(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体制御及び処理システム（１）であって、
カートリッジ（２）と、
該カートリッジ（２）に収容された少なくとも１つのシリンダボディであって、シリンダと、該シリンダと流体接続した少なくとも１つの流体ポートとを含む、少なくとも１つのシリンダボディと、
前記シリンダ内の流体体積を変化させるように前記シリンダ内で可動なピストン（１１）と、
前記少なくとも１つの流体ポートと流体接続可能であり、少なくとも１つの流体流を駆動するための排出ポートと、
前記カートリッジ（２）を操作するように設計された器具であって、前記ピストン（１１）を駆動するためのピストンドライバ（８）であって前記カートリッジ（２）が前記器具によって操作されているときに前記ピストンドライバ（８）に沿って延びる軸線Ａを中心に少なくとも部分的に回転するピストンドライバ（８）と、前記軸線Ａを中心に前記シリンダボディを回転させるためのシリンダドライバ（２０）を含む回転手段であって前記シリンダボディの回転によって前記流体ポートを前記排出ポートの１つと流体接続するように前記カートリッジ（２）の前記シリンダボディと連結し且つ前記シリンダボディを回転させる回転手段と、を有する器具と、
前記軸線Ａを中心に前記器具が前記ピストンドライバ（８）を前記ピストン（１１）に対して第１の方向に回転させたときに前記ピストン（１１）を前記ピストンドライバ（８）に固定し、且つ、前記器具が前記ピストンドライバ（８）を前記ピストン（１１）に対して前記第１の方向とは反対の第２の方向に回転させたときに前記ピストン（１１）を前記ピストンドライバ（８）から解除するように設計されており、これにより、前記カートリッジと前記器具との連結、及び、前記ピストン（１１）の移動が、前記器具による前記ピストンドライバ（８）の回転によって制御されるようになっている、可逆式の固定手段と、を備えることを特徴とする、流体制御及び処理システム（１）。
【請求項２】
前記固定手段は、少なくとも２つの部分、すなわち第１の部分（１３）と第２の部分（１４）とを有し、前記ピストン（１１）は前記第１の部分（１３）に取り付けられており、前記ピストンドライバ（８）は前記第２の部分（１４）を含む、請求項１記載の流体制御及び処理システム（１）。
【請求項３】
前記固定手段が前記ピストン（１１）を前記ピストンドライバ（８）に固定しているとき、前記軸線Ａに沿った方向での前記ピストンドライバ（８）の直線移動は、同じ方向での前記ピストン（１１）の直線移動を生ぜしめる、請求項１又は２記載の流体制御及び処理システム（１）。
【請求項４】
前記シリンダドライバ（２０）は、前記シリンダボディと回転継手を形成するように設計されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の流体制御及び処理システム（１）。
【請求項５】
前記固定手段は、バヨネットマウントを含む、請求項１から４までのいずれか１項記載の流体制御及び処理システム（１）。
【請求項６】
前記ピストンドライバ（８）と前記回転手段とをインターロックするためのインターロッキング手段をさらに備え、これにより、前記ピストンドライバ（８）と前記ピストン（１１）とが前記固定手段によって固定されているときに、前記シリンダボディの回転が前記ピストンドライバ（８）によって制御可能である、請求項１から５までのいずれか１項記載の流体制御及び処理システム（１）。
【請求項７】
前記インターロッキング手段は、前記第２の方向での前記ピストンに対する前記ピストンドライバ（８）の回転を防止するように設計されている、請求項６記載の流体制御及び処理システム（１）。
【請求項８】
前記インターロッキング手段と前記ピストンドライバ（８）との間のプリズム接続と、前記回転手段と前記インターロッキング手段との間のクランプ継手とをさらに備える、請求項６又は７記載の流体制御及び処理システム（１）。
【請求項９】
前記インターロッキング手段は、さらに、ガイドブシュ（２４）を含み、これにより、前記ピストンドライバ（８）が前記ピストン（１１）に固定され、前記シリンダドライバ（２０）が前記シリンダボディと接続されたときに、前記ガイドブシュ（２４）の回転は、前記ピストンドライバ（８）と、前記シリンダドライバ（２０）との同時回転を生ぜしめる、請求項６から８までのいずれか１項記載の流体制御及び処理システム（１）。
【請求項１０】
少なくとも１つのピストン（１１）を備え、請求項１から９までのいずれか１項記載の流体制御及び処理システム（１）において使用されるように設計されていることを特徴とする、カートリッジ（２）。
【請求項１１】
