(57)【要約】  流体分離を実質的に維持しながら単一チャネル内に複数の流体を流動させる装置が開示される。一構成では、装置は、第１の流体に親和性を有する第１の内部表面部分と、第２の流体に親和性を有する第２の内部表面部分とを含む。別の構成では、装置は、第１の流体チャネル部分と、第１の流体チャネル部分の周囲に螺旋状に巻かれた第２の流体チャネル部分と、それらの間の開口部とを含む。第１の流量抵抗部分と、第２の流量抵抗部分と、それらの間の流体チャネルとを有する流体経路内の実質的に均一な流体流を維持するための装置もまた開示される。
2021522991.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体分離を実質的に維持しながら単一チャネル内に複数の流体を流動させるための装置であって、
第１の流体及び第２の流体を受け入れるように構成された流体チャネルを含み、
ここで、流体チャネルの少なくとも一部が第１の内部表面部分及び第２の内部表面部分を有し、
第１の内部表面部分が第１の流体に親和性を有するように構成され、第２の内部表面部分が第２の流体に親和性を有するように構成され、第１の内部表面部分及び第２の内部表面部分が異なる流体親和性を有し、
第１の内部表面部分及び第２の内部表面部分を含む流体チャネルの少なくとも一部が、流体チャネルの少なくとも一部内で第１の流体及び第２の流体の実質的に安定な流れを維持するように構成されている、前記装置。
【請求項２】
第１の内部表面部分が疎油性及び疎水性の一方であり、第２の内部表面部分が疎油性及び疎水性の他方である、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
第１の内部表面部分が親水性及び疎水性の一方であり、第２の内部表面部分が親水性及び疎水性の他方である、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
第１の内部表面部分を提供するために流体チャネルの少なくとも一部に適用される第１のコーティングと、
第２の内部表面部分を提供するために流体チャネルの少なくとも一部に適用される第２のコーティングと
をさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
流体チャネルの少なくとも一部が幅ｗ及び高さｈを有し、幅ｗと高さｈの比が１：２〜１０：１の範囲内である、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
幅ｗと高さｈの比が実質的に２：１である、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
流体チャネルが、流体チャネルの少なくとも一部における第１の流体及び第２の流体の等体積流量を可能にするように構成され、第１の流体ｕ１の動粘度と第２の流体ｕ２の動粘度の関係がｕ１＜２ｕ２の条件を満たす、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
流体分離を実質的に維持しながら単一チャネル内に複数の流体を流動させるための装置であって、
第１の流体を受け入れるように構成された第１の流体チャネル部分と、
第１の流体チャネル部分の周囲に螺旋状に巻き付けられ、第２の流体を受け入れるように構成された第２の流体チャネル部分と、
第１の流体チャネル部分を通じて流れる第１の流体と第２の流体チャネル部分を通じて流れる第２の流体の間の流体接触を可能にするように構成された開口部と
を含む第１のチャネル
を含む、前記装置。
【請求項９】
流体チャネルが、流体チャネル内の第１の流体及び第２の流体の実質的に安定な流れを維持するように構成されている、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
第１の流体チャネル部分が実質的に直線である、請求項８に記載の装置。
【請求項１１】
第１の流体チャネル部分及び第２の流体チャネル部分が、各々、実質的に円形の断面を有する、請求項８に記載の装置。
【請求項１２】
流体経路内に実質的に均一な流体流を維持させるための装置であって、
第１の流体入力と、
第１の流体入力と流体連通する第１の流体経路セットであって、第１の流体経路セットの各流体経路は、
第１の流体経路セットを横切って実質的に均一な流体流を引き起こすように構成された少なくとも第１の流量抵抗部分と、
第１の流量抵抗部分の下流に配置された流体チャネルと
を含む第１の流体経路セットと
