力の継続時間よりも長い時間に亘り、エネルギーを保存することが可能である。このようなシステムを、以下ではボトルと呼ぶ。放射性のエネルギー移動によって所定量の蒸気を生じるために、揮発性の気体（例えば水）をレーザ光により加熱することができる。バルブを開くことによるボトルのもう一つの回路への接続は、第二の回路における圧力移動を生じるであろう。マルチプレクサ接続では、ボトルが多くの回路の一つと空気圧接続に置かれることができるであろう。バルブが開かれるとボトルは消耗される。
【０２１１】
第二の回路における液体は、チップの表面から出るキャリブレートされたキャピラリー（出力ノズルと呼ばれる）へと接続されることができる。バルブを開くことによって、液体はノズルを通して流れるように強制され、また発生された蒸気の量をキャリブレートするして、化学薬品の「噴霧」を回避することが可能である。その結果は、チップの表面から出るコリメートされた液体ジェットである。
【０２１２】
サンプルディスクは、該サンプルディスクの出力ノズルに対応した入力ノズルを有するもう一つのディスク（リセプタディスクと呼ばれる）の上に積重ねることができる。該入力ノズルは、キャピラリーに接続された孔であり、液体を集めることができる。代替として、レセプタディスク上のもう一つのボトルは、ベンチュリ効果によって、または液体を当該装置の中に吸引する過小圧力を備えた真空ボトルを有することによって、液体をキャピラリーの中に吸引するために使用することができる。この同じ方法は、異なる形状および目的をもった装置（例えばマイクロタイタープレート、異なる機能をもった微小流体装置、分析機器、または液体ン尾性質を修飾するための何れかの装置）へと、または該装置から、液体を移送するために使用することができるであろう。バルブによってエネルギーを保存する技術、制御された望ましい方法で放出され得るエネルギーは、混合の結果を伴って一時的な流体の流れを発生するために使用できるであろう。
【実施例】
【０２１３】
以下の実施例は、上記で述べた幾つかの素子、および幾つかの変数の特定の値についての特別な選択と共に、本発明の方法および製品を例示するために提供されるものである。上記で述べたように、これら特定の実施例に対する多くの変形例が可能である。これらの実施例は単に例示的なものであり、本発明を限定するものではない。
【０２１４】
実施例１
本発明による集光のための光学フィードバックが、図１５に示したように、材料層１５０１上の正しい位置決めを評価するために実施された。図１５に戻ると、光学的フィードバックは、材料層１５０１から反射された光の数パーセントを遮断する単純なガラス１５０２（厚さ約０．１９９ｍｍ）を使用する（ベース上への入射光のために使用されたのと同じ光学システムを介して）。この材料層１５０１からの光は、焦点距離長４８ｍｍの対物レンズ１５０５を通して、ＣＣＤ７０６上に画像を形成する。該ＣＣＤ１５０６は、材料層１５０１上でのレーザスポットの実際の形状を記録し、また、材料層表面、および該材料層の近くで流体中に浮遊している例えばビーズをも撮像することができる。
【０２１５】
本発明の範囲内において、光学フィードバックは、非点収差集光の使用によって達成できることが想定される。更に、本発明の範囲内において、レーザ接合画像は、セットアプにおける集光レンズの焦点距離長さ（現在は３．１ｍｍ）、およびＣＣＤ対物レンズの焦点距離長さ（４８ｍｍ）の比に従って、拡大または縮小することができる。ＣＣＤ１５０６はまた、材料層１５０１からの画像を約２０×の倍率で、０．３μｍの画素解像度で約２００×１５０ミクロンの領域を記録する。本発明の範囲内では、本質的には集光フィードバックに関する速度問題（焦点のロックおよびトラッキング）の故に、ＣＣＤ１５０６はダイオード（多分、同じシステムを用いた比点収差集光を行うために２×２のマトリックス）で置換できることが想定される。
【０２１６】
ディスクまたはチップのような微小流体プラットホームを用いて作業するときに、三つの表面がこのフィードバック法によって検出され得ることは明らかである：即ち、プラットホームが大気と接触しているサイドの外部表面、プラットホームがキャピラリー（または容器）の中に含まれる流体（気体または液体）と接触しているサイドの内部表面、流体と材料層１５０１との間の界面１５１０である。この界面１５１０は、集光のために使用され且つ検出される。レーザ波長での材料層の非常に限定された透明性のために（０．０２％は、１０マイクロメータの材料層厚さ、およびＰＭＭＡ中の１重量％のエポライト２０５７色素濃度についての測定された透過性である）、材料層１５０１の後にある如何なるものもレーザ光の反射には影響せず、透過モードで検出されるだけである。
【０２１７】
ベースが徐々に溶融することが確認される低フルーエンスでの作業、および材料層１５０１の改変は、楕円形スポットにおける種々の部分の光密度および温度を経験的に評価するように、同じシステムによって撮像されることができる。
【０２１８】
この概念を拡張することにより、本発明によるバルブが開かれたか否かを検出することが可能であり、且つ容易であることが確認された。レーザスポットが正しく集光されたときには、該レーザ放射線に露出された全体の領域が除去され、焦点には材料が全く残されずに、フィードバック光学系を通して光が反射される。材料が完全には除去されなかったら、光学経路に残存している材料層１５０１を形成するポリマーが反射を生じ、これは容易に測定される。
【０２１９】
本発明のバルブが正しく開かれたか、または開かれなかったかはリアルタイムで検出され、必要なときには開放ステップが繰返された（例えばディスクの次の回転において）。バルブの再現性は１／１０００よりも良好であり、これは流体通路において、１０００個のバルブのうち１個未満がトラブルを有する可能性があることを意味する（光学的検査によって確認された）。光学的フィードバックは、本発明のバルブ動作の品質保証を可能にする。