ピストンドライバ（８）を備え、請求項１から９までのいずれか１項記載の流体制御及び処理システム（１）において使用されるように設計されていることを特徴とする、器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カートリッジ及びカートリッジを操作するように設けられた器具を含む流体制御及び処理システムに関する。
【０００２】
環境的又は臨床的な流体の分析は、通常、試料の化学的処理から熱的又は音響的処理に至るまで複数のステッププロセスを含む。このようなプロトコルは、時には、使い捨てカートリッジにおいて行われる。使い捨てカートリッジは、マイクロ流体プロセスを含み、これらの目的のために、流体容器、反応室、流体分析器、マイクロチャネルなどの様々な内部部材を有する。様々な内部部材間での流体、試薬及び液化された試料の移動は、流体ポンプ及び／又は弁を必要とする。これらのポンプ及び／又は弁は、前記カートリッジを受け入れかつ操作するように設けられた器具に収納されているか、又はカートリッジに埋め込まれている。カートリッジを制御する器具に埋め込まれたポンプ及び／又は弁は、流体相互汚染、漏れ及び摩耗のリスクなどの複数の欠点を有する。
【０００３】
米国特許第８０４８３８６号明細書に記載されたような使い捨てカートリッジに埋め込まれたポンプ又は弁は、通常、ロータリポートへ流体を供給するためのプランジャおよびシリンダを有する。ロータリポートは、それぞれがカートリッジの特定の内部部材に接続された１つ又は複数のチャネルと流体接続させることができる。このようなカートリッジと、カートリッジを操作する器具との間のインターフェースは、複雑であり、精度及び信頼性に関して複数の欠点を有する。
【０００４】
既存のカートリッジ及び器具は、ポンプ及び／又は弁の制御に関して満足できる解決手段を提供せず、単純で、正確でかつ信頼できる流体制御を提供するカートリッジ及び器具が必要とされている。
【０００５】
本発明は、上述の欠点の全て又は一部を治癒することを目的とする。特に、本発明は、単純で、信頼できかつ正確な、器具の汚染を回避する流体制御及び処理システムを提供することを目的とする。
【０００６】
本発明は、流体制御及び処理システムであって、
カートリッジと、
該カートリッジを操作するように設けられた器具と、
カートリッジに受け入れられた少なくとも１つのシリンダボディであって、該少なくとも１つのシリンダボディは、シリンダと、該シリンダと流体接続した少なくとも１つの流体ポートとを有している、少なくとも１つのシリンダボディと、
シリンダ内の流体体積を変化させるようにシリンダ内で可動なピストンとを備え、
流体制御及び処理システムは、さらに、少なくとも１つの流体流を駆動するための排出ポートを有し、各排出ポートは、器具がカートリッジを操作しているときに、シリンダボディの回転によって少なくとも１つの流体ポートと接続可能であるように位置決めされており、
器具は、ピストンドライバを有しており、ピストンドライバは、ピストンを駆動するように設計されている、流体制御及び処理システムにおいて、
ピストンドライバに沿って延びる軸線Ａを中心にピストンドライバがピストンに対して第１の方向に回転させられたときにピストンをピストンドライバに固定するための可逆式の固定手段であって、該可逆式の固定手段は、ピストンドライバがピストンに対して第１の方向とは反対の第２の方向に回転させられたときにピストンをピストンドライバから解除するように設計されており、これにより、ピストンの移動がピストンドライバによって制御されるようになっている、可逆式の固定手段と、
軸線Ａを中心に円筒ボディを回転させるための器具を構成するシリンダドライバを含む回転手段と、をさらに備えることを特徴とする、流体制御及び処理システムを提供することによって、これらの課題を達成する。
【０００７】
本発明は、少なくとも１つのピストンを備え、本発明による流体制御及び処理システムにおいて使用されるように設計されている、カートリッジにも関する。
【０００８】
さらに、本発明は、ピストンドライバを含む器具であって、前記器具は、本発明による流体制御及び処理システムにおいて使用されるように設計されている、器具にも関する。
【０００９】