を含む、前記装置。
【請求項１３】
複数の流体出力をさらに備え、複数の流体出力の各々が、複数の流体経路のうちの１つのみに対応する、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
流体チャネルの各々が実質的に直線である、請求項１２に記載の装置。
【請求項１５】
流体チャネルの各々が実質的に平行に伸長する、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
第１の流量抵抗部分の各々が蛇行形状を有する、請求項１２に記載の装置。
【請求項１７】
第１の流体経路セットの各流体経路が、流体チャネルの下流に配置され、第１の流体経路セットを横切って実質的に均一な流体流を引き起こすように構成された少なくとも第２の流量抵抗部分を含む、請求項１２に記載の装置。
【請求項１８】
第２の流量抵抗部分の各々が蛇行形状を有する、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
第２の流体入力と、
第２の流体入力と流体連通する第２の流体経路セットであって、第２の流体経路セットの各流体経路は、
第２の流体経路セットを横切って実質的に均一な流体流を引き起こすように構成された少なくとも第１の流量抵抗部分と、
第１の流量抵抗部分の下流に配置された流体チャネルと
を含む第２の流体経路セットと
を含み、第１及び第２の流体経路セットの流体チャネルは、第１及び第２の流体経路セットの流体間の分子輸送を促進するように合致する、請求項１２に記載の装置。
【請求項２０】
第２の流体経路セットの各流体経路が、流体チャネルの下流に配置され、第２の流体経路セットを横切って実質的に均一な流体流を引き起こすように構成された少なくとも第２の流量抵抗部分を含む、請求項１９に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願への相互参照
本出願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、２０１８年４月３０日に出願された米国仮特許出願第６２／６６４，４９４号の優先権を主張する。
【０００２】
本開示は、概して、流体分離を実質的に維持しつつ、単一のチャネル内に複数の流体を流動させるための装置及び方法、ならびに流体経路内の実質的に均一な流体流を維持するための装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
ある用途では、流体の実質的な混合物なしに、単一チャネル内に２つ以上の流体流を有することが望ましい。そのような用途の１つは、血液と第２の流体との間の分子輸送を容易にするために、血液と第２の流体の両方を単一チャネル内に流すことを含む。血液は、血漿及び血漿内に懸濁された血液細胞を含む非ニュートン流体である。赤血球（ＲＢＣ）は両凹円盤状の形をしており、血流中に変形して動き回ることがある。赤血球は周囲の液体の運動量とは別の運動量を有するため、赤血球は血流中に流線又は液体層を横断する傾向がある。さらに、流動中に、赤血球は、流体中の高いせん断の領域から離れて動き回る傾向がある。
【０００４】
血液及び第２の流体の流体流に対する以前のアプローチは、血液と第２の流体との間の流体分離（すなわち、流体間混合物を防止する）を確実にするために物理膜を使用することを含んでいた。しかしながら、このようなアプローチは、血液と第２の流体との間の分子輸送を容易にすることを困難にするか又は不可能にする。また、このようなアプローチは、物理的膜の生物付着及び血液と物理的膜との間の接触によって引き起こされる血液中の血栓形成をもたらす可能性がある。
【０００５】
したがって、流体分離を維持し、血液中の凝固を実質的に回避しながら、複数の流体間の分子輸送を容易にするために、血液を含む複数の流体を単一チャネル内に流す装置及び方法が必要である。さらに、このような装置及び方法は衛生的である必要がある。
【０００６】
スループットを増加させるために、並列に延びる多数の単一チャネルを提供することが望ましい。このような単一チャネルに流体を供給するために、流体を入力に供給し、別々の入力チャネルを介して流体を平行チャネルの各々に広げることが効率的であり得る。しかしながら、平行チャネル内の流体流を実質的に均一に維持することは困難である。一般に、流体システムでは、複数の並列チャネルにおける不均一なレベルの流れが、各並列チャネルに存在する異なるレベルの流量抵抗のために生じる。より少ない流量抵抗を有するチャネルは、より大きな流速を可能にし、逆に、より大きな流量抵抗を有する流体チャネルは、より低い流速を有するで。