【０２２０】
ショットのエネルギーを固定し、対応する固定された時間だけ所定のパワーで穿孔する代りに、フィードバックに従ってレーザ放出を調節することが可能であることが分かった。レーザ光は、材料層から反射された光が消失する瞬間まで維持され、次いでレーザのスイッチが切断された。有利なことに、光学的フィードバックは、レーザ照射が最小まで低下されることを可能にし、従って、当該システムに入って行くエネルギーの量を減少させて、サンプルの破壊または変化を最小化する。光学的フィードバックを使用することにより、レーザＭＴＴＦは顕著に改善された。何故なら、それが、露出時間と共に顕著に増大するレーザ接合の温度に関連しているからである。光学的フィードバックを使用することにより、レーザのピーク出力を増大させ、平均ショットパルス長を減少させることが可能であった。これは、熱移動領域のサイズを更に減少させることを可能にし（その直径はパルス時間長の平方根に比例した）；また、バルブが正しく開かれたことを保証した。
【０２２１】
実施例２
本発明による光学設備の特性は、以下の例によって特徴付けることができる。この光学的構成は、ＣＤレンズの後および開口絞りの全体体に亘って積分されたビームエネルギーは、１．６Ｗの光学パワーに対応して、１０μＳで放出された１６μＪに達する。予測されたように、６．２Ｗの元のレーザダイオードパワーは、光学設備の中でのコリメーション、マッチングおよび反射のために低下された。
【０２２２】
エポライト２０５７を負荷したＭｉｃｒｏｃｈｅｍ社製ＰＭＭＡの８μｍの材料層がＣＤレンズ焦点上に置かれ、材料層の後に位置する高温計上に、ベースから出現した約７．６μＪだけの第一のショットが行われた。約４％と予想された反射を無視すると、残りの８．４μＪはサンプルの中に蓄積されたことになる。参照として、エネルギーが１マイクロリットルの水サンプルの中に均一に地区制したとすると、その温度は、約０．００１８℃しか上昇しないであろう。しかし、このエネルギーは、７．５μＪで計算されたバルブ面積（３ｐＬ）に対応するポリマー容積を溶融させるためには充分であった。
【０２２３】
同じ位置に対する第二のショットは、全てのビームエネルギーが、材料層の背後の高温計で測定されたことを示した。この測定によって、全ての光がバルブ表面上に集中されたこと、また、光がベースバルブを通過したから材料層はそれ以上エネルギーを吸収しなかったので、ショットの持続時間を増大させることはエネルギーをサンプル中に放出しないことが示された。
【０２２４】
図１６に示すように、これらの上記結果は、ＤＶＤ光学ピックアップを使用したＤＶＤ構成に対応するデータと比較される。この場合、光学的構成は最適化されず、また整列ミス、収差およびコマのために、レーザエネルギーの一部は、集中されたスポットで材料層上にコリメートされなかった。この場合、ビームが低エネルギー密度では気化しない材料層に未だ衝突していたので、完全なビームエネルギーは回復されなかった。
【０２２５】
実施例３
本発明によるレーザの特性は、更に、以下の実施例を参照することによって更に理解することができる。使用したレーザ放出源は、ナノスタック技術を有するＯＳＲＡＭ・ＳＰＬ・ＰＬ９０＿３ダイオードであった。該ナノスタック技術は、半導体チップ上の多くの分離されたエミッタの「縦型」またはエピタキシャル集積からなり、これは最大出力において２倍から３倍の増大を生じる。この特定のダイオードは、１００ｎｓのパルス長さに制限されたときに、約７５Ｗの光学出力に達する三つの重なったエミッタから、２００×１０ミクロンの孔を示す。このダイオードは、ＣＷモードにおいて１０Ａおよび５Ａで２０ｎｓ〜１ｎｓの様式をカバーできるディレクテッド・エネルギー社のＤＥＩ・ＰＣＸ７４１０ダイオードレーザドライバによってパルスされた。１０Ａを超える様式にアクセスするためには、ＤＥＩ・ＰＣＯ７１２０ハイブリッドＯＥＭドライバが用いられた。電力をダイオード上で再構築し、その光出力をダイオードの明細に基づいて外挿するために、パルス電圧および電流がテクトロニクスＴＤＳ２０１４によってモニターされた。
【０２２６】
コンデンサおよび対物レンズの両者は、近赤外領域（７００〜１１００ｎｍ）で動作するように最適化された、非球面レンズ（光ディスクシステムにおいて使用されるもの）およびガラスマルチプレットの中から選択することができる。入射ビームは、半反射窓によってビームを遮断する、レーザダイオードドライバでトリガーされたＭｅｌｌｅｓ  Ｇｒｉｏｔ（ＭＧ）ｗｉｎｃａｍＤ  ＣＣＤによりモニターされた。該ビームは対物レンズの中にコリメートされ、対物レンズ上のビームスポット寸法、サンプル上の衝撃点、およびサンプルから反射されて戻る光をモニターする種々のＬｏｇｉｔｅｃｈ  ＱＣ  ４０００  Ｐｒｏ  ＣＣＤによって調整された。
【０２２７】
好ましい構成において、対物レンズは、電流制御により二つの軸に沿って移動できる音声コイルアクチュエータを備えたＣＤレンズである。この構成は、光条件を最適化することを可能にし、またレーザビームが最適な構成にあることのショット毎の確認を可能にし、図１７に示すようにサンプル上のナノスタック構造を示すレーザダイオードエミッタのプリントを可能にする。
【０２２８】