すなわち、本発明による流体制御及び処理システムは、ピストンをピストンドライバに固定するための可逆式の固定手段を提供することによって上述の技術的課題を解決する。事実、器具がカートリッジを操作しているとき、ピストンとピストンドライバとを結合することができ、これにより、器具からのピストンドライバは、カートリッジのシリンダボディに受け入れられたピストンの動きを制御することができる。ピストンドライバが可逆式の固定手段を介してピストンに固定されると、ピストンは、ピストンドライバに沿って延びる軸線Ａを中心に可動である。すなわち、本発明によるシステムにおいて、ピストンドライバは、１つの軸線Ａを中心とする回転及び直線移動におけるピストンの移動を制御することができる。カートリッジが複数のシリンダボディを有し、各シリンダボディがシリンダと、シリンダにおいて可動なピストンとを有するならば、各ピストンは、各シリンダに収容されたピストンに固定されたピストンドライバに沿って延びる軸線を中心に可動である。すなわち、カートリッジを操作する器具は、各シリンダに収容されたピストンに固定されたピストンドライバに沿って延びる軸線を中心にピストンを移動させることによって、各円筒内の流体体積を個々に変化させることができる。さらに、カートリッジに対してシリンダボディを回転させるための回転手段は、排出ポートに対する流体ポートの位置の制御を可能にする。本発明による流体制御及び処理システムは、さらに、自由度を提供する。なぜならば、複数のカートリッジを、任意の器具によって次々に操作することができるからである。なぜならば、固定手段が可逆式であり、したがって、カートリッジのピストンと、器具のピストンドライバとを解除させることができるからである。
【００１０】
本発明の１つの実施の形態によれば、固定手段は、少なくとも２つの部分、すなわち第１の部分と第２の部分とを有し、ピストンは第１の部分に取り付けられており、ピストンドライバは第２の部分を有する。
【００１１】
本発明の１つの実施の形態では、回転手段は、器具を構成する少なくとも１つのシリンダドライバを有し、シリンダドライバは、シリンダボディと回転ジョイントを形成するように設計されている。
【００１２】
発明の１つの実施の形態によれば、固定手段は、ピストンドライバがピストンに対して第１の方向に回転させられたときにピストンをピストンドライバに固定するように設計されており、ピストンドライバが第１の方向とは反対の第２の方向にピストンに対して回転させられたときにピストンをピストンドライバから解除するように設計されている。すなわち、カートリッジが器具によって操作されると、ピストンに対するピストンドライバの第１の方向での回転は、固定手段を介する器具とのカートリッジの固定を可能にし、ピストンドライバのその後の直線移動は、ピストンの制御を可能にする。ピストンに対するピストンドライバの反対方向での回転は、カートリッジと器具とを切り離す。したがって、このような固定手段は自由度を提供する。このような固定手段は、複雑な機構を必要としない。
【００１３】
本発明の１つの実施の形態によれば、固定手段はバヨネットマウントを含む。このようなバヨネットマウントは単純であり、制限された数の技術的部品を必要とする。このようなバヨネットマウントを有することにより、接続及び切断は迅速であり、ピストンドライバを小さな角度だけ回転させることを必要とする。
【００１４】
１つの実施の形態では、流体制御及び処理システムは、さらに、ピストンドライバと、回転手段とをインターロックするためのインターロッキング手段を有しており、これにより、ピストンドライバとピストンとが固定手段によって固定されているとき、シリンダボディの回転がピストンドライバによって制御可能である。本発明によるカートリッジと器具との接続が、カートリッジの操作の全体を通じて固定されたままであることが重要である。ピストンドライバとピストンとが互いに固定されると、インターロッキング手段が係合させられる。
【００１５】
本発明の１つの実施の形態によれば、インターロッキング手段は、第２の方向でのピストンに対するピストンドライバの回転を阻止するように設計されている。このようなインターロッキング手段は、係合させられると、固定手段の切断を防止する。インターロッキング手段の回転は、回転手段とピストンドライバとを同時に回転させることができる。
【００１６】
ピストンドライバがピストンに対して第２の方向に回転させられたときにピストンをピストンドライバから解除するように固定手段が設計されているならば、インターロッキング手段はすなわち固定手段の切断を防止する。事実、第２の方向でのピストンに対するピストンドライバの回転は、インターロッキング手段が係合させられているときには許容されない。
【００１７】
１つの実施の形態では、本発明は、インターロッキング手段とピストンドライバとの間のプリズム接続と、回転手段とインターロッキング手段との間のクランプ継手とをさらに備える。このような接続は、インターロッキング手段内でのピストンドライバの直線移動を可能にする。
【００１８】
別の実施の形態では、固定手段がピストンをピストンドライバに固定しているとき、軸線Ａに沿った方向でのピストンドライバの直線移動は、同じ方向でのピストンの直線移動を生ぜしめる。
【００１９】