【０００７】
従来のアプローチは、一般に、流体チャネルを横切ってより大きな圧力低下を生じる流体チャネル内の狭いポイント（「ピンチポイント」としても知られる）の形の流量抵抗の使用を必要とする。流体チャネルを横切る圧力低下が大きいと、流体流のわずかな変動が、流量抵抗がない場合よりも、チャネル内の流れに対して小さな影響を及ぼす。しかしながら、ピンチポイントは、溶血（すなわち、血液中の赤血球の破裂又は破壊）を引き起こす高いせん断速度の領域を生成するため、医療装置（例えば、血流に使用される装置）で使用するためには実行不可能である。
【０００８】
したがって、流体流に高いせん断速度の領域を生成することなく、複数の並列チャネルを同時に流れる流体のバランスのとれた、かつ均一な流れを確保するための装置及び方法が必要である。
【発明の概要】
【０００９】
本開示の少なくとも１つの態様は、流体分離を実質的に維持しつつ、単一のチャネル内に複数の流体を流動させるための装置の例示的な実施形態に関する。装置は、第１の流体及び第２の流体を受け入れるように構成された流体チャネルを含む。流体チャネルの少なくとも一部は、第１の内部表面部分及び第２の内部表面部分を有する。第１の内部表面部分は、第１の流体に対する親和性を有するように構成され、第２の内部表面部分は、第２の流体に対する親和性を有するように構成され、第１の内部表面部分及び第２の内部表面部分は、異なる流体親和性を有する。第１の内部表面部分及び第２の内部表面部分を含む流体チャネルの少なくとも一部は、流体チャネルの少なくとも一部内の第１の流体及び第２の流体の実質的に安定な流れを維持するように構成される。
【００１０】
本開示の別の態様は、流体分離を実質的に維持しながら、単一チャネル内に複数の流体を流動させる装置の例示的な実施形態に関する。装置は、第１の流体を受け入れるように構成された第１の流体チャネル部分と、第１の流体チャネル部分を螺旋状に包むように構成され、第２の流体を受け入れるように構成された第２の流体チャネル部分と、第１の流体チャネル部分を通じて流れる第１の流体と第２の流体チャネル部分を通じて流れる第２の流体との間の流体接触を可能にするように構成された開口部とを含む流体チャネルを含む。
【００１１】
本開示の別の態様は、流体経路内の実質的に均一な流体流を維持するための装置の例示的な実施形態に関する。装置は、第１の流体入力と、第１の流体入力と流体連通する第１の流体経路セットであって、第１の流体経路セットの各流体経路は、第１の流体経路セットを横切って実質的に均一な流体流を引き起こすように構成された少なくとも第１の流量抵抗部分を含む第１の流体経路セットと、第１の流量抵抗部分の下流に配置された流体チャネルとを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、流体分離を実質的に維持しながら、複数の流体が流体チャネル内を流れることを可能にするように構成された装置の一実施形態の正面図である。
【図２】図２は、図１に示される装置における流体チャネルの流体入力部分の一実施形態の斜視図である。
【図３】図３は、図１に示される流体チャネルの流体出力部分の斜視図である。
【図４】図４（ａ）〜（ｃ）は、図１に示される流体チャネルの実施形態の断面図を示す。
【図５】図５は、図１に示される流体チャネルの高さ及び幅に対する計算を示すグラフである。
【図６】図６は、図１に示される流体チャネルの実施形態の断面図である。
【図７】図７は、図１に示される流体チャネルの実施形態の断面図である。
【図８】図８は、図１に示される流体チャネルの実施形態の断面図である。
【図９】図９は、流体分離を実質的に維持しながら、複数の流体が流体チャネル内を流れることを可能にするように構成された装置の一実施形態の斜視図である。
【図１０】図１０は、図７に示される装置の流体チャネルの一部の実施形態の正面図である。
【図１１】図１１は、図１０に示される流体チャネルの一部の断面図である。
【図１２】図１２は、チャネル内の実質的に均一な流体流を維持するための装置の一実施形態の正面図である。
【図１３】図１３は、図１２に示される装置の一部の実施形態の斜視図である。
【図１４】図１４は、図１２に示される装置の流体入力及び流体チャネルの一実施形態の斜視図である。
【図１５】図１５は、図１２に示される装置の直線チャネル部分と第１の流量抵抗部分との接続の実施形態の正面図である。