該ナノスタック構造は、三つの重なった狭いスリット１７０１，１７０２および１７０３として見ることができ、これらは実験に使用したＰＬ９０−３レーザダイオードの三つのエミッタ接合に対応する。試験されたサンプルは、約２０μｍの厚さを有する商業的使い捨てバッグから取ったポリエチレン（ＰＥ）フィルムであった。該フィルムは、カーボンブラックの高負荷を特徴とするものであった。該サンプルは、６．５ｍｍの対物レンズ（ＮＡ＝０．６１５）ＭＧ  ０６ＧＬＣ００１および２５．６ｍｍのコンデンサ（ＮＡ＝０．１５６）ＭＧ  ０６ＧＬＣ００４を用いて露光され、ベース穿孔の証拠を示した。ダイオードレーザのパラメータは、１００マイクロ秒のパルス長でＩ＝１０Ａであり、集光はベース上のレーザスポットの直接観察なしで、順方向における回折リングを観察することによって行われた。パルスの評価された光エネルギーは３μＪ未満であったが、これは特別なパルス長管理において、このダイオードについて生じると予測されるダイオードの温度および出力劣化に依存する上限である。殆どの光はベースの背後で検出され、同じ材料によって吸収されなかったことが分かった。
【０２２９】
穿孔入口孔１８０１は、図１８に描かれている。この穿孔出口孔１９０１は、図１９に描かれている。入口孔と出口孔の間のピッチは約１７４ミクロンであり、平均でマイナー軸について約５２ミクロン、および主軸について５７μの評価を可能にする。
【０２３０】
実施例４
約９５０，０００ダルトンの分子量を有するＰＭＭＡの溶液を、アニソール中に１１％で溶解させ、形成されたフィルムの取外しのために処理されたシリコン基板上にスピンコートした。このフィルムを約２０℃で乾燥した。スピンコート技術は、４インチウエハーを覆う約１ミクロンの均一な厚さを有するフィルムを生じさせた。アルファステップで測定された表面粗さは、約３９．６ｎｍ平均粗さ値および約５３．８ｎｍ二乗平均平方根粗さであった。ＰＭＭＡ膜のこれら機械的性質は、レーザ放出に対するその露出が如何なる観察可能な影響も導かないように、赤外光に対するその全体の透明性によって適合された。
【０２３１】
その吸収スペクトルが図２０に示された、約０．５重量％のＡＤＳ９０５ＡＭ（アメリカン・ダイ・ソースＩｎｃ．社の赤外色素）をロードして、更なるＰＭＭＡ膜が製造された。このフィルムは、肉眼での検査では光学的に完全であったが、顕微鏡分析では、色素がＰＭＭＡの中に不均一に溶解されていることが明らかになった。顕微鏡分析に際して、色素は「エマルジョン」形態であるか、または図２１に示したような不均一な小球２１０１であることが分かった。この均一性の欠如にもかかわらず、観察可能なレーザ光は、該色素を負荷されたフィルムを透過しなかった。
【０２３２】
４０Ａでの１００ｎｓの単一のレーザショットに対する露出に際し、該色素負荷フィルムは、該色素小球の中へのエネルギーロスを生じた。表面における不均一な小球２１０１は屡々破裂しており、この露出時に貫通を起こさなかった。
【０２３３】
１ｋＨｚの周波数での例３に示した構成を有する複数のレーザショットへの露出に際して、目視可能な貫通が観察された。このような貫通は、２０ミクロンのサンプル深さでは達成されなかった：しかし、レーザ光は該ポリマーホイルを透過し始める。この透過は、おそらくは照射領域における色素吸収の劣化を示している。特定の理論に束縛されるものではないが、この効果は、熱の発生、およびその後の色素分子（Ｃ62Ｈ96Ｎ6ＳｂＦ6）の熱分解によるものと考えられる。
【０２３４】
１０μｓの持続時間および１０Ａの電流の単一のレーザショットは、正確に集光されたときにのみ通過する開口を生じることが分かった。この実施例におけるレーザショットを生じるために使用されるレーザ設備では、小電力での手動集光を必要とし且つレーザ設備で用いられる実験室等級の２５．６ｍｍのコンデンサを利用した、ＣＤピックアップ対物レンズが使用された。孔直径は約２０〜２５ミクロン（短軸）×約３０ミクロン（長軸）であった。この孔形状は、入口側のレーザ孔形状の記憶を示した．このレーザ形状の記憶は問題でも制限でもない。レーザ集光が完全でないときは、孔は屡々貫通しないことが分かった。また、レーザショットを２０マイクロ秒まで増大させることは、貫通を実現するために充分であることも分かった。レーザが正しく集光され、光学的色素が均一に分散され、また材料層が約８μであると仮定すれば、１０Ａでの１０μｓのレーザショットはこれら条件での穿孔のために充分であると結論された。
【０２３５】
実施例５
以下の実施例は、ＶＬＶ（バーチャルレーザバルブ）開口により誘導された、異なる生物学的サンプルに対する損傷を最大化するために設計された。これは、以下の戦略に従って達成された：所定容積の流体におけるバルブの数を最大化する；レーザショットエネルギーを、プロトタイプ／生成物について予測されるよりも有意に高い値にまで増大させる；ＶＬＶ損傷により露出／影響されない、実験に使用される生物学的サンプルの量を最小化する；当該仮定の正しさを評価し、実験の一貫性を確認するための異なる手段（冗長性、キャリブレーションサンプル、および統計学的基準）をもたせる。
【０２３６】
第一の目的は、大きなＶＬＶ密度、および短時間（３０分未満）で多数のＶＬＶを開口する能力を意味する。１００ＶＬＶ／ｍ2〜６００ＶＬＶ／ｍ2のマトリックスが製造され、この最後の値は、既知のパラメータ内のレーザによりベースが破壊（切断）される条件に対応する。
レーザパラメータは、全ての実験に際して、良好なマージンでの穿孔のために概ね充分な１６０μＪの光エネルギーを生じる、１００μｓのショットに等しく維持された。
【０２３７】
既知濃度でサンプルに混合された蛍光ビーズが、殆どの実験において、希釈およびサンプル回収効率の定量的チェックのために使用された。
サンプルは二つの主構成で露光された：実験チップの内側、および所謂「液滴」構成である。全ての場合に、材料層は、厚さおよび色素負荷において同一であった。
【０２３８】