１つの実施の形態では、インターロッキング手段はガイドブシュを含み、これにより、ピストンドライバがピストンに固定され、シリンダドライバがシリンダボディと接続されたときに、ガイドブシュの回転は、ピストンドライバと、シリンダドライバとの同時回転を生ぜしめる。
【００２０】
本発明は、さらに、発明を限定しない、流体制御及び処理システムの例示的かつ説明的な実施の形態を示す添付の図面を考慮して示された以下の詳細な説明によって例示される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明によるカートリッジの透視図を示している。
【図２】本発明による器具からのピストンドライバの分解図である。
【図３】シリンダボディに収容されたピストンの部分的な断面図である。
【図４ａ】ピストンに対して解除されたピストンドライバを示すシステムの部分的な断面図である。
【図４ｂ】ピストンに対して固定されたピストンドライバを示すシステムの部分的な断面図である。
【図５ａ】シリンダボディとインターロックされたインターロッキング手段を示す部分的な断面図である。
【図５ｂ】シリンダボディとインターロックされていないインターロッキング手段を示す部分的な断面図である。
【図６ａ】インターロッキング手段がシリンダボディとインターロックされ、ピストンドライバが長手方向軸線に沿って直線移動させられたときの、システムの部分的な断面図である。
【図６ｂ】インターロッキング手段がシリンダボディとインターロックされているときのシステムの部分的な断面図である。
【図７】ピストンドライバ及びインターロッキング手段の部分的な断面図である。
【００２２】
図１〜図７に部分的に示された本発明による流体制御及び処理システム１は、図１に示されたカートリッジ２を有する。カートリッジ２は、図示されていない器具によって操作されるように設計されている。カートリッジ２は、カートリッジ２に収容された２つのシリンダボディ（図示せず）を有する。各シリンダボディは、シリンダボディの端部のうちの一方に取り付けられたシリンダインターフェース３，４を有しており、シリンダインターフェース３，４がカートリッジ２の外側からアクセス可能になっている。各シリンダインターフェース３，４は、中空の直円柱体５の形状を有しており（図１、図３、図４、図５及び図６）、シリンダインターフェース３，４の外面を形成する円形の支持面６，７を提供している。各円柱体は、図示されていないシリンダと、このシリンダと流体接続した、図示されていない少なくとも１つの流体ポートとを有する。
【００２３】
流体制御及び処理システム１は、さらに、少なくとも１つの流体流を駆動するための、図示されていない排出ポートを有する。各排出ポートは、器具がカートリッジ２を操作しているときに、流体ポートと接続可能であるように位置決めされている。
【００２４】
システムは、さらに、カートリッジ２を操作するように設けられた、図２に示されたピストンドライバ８を備えた器具（図示せず）を有する。図２に示されたピストンドライバ８は、図２に示された軸線Ａに沿って延びる軸の形状を有しており、先端部９のうちの一方において３つのピン１０を有しており、各ピン１０は、それぞれ軸線Ａに対して垂直な方向に延びている。各ピン１０は、軸線の周りに他のピン１０から等間隔に配置されている。
【００２５】
ピストンドライバ８は、図６ａ及び図６ｂに部分的に示されたピストン１１を駆動するように設計されている。ピストン１１は、流体ポートを通じて流体を引き込む又は排出するためにシリンダ内の流体体積を変化させるようにシリンダ内で可動である。ピストンドライバ８は、直接に（図示されていない実施の形態）又は図４ａ、図４ｂ、図５ａ、図５ｂ、図６ａ及び図６ｂに部分的に示された、ピストン１１を延長させたピストンロッド１２を介して、ピストン１１に接続することができる。この場合、器具（図示せず）は、カートリッジ２の２つのピストン１１を操作することができる２つのピストンドライバ８を有する。各ピストンドライバ８は、各ピストン１１に固定されたピストンドライバ８に沿って延びる軸線を中心に個々の各ピストン８を移動させるために１つのピストン１１に固定されるように設計されている。すなわち、１つのピストン１１は軸線Ａ（図２、図４ａ、図４ｂに示されている）を中心に可動であり、他のピストンは、軸線Ｂ（図示せず）を中心に可動である。
【００２６】
流体制御及び処理システム１は、ピストン１１をピストンドライバ８に可逆式に固定するための可逆式固定手段を有する。固定手段は、少なくとも２つの部分、すなわち、ピストンロッド１２の先端部９に配置された第１の部分１３と、第１の部分１３に対して相補的な第２の部分１４とを有する。第２の部分１４は、図４ａ及び図４ｂに示したように、ピストンドライバ８の先端部９と、ピン１０とを含む。