【図１６】図１６は、図１５に示される直線チャネル部分と第１の流量抵抗部分との接続の斜視図である。
【図１７】図１７は、図１２に示される装置の直線チャネル部分と第２の流量抵抗部分との接続の実施形態の斜視図である。
【図１８】図１８は、図１２に示される装置の対応する流体経路の実施形態の概略図である。
【図１９】図１９は、図１２に示される装置の対応する流体経路の別の実施形態の概略図である。
【図２０】図２０は、図１２に示される装置の対応する流体経路のさらに別の実施形態の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
概して図を参照すると、流体分離を実質的に維持しつつ、流体間の分子輸送を容易にするために、単一の流体チャネル内に複数の流体を流動させるための装置が示され、記載される。また、複数のチャネルにおける流体の流れを平衡化する装置が示され、記載される。
【００１４】
Ｉ．単一チャネル内に複数の流体を流す装置の第１の実施形態
Ａ．概要
本明細書に開示されるのは、流体分離を実質的に維持しながら、複数の流体、好ましくは非混和性である複数の流体を単一チャネル内に流動させるための装置の実施形態である。複数の非混和性流体は、例えば、血液及び第２の流体（例えば、ペルフロウロデカリン）であってもよいが、油及び水のような他の流体であってもよい。血液及び第２の流体を流すための装置は、衛生環境（例えば、血液の汚染又は流体膜の生物学的汚損を回避すること）において、血液と第２の流体との間の分子輸送（例えば、血液中への酸素分子及び血液からの二酸化炭素分子の輸送）の必要性のために重要である。
【００１５】
安定流又は層流は、流体層間の破壊を引き起こすことなく、流れ内の流体層が互いに滑らかに滑る流体流を指す。言い換えれば、層流は秩序だった予測可能な流体流として特徴づけられる。対照的に、乱流は、流体の層が、不規則、ランダム、及びカオス的な流れとして特徴付けられるため、流体を正確に記述することを困難にするように互いに破壊する流体の流れを指す。本明細書に開示される装置において、好ましくは、装置内の流体の流れは、レイノルズ数が約１０であることを特徴とする。
【００１６】
このような流体流は、例えば、固有のミリフルイディック（又はメソフルイディック）配置によって得ることができる。ミリフルイディクス（又はメソフルイディクス）は、典型的には約０．７５〜１．５ミリメートルの断面寸法を有するチャネルのネットワークにおいて、通常、ミリリットル（１０−３）の範囲の流体を操作及び制御することを含む。ミリフルイディクスは小スケールであるため、小チャネル内で作用する支配的な力は表面張力である。このような場合、体積流量及び同一チャネル内を流れる非混和性流体の相対粘度は、各流体がチャネル内を占めるチャネルの断面の総量を決定する。複数の流体間の界面がチャネルを横切って到達しない場合（すなわち、チャネルの一方の側からチャネルの第２の反対側へ）、流体分離は、擬似膜として作用する流体界面により実質的に維持されるため、チャネル内で安定した流体流を維持することができる。疑似膜は、疑似膜の表面積に関連したエネルギーを貯蔵し、疑似膜の湾曲に関連した複数の流体間の圧力差を生じる。圧力差により、インターフェースは、インターフェースをサブエンドするチャネルのエッジから出入りする。
【００１７】
単一チャネルにおける安定な流体流は、異なる非混和性流体に対して異なる親和性を有するように内部表面を構成することによって得られることが決定されている。したがって、第１の非混和性流体は、第１の流体が親和性を有する第１の内部表面又は表面に沿って流れ、第２の非混和性流体は、第２の流体が親和性を有する第２の内部表面又は表面に沿って流れる。
【００１８】
Ｂ．ハウジング
図１は、同じ流体チャネル２１内の複数の流体の流れを可能にするように構成された装置２０の正面図を示す。装置２０は、流体の１つが血液である場合に複数の流体を流すのに特に有用である。装置２０は、チャネルを流れる２つの流体を容易にするように構成された流体チャネル２１を支持することができるハウジング３０を含む。
【００１９】
ハウジング３０は、流体を流路２１に供給するための構造も支持することができる。例えば、第１の流体入力２２Ａ及び第２の流体入力２２Ｂは、それぞれ、入力チャネル２４Ａ及び入力チャネル２４Ｂと流体連通していてもよい。次に、入力チャネル２４Ａ及び入力チャネル２４Ｂは、流体チャネル２１と流体連通している。
【００２０】