データは独特の方法で提示された：キャリブレーションサンプルは、ビーズ、およびキャリブレーションサンプルに対する生物学的測定について独立に平均化され、１（１００％）に正規化された。全ての結果は、対応する未露出の参照サンプルで除算された、サンプルがバルブに露出されたときに回収された材料の相対的量として表された。「ロス」の用語は、相対的な差（ＲＥＦ−ＶＬＶ）／ＲＥＦに対応するものであったが、これは生物学的ロスまたは損傷の場合には正の数であり、露出されたサンプルが参照サンプルよりも多い材料を有する場合には負の数であった。
【０２３９】
チップ実験の説明：
プロインスリン露出を除き、１マイクロメータ直径のＹＣカルボキシレート蛍光ビーズ（アメリカ合衆国ペンシルベニア州ワーリングトンのポリサイエンス社製のポリビーズ）を、最終希釈後の５０ビーズ／μＬの濃度でサンプルに加えた。このビーズはまた、蛍光顕微鏡によって、チップの内側のサンプルを定量的に確認するため、およびチップの濯ぎをモニターするために使用された。キャリブレーションサンプル、並びに陰性サンプルを標準の希釈技術により製造した。
【０２４０】
この実施例に従って使用した実験チップ２２００は、図２２に示されている。二つのサイドの整列ミス、および一方のサイドに蛍光ビーズが充填されるという事実が、構造を深く開放するのを補助する。図２２に示すように、約５μＬ／分で動作する蠕動ポンプ（図示せず、Ｉｓｍａｔｉｃ社）により、内径が０．１９または０．２５ｍｍのＴｙｇｏｎ配管を通して、サンプルが入口２２０１に充填された。以前の実験で、この配管が我々のサンプルに対して損傷を誘導しないことが示された。交叉汚染を防止するために、各実験において新しい配管を使用した。殆どの場合、チップ１２００には泡を伴わずに流体が充填された：泡を伴った数例では、顕微鏡に搭載されたカメラで取られた画像についての測定値によって、実際の流体容積が補正された。チップ２２００の一方のサイド、この場合には第一のサイド２２０２だけに流体が充填された。
【０２４１】
充填手順の重要な要件は、全ての流体（サンプル）が、チップ２２００の入り口２２０１および出口２２０４から信頼性をもって除去されることにある。これは、ピペッティング、および接続容器中にビーズが存在しないことの蛍光顕微鏡を用いたその後の検査によって達成される。流体が検出されたら、蛍光ビーズが存在しなくなるまで、それはピペッティングによって容器から排出される。チップ２２００の公称容積の決定は、それ自身が非常に困難である。チップ２２００の設計のために、液体を充填される容器は、約３０００×１４００×５０μｍの公称容積を有する。
【０２４２】
チップ２２００の設計の結果として、二つの望ましい現象が生じる：一方のサイドでは、流体に対してポンプにより発生された圧力が非常に大きいことができる（リアクタ区画および入力キャピラリーの断面積間の比は約８０×であり、リアクタのベースに加わる力がキャピラリー中のベースに比較して８０×であることを意味する）。加えて、材料層の深さ１０μｍの移動は、容器の公称容積における２０％の変化を決定する。入口圧力を加えたときに、ベースは充填プロセスの間に移動していたことが決定された。この移動のために材料層に大きな圧力が加わった結果、それは反対サイドの表面に接触し、その公称容積の２倍の絶対容器容積を決定した。二つの充填動作において、サンプルを全く同じに処理するために注意が払われた。
【０２４３】
チップ２２００がバーチャルレーザバルブ（ＶＬＶ）に露出されないとき、濯ぎ動作は、５０〜４００μＬの量のバッファーをチップ２２００の中に輸送することにより、サンプルを除去することからなっていた。バッファーは、入口１４０２に陽圧を加え、出口２２０４から流体を回収することによって挿入された。この濯ぎプロセスは、典型的には、チップ２２００の流体が完全に空になったときに数分を置いて、一連のこれら動作によって行われた。濯ぎ速度は、キャピラリーの断面積の故に、１分当り約５０マイクロリットルに制限された。当該キャピラリーにおいて、この流れは０．３ｍ／ｓ（１ｋｍ／ｈ）の流体速度に対応する。チップ２２００の内部における流体速度は、０．４ｃｍ／ｓを達成するのが困難であり、このことは、流体のビーズ含量（生物学的サンプル濃度についても同様）における１桁の低下を観察するために必要な、長時間の濯ぎプロセス（３０分〜１時間）を説明している。
【０２４４】
露出のためのチップ充填は、できるだけキャリブレーション充填と同様に維持され、またビーズ含量の分析における同じ基準が適用された。
ＢＬＶ露出は、幾つかの場合にはレーザ方向の「下流」で行われ、幾つかの場合には「上流」で行われた。
【０２４５】
ＶＬＶに露出されたチップ２２００の濯ぎは、全ての四つの入口が流体連通していたので、先に説明したものとは異なっていた。出口２２０４の連結部は、蠕動ポンプに接続されて、バッファを供給された。その流体速度は、１０μＬ／分〜約４０μＬ／分に維持された。
【０２４６】
ビーズが存在する実験においては、１μＬの２滴（液滴）が各最終エッペンドルフ管から採取されて、ラベルされた顕微鏡スライド上に堆積された。この液滴は穏やかに蒸発させられ、該液滴に含まれていた全てのビーズが、小さい周縁の内側の平坦なガラス表面上に回収された。ビーズの画像を撮影し、Ｓｃｉｏｎソフトウエアパッケージによってビーズをブラインドで計数した。当該プロセスにおける可能なエラーをチェックするために、両方の液滴が分析順序で系統的に使用された。
【０２４７】
液滴実験の説明：
先の実験方法の分析は、サンプル調製、二重液滴調製を取扱う流体、単一液滴のバルブ露出、二重液滴の回収、ビーズ測定および生物学的処理からなる単純化された実験によって、系統的なエラーを除去する可能性を示した。
【０２４８】
この液滴露出は、コンシスタンシー分析による結果を確認するために、屡々、チップ実験と一緒に行われた。この理由で、サンプル調製は、予測された結果（同様の最終濃度）を「均等化」する予防措置と同一であった。
【０２４９】