【００２７】
固定手段はバヨネットマウントを形成している。なぜならば、第１の部分１３は、ピストンドライバ８の先端部９を収容するように適応された凹所１６と、それぞれピン１０のうちの１つを収容するようにそれぞれ適応された３つのＬ字形の溝１５とを有するからである。各Ｌ字形の溝１５は、軸線Ａに沿って延びる第１の溝１７と、軸線Ａに対して垂直な平面に延びる第２の溝１８とを有する（図３、図４ａ、図４ｂ、図５ａ、図５ｂ、図６ａ、図６ｂ参照）。各第２の溝１８は、リム１９によって画定されており、第２の溝１８に係合したピン１０の軸線１０に沿った直線移動を防止している。固定手段を固定するために、ピストンドライバ８の先端部９が凹所１６に挿入され、これにより、各ピン１０は、第１の溝１７のうちの１つに係合する。先端部９とピン１０とが第１の部分１３に正しく挿入されると、ピストン１１に対するピストンドライバ８の第１の方向（図示した実施の形態では反時計回り）への軸線Ａを中心とする回転が、ピストンドライバ８をピストン１１に固定させることができる。なぜならば、ピン１０が第２の溝１８に係合し、リム１９によって軸線Ａに沿った直線移動を阻止されるからである。図６ａに示したようにピン１０が第２の溝１８に位置しているときには、軸線Ａに沿った方向でのピストンドライバ８の直線移動は、同じ方向でのピストン１１の直線移動を生ぜしめる。
【００２８】
第１の方向とは反対の第２の方向でのピストン１１に対するピストンドライバ８の回転は、ピストン１１と、ピストンドライバ８とを解除させることができる。
【００２９】
流体制御及び処理システム１は、流体ポートを排出ポートのうちの少なくとも１つに流体接続させて配置するために、シリンダボディ、ひいては流体ポートを回転させるための回転手段をも有する。回転手段は、図４ａ、図４ｂ、図５ａ、図５ｂ、図６ａ、図６ｂ及び図７に示したように、シリンダドライバ２０を含む。シリンダドライバ２０は、内部空間２６を形成する中空のシリンダボディ２１を有する。内部空間の形状は、ピストンドライバ８を内部で直線移動及び回転させるように適応されている。内部空間２６は、円筒形状を有しており、その底面はほぼ三角形を形成している。シリンダドライバ２０は、図５ａ及び図５ｂに示したように、支持面６に配置された相補的な連結溝２３に挿入されるように配置されかつ設けられた３つの係合突起２２（図７）を有する。係合突起２２が連結溝２３に挿入されると、軸線Ａを中心とするシリンダドライバ２０の回転が、シリンダインターフェース３及びシリンダボディの回転を生ぜしめる（図６ａ及び図６ｂ参照）。
【００３０】
流体制御及び処理システム１は、さらに、ピストンドライバ８とシリンダドライバ２０とをインターロックするためのインターロッキング手段を有しており、これにより、ピストンドライバ８が固定手段によってピストン１１に固定されているとき、シリンダボディの回転がピストンドライバ８によって制御可能である。インターロッキング手段は、ガイドブシュ２４を含む（図２〜図７参照）。ガイドブシュ２４は、中空の押し出された壁部２５を有する。壁部２５の内部セクションは、図７に示したように、ピン１０を備えたピストンドライバ８を収容するように適応されている。押し出された壁部２５の外側セクションは、シリンダドライバ２０の内部空間２６とすべり継手を形成するように適応されている。ピストンドライバ８がピストン１１に固定され、シリンダドライバ２０が、シリンダインターフェース３を介してシリンダボディと接続されると、ガイドブシュ２４が軸線Ａに沿って直線移動させられ、これにより、ピストンドライバ８を収容し、図７に示したようにシリンダドライバ２０と継手を形成する。その位置において、ガイドブシュ２４の回転は、ピストンドライバ８及びシリンダドライバ２０の同時回転を生ぜしめる。
【００３１】
明細書の検討及び明細書に開示された発明の実施から、当業者には発明のその他の実施の形態が明らかになるであろう。明細書及び実施例は例示としてのみ考慮され、発明の本当の範囲及び思想は以下の請求項によって示されることが意図されている。
【図１】
0006505081.tif 000002
【図２】
0006505081.tif 000003
【図３】
0006505081.tif 000004
【図４ａ】
0006505081.tif 000005
【図４ｂ】
0006505081.tif 000006
【図５ａ】
0006505081.tif 000007
【図５ｂ】
0006505081.tif 000008
【図６ａ】
0006505081.tif 000009
【図６ｂ】
0006505081.tif 000010
【図７】
0006505081.tif 000011