入力２２Ａ及び２２Ｂの各々は、それぞれの流体源（図示せず）（例えば、ＩＶバッグなど）と接続するために、従来の手段によって、流体入力２２Ａ及び２２Ｂが、それぞれ、流体源から第１の流体及び第２の流体を受けるように構成することができる。図２に示されるように、第１の流体及び第２の流体は、各々、それぞれ、流体チャネル２１内にそれぞれの入力チャネル２４Ａ及び２４Ｂを通って流れる。
【００２１】
ハウジング３０はまた、流体チャネル２１から流体を受け取るための構造を支持することができる。例えば、出力チャネル２５Ａ及び出力チャネル２５Ｂは、流体チャネル２１と流体連通している。次に、出力チャネル２５Ａ及び出力チャネル２５Ｂは、第１の流体出力２３Ａ及び第２の流体出力２３Ｂと流体連通している。
【００２２】
図３に示すように、例えば、出力チャネル２５Ａ及び２５Ｂは、流体チャネル２１からそれぞれの流体を受け取る。出力チャネル２５Ａ及び２５Ｂは、それぞれ、第１の流体出力２３Ａ及び第２の流体出力２３Ｂに流体を供給する。流体出力２３Ａ及び２３Ｂは、装置から流出する流体を出るように構成される。流体出力２３Ａ及び２３Ｂは、従来の手段によって、流体のさらなる管又は他のレセプタクルと接続するように構成することができる。
【００２３】
好ましくは、ハウジング３０は、流体チャネル２１を支持し、流体が流体チャネルを通って流れるようにポンピングされ、その結果、システム（具体的には、流体流）が重力に影響されないようにする。
【００２４】
Ｃ．流体チャネル
流体チャネル２１は、流体分離を実質的に維持しながら、複数の流体（例えば、第１及び第２の流体）の流れを可能にするように構成される。このように、分子輸送は、流体混合物が発生することなく、２つの流体の間で促進することができる。
【００２５】
流体チャネル２１は、種々の構成で形成することができる。例えば、それは、可撓性又は剛性チャネルであってもよい。さらに、それは、種々の断面形状を有することができるが、４つの側面を有する長方形の断面形状が好ましい。流体チャネル２１は、生体材料を輸送するための任意の適切な材料から形成することができる。
【００２６】
図４（ａ）〜（ｃ）は、流体チャネル２１の実施形態の断面図を示す。例えば、図に示されるように。４（ａ）〜（ｃ）、流体チャネル２１は、矩形断面を有する。流体チャネル２１は、幅ｗ３５及び半値幅ｗ／２  ３６、ならびに高さＨ３７を有する。さらに、流体チャネル２１は、少なくとも１つの第１の内部表面３１及び少なくとも１つの第２の内部表面３２を有する。
【００２７】
少なくとも１つの第１の内部表面３１は、第１の流体に対する親和性を有し、少なくとも１つの第２の内部表面３２は、第２の流体に対する親和性を有する。内部表面３２の親和性は、種々の方法で確立することができる。例えば、親和性は、流体チャネル２１の対応する部分の材料によって確立することができる。例えば、親水性表面は、ヒドロゲル、ポリアミド、又はヒドロキシル化ポリウレタンで作ることができる。別の例として、疎水性表面は、ポリテトラフルオロエチレン又はポリメチレンで作ることができる。あるいは、親和性は、流体チャネル２１の内部に塗布されるコーティングのような処理によって確立することができる。そのような処理には、プラズマ又はコロナ処理、又は表面をヒドロゲル、ポリアミド、又はヒドロキシル化ポリウレタンでコーティングすること（親水性表面を形成するため）、又は表面をポリテトラフルオロエチレン又はポリメチレンでコーティングすること（疎水性表面を形成するため）が含まれる。例えば、各内部表面の親和性は、少なくとも１つの第１の内部表面に第１のコーティングを塗布し、第２のコーティングを少なくとも１つの第２の内部表面に塗布することによって確立することができる。より具体的な例として、上記物質は、適切なマスキング（例えば、第１の内部表面上に第１のコーティングを塗布又は被覆し、第１のコーティングをマスキングし、第２の内部表面上に第２のコーティングを塗布又は被覆する）を用いて、任意の適切な順序で塗布することができる。
【００２８】
流体に対する表面の親和性の一例として、少なくとも１つの第１の内部表面３１は、疎油性及び疎水性のうちの１つであるように構成することができ、少なくとも１つの第２の内部表面３２は、疎油性及び疎水性の他方であるように構成することができる。さらなる例において、少なくとも１つの第１の内部表面３１は、親水性及び疎水性のうちの１つであるように構成することができ、第２の内部表面は、親水性及び疎水性３２の他方であるように構成することができる。例えば、親水性のためには、５０度以下の水との接触角が好ましく、疎水性のためには、１１０度を超える水との接触角が好ましい。