二重液滴調製は、その隅部によってガラスフレーム上に吊された約４×４ｍｍ2の一片の材料層上に、１μＬの液滴を置くことからなっていた。この隅部は、二つの表面の間に引力を発生する水の微小液滴によって、前記ガラスに取付けられた。サンプル液滴は円形の形状を有し、チップを用いて堆積された。この方法を使用することにより、液滴は材料層の縁部には達せず、また他の如何なる材料にも達しなかった。同じバッファー／サンプルで製造された全ての液滴は同様であり、その形状を決定する一定の接触角で材料層に付着された。しかし、生物学的サンプル、その濃度およびバッファー流体は、液滴の形状に対して大きな変動を導入することが分かった。該液滴は、７μｇ／μＬでの水バッファー中のプロインスリンの場合、約２ｍｍ2の接触面積を有しており、また約１Ｅ−６Ｅ．ｃｏｌｉ濃度のＥ−ｃｏｌｉ培地については約１ｍｍ2の接触面積を有していた。
【０２５０】
単一液滴の露出は、二つの液滴の一方をランダムに選択すること、およびそれをレーザ放射線に露出させることからなっている。液滴の表面は実質的に液滴容積に比例するから（１−２−３μＬの液滴およびカメラ画像を用いて試験された）、利用可能な面積によって与えられる開放できるバルブの最大数において、全体的な制約が存在する。
【０２５１】
二重液滴の回収は、材料層サンプルを液滴と共にガラスフレームから除去すること、および各サンプルをエッペンドルフ管の中に置くことからなっている。該材料層は、ｉｎｏｘクランプにより管の内側で濯ぎを施され、交叉汚染を回避するために各露出の前に正確に洗浄された。最終のエッペンドルフ管は５０〜４００μＬのバッファ容量を含んでおり、ベースはここで浸漬された。
【０２５２】
この実験法はビーズを用いて試験され、留意すべきこととしては、ＶＬＶ開放の後に、該流体は孔の中に進入してＶＬＶ容積を満たした。表面張力により、流体が該液滴の対向表面を濡らすのが回避された。
【０２５３】
上記方法を使用することにより、実験は、バーチャルレーザバルブの影響に曝されたアンピシリン耐性大腸菌（Ｅ−Ｃｏｌｉ）の生存を試験することを目的とした。試験目的のためにバクテリアは溶液中に準備され、また評価のために溶液中に戻された。戻されたサンプルの各々について、異なる希釈での三重プレーティングが行われた。元のバクテリア濃度は、培養バッファー中において約５Ｅ５・Ｅ−Ｃｏｌｉ／μＬに維持され、またサンプルは、５０ビーズ／μＬの濃度で同じバッファー中のビーズと混合された。
【０２５４】
図２２に示したチップ２２００に類似した実験チップは、公称２０００×２０００μｍのリアクタを有していた。このチップ２２００は、詰りの証拠を伴わずに充填され、また何れの関連ステップにおいても泡は実質的に明らかではなかった。ここでの濯ぎの基本方法は、サンプルにおけるビーズ／Ｅ−ｃｏｌｉ含量を観察および測定するために、各々が１００μＬの４回の濯ぎステップからなっていた。
【０２５５】
この液滴実験は４回反復して実施され、材料層は、分析に送られる前にエッペンドルフから除去された。陰性サンプル、並びに二つのキャリブレーションサンプルが、データ組の中に存在していた。キャリブレーションサンプルは、チップ実験の同じコロニー計数を生じるために、３１０ｎＬ容積（公称）および完全な濯ぎの仮定において希釈された。
【０２５６】
以下の表１に示すように、データは、キャリブレーションＩおよびキャリブレーションＩＩの平均に対して、両方の欄に要約された。対応する数字は、予想に一致して、それぞれ１８１．５コロニーおよび４３．３ビーズである。
［表１］
コロニー        ビーズ
キャリブレーション１    １０１．９％    １１２．１％
陰性１                    １０．０％        ４．６％
ＮＯＶＬＶチップ１      １０６，３％      ８７．９％
ＮＯＶＬＶチップ２        ４１．３％      ３８．２％
ＮＯＶＬＶチップ３        ２２．０％      ３０．１％
ＮＯＶＬＶチップ４        １６．０％      １７．３％
ＶＬＶチップ１            ８７．１％      ６２．０％
ＶＬＶチップ２            ２９．２％      ４３．９％
ＶＬＶチップ３            １３．８％      １２．７％
ＶＬＶチップ４            １５．４％      １６．２％
キャリブレーション２      ９８．１％      ８７．９％
陰性２                      ０．０％        ２．３％
ＶＬＶ液滴１              ５６．２％      ７２．８％
ＮＯＶＬＶ液滴１        １１６．３％      ８３．２％
ＶＬＶ液滴２              ７６．５％    １０２．９％
ＮＯＶＬＶ液滴２          ８６．５％    １１６．８％
ＶＬＶ液滴３              ６７．８％      ９０．２％
ＮＯＶＬＶ液滴３          ８６．５％      ９９．４％
ＶＬＶ液滴４              ８４．３％      ９７．１％
ＮＯＶＬＶ液滴４          ６６．１％    １０２．９％
【０２５７】
コロニーは、異なる濃度で二重にプレーティングされ、両方のプレートは一致していた。同じパラメータがこれらビーズに適用された。
キャリブレーションサンプルおよび陰性サンプルは、ビーズおよびコロニー計数に関して完全に適合性であった。ビーズ計数は約５０ビーズを含む二つの液滴の平均から得られたから、１０％の統計的エラーが予想される。
ＮＯＶＬＶ液滴は、追加のキャリブレーションサンプルと看做すことができるであろう。コロニーに関しての平均は８９％であったのに対して、ビーズに関しての平均は１０１％であった。
【０２５８】