【００２９】
複数の非混和性流体が流体チャネル２１内を流れる場合、流体インターフェース３８は、第１の流体及び第２の流体によって生成される。流体チャネル２１の構成、流速、及び使用される流体のようなパラメータに依存して、流体インターフェースは、流体チャネル２１内の異なる位置で起こり得る。例えば、パラメータは、流体界面３８Ａを、図４（ａ）に示される流体チャネル２１Ａ内の位置に存在させることができる。別の例として、パラメータは、流体界面３８Ｂを、図４（ｂ）に示される流体チャネル２１Ｂ内の位置に存在させることができる。さらに別の例として、パラメータは、流体界面３８Ｃを、図４（ｃ）に示される流体チャネル２１Ｃ内の位置に存在させることができる。
【００３０】
流体界面３８の形状は、円のセグメントに近似する。しかしながら、放物線形状を用いて、第１の流体が第２の流体に伸びる程度を推定すると、円の下端をなす弦からのセグメントの高さは放物線の高さよりも低いため、流体界面の高さが過大評価される。したがって、このようなアプローチは、流体界面が流体チャネルを横切って到達するのを防止するための追加のマージンを提供する。
【００３１】
放物線の形状は、一般に、関係式（１）：ｙ＝ｆ（ｘ）によって定義される。ここで、関数ｆ（ｘ）は、一般に、関係式（２）が放物線の形状を定義するような形である。図２の寸法に関して、ｙ＝Ｃｘ２−ｈである。この関係式（２）において既知の座標（ｙ＝０、ｘ＝ｗ／２）を用いると、関係式（３）はＣ＝４ｈ／ｗ２の値を与える。
【００３２】
その結果、界面の形状（放物線形状によって推定される）は関係式（４）：
ｙ＝ｈ（４ｘ２／ｗ２−１）
によって記述される。したがって、放物線内（すなわち、流体界面３８の上方及び内部表面部分３１の下方にある流体チャネル２１の領域）に存在する第１の流体の領域は、関係式（５）：
Ａ１＝２／３ｈｗ
によって与えられる。従って、第２の流体は、流体チャネル２１内の残りの空間を占有し、この領域は、関係式（６）：
Ａ２＝Ｈｗ−２／３ｈｗ
によって記載される。
【００３３】
体積流量が等しい（第１の流体の体積流量は第２の流体の体積流量に等しい）と仮定すると、流体チャネル２１内の第１の流体及び第２の流体によって占められる面積の比は、第１の流体の粘度及び第２の流体の粘度によって決定され、比較的粘性の高い流体は、比例してより大きな面積を占める。これは関係式（７）：
Ａ１／ｕ１＝Ａ２／ｕ２
で表すことができる。
【００３４】
関係（７）を用いて、関係（５）と関係（６）とを関連付けると、以下の導出：
関係式（８）：
２／３ｈｗ／ｕ１＝Ｈｗ／ｕ２−２／３ｈｗ／ｕ２
及び、関係式（９）：
ｈ／ｕ１＝３／２（Ｈ／ｕ２−２／３ｈ／ｕ２）＝３／２Ｈ／ｕ２−ｈ／ｕ２
及び、関係式（１０）：
ｈ（１／ｕ１＋１／ｕ２）＝３／２Ｈ／ｕ２
が得られる。
【００３５】
流体界面の高さｈ３４について解くと、関係式（１１）：
ｈ＝３／２Ｈｕ１／（ｕ１＋ｕ２）
が得られる。
【００３６】
したがって、流体界面の高さｈ３４は、関係式（１２）：
３／２ｕ１／（ｕ１＋ｕ２）−１＝０
が保持されるとき、チャネル高さＨ３７に等しい。
【００３７】
関係式（１２）は、関係式（１３）：ｕ１＝２Ｕ２が真である場合に成立する。換言すれば、第１の流体の動的粘度が第２の流体の動的粘度の２倍に等しい場合、流体界面３８は、流体チャネル２１の一方の側から反対側に到達する。
【００３８】
したがって、第１の流体の体積流量が第２の流体の体積流量に等しいと仮定すると、第１の流体の動的粘度が第２の流体の動的粘度の２倍未満、すなわち、２つの流体の動的粘度の関係がｕ１＜２ｕ２の条件を満たす限り、流体界面は、実質的に安定したままである（すなわち、流体界面は流体チャネルを横切って到達しない）。ここで、ｕ１は第１の流体の動的粘度であり、Ｕ２は第２の流体の動的粘度である。
【００３９】
図５は、界面がチャネルのエッジ内に残り、流体チャネルの反対のエッジに衝突しないように、界面の理想的な安定性を維持するための流体チャネル２０の幅３５対高さ３７の比に関する経験的結果を示すグラフである。経験的には、幅対高さ比が１：２〜１０：１の範囲内であれば、界面の実質的な安定性を維持することができる。好ましくは、比率は３：２である。より好ましくは、比は２：１であり、その場合、界面を反対のエッジに押し出すのに必要な流体界面での圧力差が最大となる。
【００４０】
図６〜８は、流体チャネル２１に関する３つの例示的な実施形態を示す。これらの実施形態のそれぞれにおいて、流体チャネルの異なる内部表面部分は、それぞれ、異なる流体に対する親和性を有するように構成される。第１の内部表面部分は、第１の流体（例えば、水性流体）に対する親和性を有し、第２の内部表面部分は、第２の流体（例えば、オレイン流体）に対する親和性を有する。いくつかの実施態様において、第１の内部表面部分は、水性流体に対する親和性を有し、第２の内部表面部分は、オレイン流体に対する親和性を有する。
【００４１】
第１の流体及び第２の流体は非混和性であるため、第１の内部表面部分及び第２の内部表面部分は異なる流体親和性を有する。さらに、第１の内部表面部分及び第２の内部表面部分は、流体チャネル内の２つの非混和性流体の安定な流体流を実質的に維持するように構成される。
【００４２】
図６に示される実施形態によれば、内部表面４１は、第１の流体４４に対する親和性を有するように構成される。内部表面又は表面４２は、第２の流体４５に対して親和性を有するように構成される。非混和性流体４４及び４５が流体チャネル２１内を流れる場合、流体は、擬似膜を生成する流体界面４３を形成する。
【００４３】
図７に示される実施形態によれば、流体チャネル２１の内部表面５１Ａ及び５１Ｂは、第１の流体５４に対する親和性を有するように構成される。内部表面５１Ａ及び５１Ｂは、流体チャネル２１の反対側である。流体チャネル２１の内部表面５２Ａ及び５２Ｂは、第２の流体５５に対する親和性を有するように構成され、内部表面５２Ａ及び５２Ｂは、チャネル２１の反対側の他方である。非混和性流体５４及び５５が流体チャネル２１内を流れる場合、流体は、擬似膜を生成する流体界面５３Ａ及び５３Ｂを形成する。擬似膜は、流体界面５３Ａ及び５３Ｂに沿って存在する圧力差による高い力のために、流体分離を実質的に維持する。流体界面５３Ａ及び５３Ｂが適合しない限り、安定した、分離した流体の流れは、流体チャネル２１内で実質的に維持される。
【００４４】
図８に示す実施形態によれば、流体チャネル２１は、互いに隣接し、第１の流体６４に対する親和性を有するように構成された内部表面６１Ａ及び６１Ｂを有する。さらに、流体チャネル２１は、互いに隣接し、第２の流体６５に対する親和性を有するように構成された内部表面６２Ａ及び６２Ｂを有する。非混和性流体６４及び６５が流体チャネル２１内を流れる場合、流体は、擬似膜を生成する流体界面６３を形成する。擬似膜は、流体界面６３に沿って存在する圧力差による高い力のために、流体分離を実質的に維持する。流体界面６３が内部表面６２Ａ又は６２Ｂのいずれにも延びて接触しない限り、安定した、分離した流体の流れは、流体チャネル２１内に実質的に維持される。
【００４５】
本明細書に記載されるように、流体分離を実質的に維持しながら、複数の流体が単一チャネル２１内に流動する実施形態を構築することができる。１００％流体分離を維持することが望ましいが、十分な流体分離は、１００％未満の流体分離であり得るが、依然として商業的に又は特定の用途に許容される分離量であり得ることが理解される。いくつかの実施形態において、少なくとも９０％の流体分離があり得る。いくつかの実施形態において、少なくとも９５％の流体分離があり得る。いくつかの実施形態において、少なくとも９８％の流体分離があり得る。いくつかの実施形態において、少なくとも９９％の流体分離があり得る。
【００４６】
ＩＩ．単一チャネル内に複数の流体を流す装置の第２の実施形態
Ａ．概要
本明細書に開示されるのは、流体分離を実質的に維持しながら、複数の流体、好ましくは非混和性である複数の流体を単一の流体チャネル内に流動させるための装置の一実施形態である。複数の非混和性流体は、例えば、血液及び第２の流体（例えば、ペルフロウロデカリン）であってもよいが、油及び水のような他の流体であってもよい。血液及び第２の流体を流すための装置は、衛生環境（例えば、血液の汚染又は流体膜の生物学的汚損を回避すること）において、血液と第２の流体との間の分子輸送（例えば、血液中への酸素分子及び血液からの二酸化炭素分子の輸送）の必要性のために重要である。
【００４７】
２つの非混和性流体（そのうちの１つは血液であることが好ましい）の分離した流体流は、流体チャネルの物理的構造を構成して、血液中の赤血球による血流の異常な流体特性（例えば、流動中の赤血球の変形及び動き回り、及び高せん断領域から離れた赤血球の動き回り）を利用することによって、単一の流体チャネル内に維持することができる。流体チャネルは、第１の流体が、内側、中央の直線経路内を流れ、第２の流体が、内側、中央の直線経路の周囲の外側、螺旋経路内を流れるように、螺旋流を使用するように構成される。例えば、第１の流体は血液であり、血液中の赤血球は、中央の直線経路内の流れの中間に転倒する傾向があるため、血液と第２の流体との間の流体分離は実質的に維持される。さらに別の例では、第２の流体は血液であり、外側の螺旋状経路内の血液中のＲＢＣの回転流は外側の流路の外側に向かって転がり、第１の流体から離れる傾向があるため、血液と第１の流体との間の流体分離は実質的に維持される。