チップ濯ぎデータは、図２３に描かれている。これらのサンプルは１００μＬのデータ点を参照しており、これらは、１５７μＬの濯ぎ崩壊定数に翻訳される。ビーズおよびコロニーの間の顕著な差は存在せず、濯ぎが、濯がれる粒子の種類からは本質的に独立であることを示唆している。サンプルの７％未満がチップの中に残留すると予測され、従ってこの量は実験誤差よりも小さいから、結果として補正は無かった。
【０２５９】
物理的なチップ容積は、チップを撮像することによって評価され、約５２０ｎＬであることが分かった。この容積は、サイド上でのキャピラリーおよびベースの曲がりを含んでいる。該容積は、１６７％に対応した。チップからの積算計数は次の通りである：
積算参照データ      １８５．６７％
積算参照ビーズ      １７３．４１％
積算ＶＬＶデータ    １４５．４５％
積算ＶＬＶビーズ    １２４．８６％
【０２６０】
ＮＯＶＬＶデータについては、予想に良く適合する。ロスの測定は、ＶＬＶ／ＮＯＶＬＶの比から来ており、ビーズについては２８％のロスおよびバクテリアについては２２％のロスに対応する。ビーズおよびバクテリア生存の減少は、Ｅ−Ｃｏｌｉがビーズと同様にＶＬＶによって損傷を受けたことを示唆している。この結果は、液滴実験によって独立に確認された。未露出液滴と露出液滴との間の比は、Ｅ−Ｃｏｌｉおよびビーズの両方について、図２４にグラフで示されている。
【０２６１】
データは、液滴が露出されたときに、ビーズの１０％の一貫したロスを示した。Ｅ−Ｃｏｌｉのロスは、未露出の液滴に対して、露出された液滴の中に平均で１５％未満のＥ−Ｃｏｌｉが存在したという意味において同等であった。
【０２６２】
全ての１０Ｘバルブは、チップの内側では０．７ｎＬ未満だけサンプルを減少させ、また液滴実験では０．９ｎＬだけ減少させるよう見えると結論された。従って、Ｅ．Ｃｏｌｉについてはバルブ当り０．８３ｎＬのロス、ビーズについてはバルブ当り０．７９ｎＬのロスが存在した。
【０２６３】
実施例５
アンピシリン抵抗性をコードするＤＮＡプラスミドの、バーチャルレーザバルブによる損傷に対する抵抗性が研究された。この抵抗性は、同じ材料をトランスフェクトされた後の、アンピシリンに対する細胞の抵抗性を測定することによって決定された。高濃度のサンプルＤＮＡがＴＥバッファー中において準備され、これに５０ビーズ／μＬの濃度でビーズを混合した。この実施例で使用したチップは、公称２０００×２０００μＭのリアクタであり、濯ぎ戦略は、各々が４００μＬの二つの濯ぎステップからなっていた。液滴実験は三重に行われ、ベースは、それが分析に送られる前にエッペンドルフから除去された。使用された全てのサンプルは、４００μＬのバッファ容積の中に希釈された。
【０２６４】
陰性サンプル、並びにキャリブレーションサンプルが、データ組の中に含められた。陰性サンプル、並びにキャリブレーションサンプルは、チップ実験と同じコロニー計数、並びに３１０ｎＬ容積（公称）および完全な濯ぎの仮定を生じるように希釈された。
【０２６５】
下記の表２に示した以下のデータは、上記の実施例で述べた一般的方法に従って、キャリブレーションサンプルに対して再正規化された。キャリブレーションサンプルについての対応する計数は、トランスフェクトされた細胞の３３６コロニーである。トランスフェクションは二重に行われ、「キャリブレーション」、「ＮＯＶＬＶチップ１」、「ＶＬＶ液滴１」、および「ＮＯＶＬＶ液滴２」の場合、二重のトランスフェクションが２回反復された。
［表２］
キャリブレーション      １００．０％
陰性サンプル                ０．３％
ＮＯＶＬＶチップ１      ３０４．５％
ＮＯＶＬＶチップ２          ７．７％
ＶＬＶチップ１          １８８．１％
ＶＬＶチップ２            １２．８％
ＶＬＶ液滴１              ８３．３％
ＮＯＶＬＶ液滴１          ８１．３％
ＶＬＶ液滴２              ６７．６％
ＮＯＶＬＶ液滴２          ６６．４％
ＶＬＶ液滴３              ４４．０％
ＮＯＶＬＶ液滴３          ５１．２％
【０２６６】
陰性サンプルは予想に合致した。加えて、チップの濯ぎは１００μＬの代りに４００μＬの容積を用いて行われ、第二の濯ぎステップについてのデータは、先のデータからの予測に合致した。
物理的なチップ容積は、チップを撮像することによって、表２に表されたスケールにおいて１６５％と評価され、またチップについての積算計数は次の通りであった：
積算参照データ        ３１２．２０％
積算ＶＬＶデータ      ２００．８９％
【０２６７】
特に、未露出チップから抽出されたＤＮＡの量は、予想よりも約２倍大きかった。トランスフェクション効率における変化の仮説は、キャリブレーションサンプルおよび優勢点（ＮＯＶＬＶチップ１）について同時に行われたトランスフェクション工程の反復によって却下された。
【０２６８】
露出チップおよび未露出チップの間の額面値比率は、ＤＮＡの３５％ロスの証拠となっている。しかし、露出されたサンプルは、チップの幾何学的容積からの予測に適合した計数率を有している。
液滴実験の結果は図２５に示されている。平均の結果は３％のロスを示唆している。
【０２６９】
実施例６
この実験は、１マイクロリットル当り７マイクログラムのヒト・プロインスリンの、一つのＶＬＶ液滴、一つのＮＯＶＬＶ液滴、および１マイクロリットルのキャリブレーションサンプルを生じることにある。ベース上の液滴が、５０μＬのバッファーの中に浸漬された。使用した先端部と共に、タンパク質の挙動について幾つかの問題が生じた。何故なら、先端部分の材料との流体の親和性が、予想よりも顕著に高かったからである。液滴露出は、液滴背面のパラフィンとの可能な接触を回避するために修飾された。最終のエッペンドルフ管は、露出されたベースサンプルを収容したまま、分析のために送られた。このプロセスではビーズは使用されなかった。
【０２７０】
約１．３μＬのサンプル溶液をＨＰＬＣ注入のために使用し、各エッペンドルフについてＨＰＬＣを三重に行った。ピーク形状を分析したところ、三つのサンプル間の明らかな相違は見られなかった。サンプルタンパク質の変化または修飾は生じないと思われた。更に、四重極ＭＳを使用した分析が行われて、ＨＰＬＣの結果が確認された。
【０２７１】
実施例７
異なる材料、厚さおよび吸収特性のベースについての穿孔限界を見出す目的で、異なるレーザショットパルス長によりショットエネルギーを変化させることによって、ベース負荷の最適化を研究した。この設備は、効率的な光収集および集光精度のために実質的に最適化された（ベースからのエピ反射光の分析による集光スポットのＣＣＤ撮像）。これらの制限条件が見出されたら、より小さい強度ではあるが同じレーザ光源を使用して、種々のサンプルについての光の吸収測定が行われ、ドイツ国ベルリンのレーザテクニック社によるＰＥＭ１００高温計により、透過されたエネルギーが測定される。該データは、フィルム穿孔を観察するために必要な最小レーザ持続時間（同じ条件において）を含めて、以下の表に報告されている。最小レーザ穿孔条件は、ベースの吸光度およびレーザエネルギーに基づく予測に定量的に一致しており、該レーザスポットの寸法は全ての実験において同一であることを見ることができる。
【０２７２】
以下の表は、吸収特性および穿孔条件の間の関係を示している。種類および濃度の両方において異なる材料および異なる色素が、同一条件におけるレーザ放出のパルス持続時間を低下させることによって、放射線の強度の減少を受けた。穿孔のための最小インパルス時間が分かったら、該レーザ強度（レーザの穿孔または色素の損傷を回避するために正確に低下された）を、色素を負荷された、または色素を負荷されない同一の材料と比較することによって透過度測定が行われた。材料および色素負荷の両方が、同一の照射条件での穿孔限界に影響することは以下の表から明らかである。
【表１】
2008542743.tif 000003
【０２７３】
本発明のバルブ制御装置は、向心力に依存した回転プラットホームと共に説明されたが、当業者は、このようなバルブが、バルブ調節素子を使用することが望ましい如何なる微小流体装置に対しても使用し得ることを理解するであろう。同様に、本発明のバルブ制御装置は、例えばレーザダイオードバーによって、更に大きなバルブのために全体のレーザ強度を増大させた、より大きな規模の分析装置にも適用できることが理解されるであろう。同様に、当業者は、バルブ制御技術がナノテクノロジーの領域において、より小さい規模の装置にも適用できることを理解するであろう。実際に、電磁気放出が回折で制限されたスポットにまで低減され得ること、およびバルブが照射されたスポットの一部であり得ることが明らかである。関与する材料層の分子構造に適合して、ナノメータ範囲のバルブが可能である。
【０２７４】
本発明の装置内における材料は一定の分光品質を有する色素を利用するが、当業者には、材料層を穿孔するために、望ましい吸収特性を有する他の化合物または粒子もまた、電磁気放射線を捕獲するために使用し得ることが理解されるであろう。同様に、望ましい吸収特性を有するフィルムまたは層もまた、電磁気放射線を捕獲するために使用され得ることが更に理解されるであろう。
【０２７５】
本発明の装置の範囲内においては、材料層を穿孔するために電磁気放射線が使用されるが、当業者は、このような電磁気放射線が、バルブ制御の目的で結晶構造を昇華または溶融させるために使用できることを理解するであろう。
【０２７６】
本発明のバルブは、明細書および流体のバルブ調節に関する実施例の範囲内で使用されるが、本発明のバルブは、気体または気体状流体をバルブ調節するために使用されてよいことが、当業者によって理解されるであろう。同様に、多くの応用、例えば燃料電池、宇宙空間応用における推力制御、燃焼等のための混合制御等にも、本発明のバルブ調節技術を利用できることが更に理解されるであろう。
【０２７７】
ここでは本発明の幾つかの実施形態を説明してきたが、当業者には、上記は単なる例示に過ぎないもので限定ではなく、例としてのみ提示されたものであることが理解されるべきである。多くの修飾および他の実施形態が当該技術の範囲内にあり、特許請求の範囲により定義された本発明およびその均等の範囲内に入るものであることが想定される。本願の全体に亘って引用された如何なる参照文献の内容も、本明細書の一部として本願に援用される。これら文献の適切な素子、プロセス、および方法は、本発明およびその実施形態のために選択されてよい。
【図面の簡単な説明】
【０２７８】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明に従うディスクを備えた素子を示している。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本発明に従うディスクを備えた素子を示しており、材料層の両サイドの微小流体素子が可能な構成で示されている。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明のディスクの断面を示しており、ここでは頂部サイドおよび底部サイドの微小流体素子が材料層によって分離されている。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明のディスクの断面を示しており、ここでは頂部サイドおよび底部サイドの微小流体素子が材料層によって分離されており、且つ底部サイドの微小流体素子は流体サンプルを含んでいる。
【図２Ｃ】図２Ｃは、本発明のディスクの断面を示しており、ここでは頂部サイドおよび底部サイドの微小流体素子が材料層によって分離されており、且つ底部サイドの微小流体素子は流体またはサンプルを含んでおり、材料層は電磁気放射線によって穿孔される。
【図２Ｄ】図２Ｄは、本発明のディスクの断面を示しており、ここでは頂部サイドおよび底部サイドの微小流体素子が材料層によって分離されており、且つ底部サイドの微小流体素子は流体またはサンプルを含んでおり、材料層は電磁気放射線によって穿孔され、前記サンプルは向心力を介して低部サイドの微小流体チャンバから頂部サイドの微小流体チャンバへと移動する。
【図２Ｅ】図２Ｅは、本発明のディスクの断面を示しており、ここでは頂部サイドおよび底部サイドの微小流体素子が材料層によって分離されており、且つ底部サイドの微小流体素子は流体またはサンプルを含んでおり、材料層は電磁気放射線によって穿孔され、前記サンプルは向心力を介して底部サイドの微小流体チャンバから頂部サイドの微小流体チャンバへと移動する。
【図３Ａ】図３Ａは、多重化的性質をもった本発明のバルブの幾何学的レイアウトを示している。
【図３Ｂ】図３Ｂは、一実施形態における多重化ユニットおよび計量計の組合された使用を示しており、ここでは三つの異なる流体が供与され、異なるリアクタの中に回収される。この例示的実施形態は、酵素アッセイのプロセス制御を図式的に記載しており、ここでは特定の基質に対する酵素活性の薬剤化合物による阻害が均一な方法で試験される。
【図４】図４は、本発明による自己計量の実施形態を含む、本発明のディスクの半断面を示している。
【図５Ａ】図５Ａは、本発明による自己計量の実施形態を示しており、ここでは計量すべきサンプルがサンプル計量チャンバ内にある。
【図５Ｂ】図５Ｂは、本発明による自己計量の実施形態を示しており、ここではサンプル計量チャンバ内にある計量すべきサンプルが、流体が出て行くことを可能にするようにバルブ調節される。
【図５Ｃ】図５Ｃは、本発明による自己計量の実施形態を示しており、ここでは計量すべきサンプルが、後続のサンプルチャンバ内で既知量の計量を可能にするメニスカスを含んだ計量チャンバ内にある。
【図５Ｄ】図５Ｄは、本発明による自己計量の実施形態を示しており、ここでは計量すべきサンプルが、後続のサンプルチャンバ内で既知量の計量を可能にするメニスカスを含んだ計量チャンバ内にある。
【図５Ｅ】図５Ｅは、本発明による自己計量の実施形態を示しており、ここでは計量すべきサンプルが、後続のサンプルチャンバ内で既知量の計量を可能にするメニスカスを含んだ計量チャンバ内にある。
【図５Ｆ】図５Ｆは、本発明による自己計量の実施形態を示しており、ここでは計量すべきサンプルが、後続のサンプルチャンバ内で既知量の計量を可能にするメニスカスを含んだ計量チャンバ内にある。
【図５Ｇ】図５Ｇは、本発明による自己計量の実施形態を示しており、ここでは計量すべきサンプルが、後続のサンプルチャンバ内で既知量の計量を可能にするメニスカスを含んだ計量チャンバ内にある。
【図６】図６は、本発明による再流実施形態の概略図である。
【図７Ａ】図７Ａは、本発明による微細構造の三次元図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、本発明による計量計を備えた素子を示している。
【図８】図８は、本発明に従って重畳された両サイドの構造を有するＶＬＶに基づくカード設計を示している。
【図９】図９は、端部を丸められたキャピラリーを有する、本発明によるＶＬＶに基づくカードの微小流体構造を示している。
【図１０】図１０は、本発明によるＶＬＶに基づくカードの微小流体構造を示している。
【図１１】図１１は、本発明によるＶＬＶに基づくカードの微小流体構造を示している。
【図１２】図１２は、底部および頂部の溶液ロードを有する、本発明によるＶＬＶに基づくカードの微小流体構造を示している。
【図１３】図１３は、本発明によるキャピラリー分注方法の概略図である。
【図１４】図１４は、本発明による計量マルチプレクサの例示的実施形態である。
【図１５】図１５は、本発明による光学的フィードバックを示す概略図である。
【図１６】図１６は、材料層の穿孔後に通過するエネルギーの透過率を示すグラフである。
【図１７】図１７は、サンプル対象に対するレーザダイオードのナノスタック構造を表している。
【図１８】図１８は、サンプル対象上のレーザビームショットの穿孔入口孔を示している。
【図１９】図１９は、サンプル対象上のレーザビームショットの穿孔出口孔を示している。
【図２０】図２０は、穿孔層の中に組込まれた赤外染料の波長吸収スペクトルを描いたグラフである。
【図２１】図２１は、材料層内の赤外色素の分布を描いている。
【図２２】図２２は、生物学的実験において使用される微小流体チップを示している。
【図２３】図２３は、生物学的実験におけるチップ濯ぎデータを表すグラフである。
【図２４】図２４は、非露出液滴および露出液滴の間の比率を表すグラフである。
【図２５】図２５は、液滴実験の結果を表すグラフである。
【図１】
2008542743.tif 000004
【図１Ａ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
2008542743.tif 000007
【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図５Ｆ】
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【図５Ｇ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【国際調査報告】
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