【００４８】
このような装置は、物理的な膜を使用せずに赤血球が他の流体と混合するのを防ぐ必要があるため、血液透析及び血液酸素化に有用である。
【００４９】
Ｂ．ハウジング
図９は、流体分離を実質的に維持しながら、単一の流体チャネル７５内に複数の流体を流動させるための装置７０の斜視図を示す。装置７０は、流体の１つが血液である場合に複数の流体を流すのに特に有用である。装置７０は、チャネルを流れる２つの流体を容易にするように構成された流体チャネル７５を支持することができるハウジング１３０を含む。
【００５０】
ハウジング１３０は、流体チャネル７５に流体を供給するための構造も支持することができる。例えば、第１の流体入力７２Ａ及び第２の流体入力７２Ｂは、それぞれ、入力チャネル７１及び入力チャネル７３と流体連通していてもよい。次に、入力チャネル７１及び入力チャネル７３は、流体チャネル７５と流体連通している。
【００５１】
第１及び第２の流体入力部７２Ａ及び７２Ｂの各々は、それぞれの流体源（図示せず）（例えば、ＩＶバッグなど）と接続するために、従来の手段によって、流体入力部７２Ａ及び７２Ｂが、それぞれ、流体源から第１の流体及び第２の流体を受け取るように、従来の手段によって構成することができる。図１０に示されるように、第１及び第２の流体は、各々、それぞれ、各入力チャネル７１及び７３を通って流体チャネル７５内に流れる。
【００５２】
ハウジング１３０は、流体チャネル７５から流体を受け取るための構造も支持することができる。例えば、出力チャネル８３及び出力チャネル８４は、流体チャネル７５と流体連通している。次に、出力チャネル８３及び出力チャネル８４は、第１の流体出力７４Ａ及び第２の流体出力７４Ｂと流体連通している。
【００５３】
図９及び１０に示されるように、例えば、出力チャネル８３及び８４は、流体チャネル７５からそれぞれの流体を受け取る。出力チャネル８３及び８４は、それぞれ第１の流体出力７４Ａ及び第２の流体出力７４Ｂにそれぞれ流体を供給する。流体出力７４Ａ及び７４Ｂは、装置から流出する流体を出るように構成される。流体出力７４Ａ及び７４Ｂは、流体のためのさらなる管又は他のレセプタクルと接続するために、従来の手段によって構成することができる。
【００５４】
好ましくは、ハウジング１３０は、流体が、システム（特に流体流）が重力に影響されないように、第１のチャネルを流れるようにポンプで送り出され得るように、流体チャネル７５を支持する。
【００５５】
Ｃ．流体チャネル
流体チャネル７５は、流体分離を実質的に維持しながら、複数の流体（例えば、第１及び第２の流体）の流れを可能にするように構成される。このように、分子輸送は、流体混合物が発生することなく、２つの流体の間で促進することができる。流体チャネル７５は、第１の流体チャネル部分７５’及び第２の流体チャネル部分７５’’を含むことができる。
【００５６】
１．第１の流体チャネル部分
図１０は、流体チャネル７５の第１の流体チャネル部分７５’の例示的な実施形態を示す。好ましい実施形態では、第１の流体チャネル部分７５’は、入力チャネル７１及び出力チャネル８３（例えば、同一の中心軸及び／又は同一の断面寸法を有する）の継続又は延長であるが、第１の流体チャネル部分７５’は、第２の流体チャネル部分７５’’と流体連通し得る開口部８１（図１１に示される）を有する。
【００５７】
好ましくは、第１の流体チャネル部分７５’は実質的に直線である。図１１に示すように、第１の流体チャネル部分７５’は、直径Ｄ１を有する実質的に円形の断面を有することが好ましい。第１の流体チャネル部分７５’は、第１の流体チャネル部分７５’を通る第１の流体（例えば、血液又はオレイン酸流体）の流れを容易にするように構成された任意の適切な断面形状又はサイズを有し得る。
【００５８】
第１の流体チャネル部分７５’は、入力チャネル７１から第１の流体を受け取るように構成される。第１の流体チャネル部分７５’は、第１の流体チャネル部分７５’の一部が、開口部８１を介して第２の流体チャネル部分７５’’と流体連通しているように構成される。第１の流体チャネル部分７５’は、第１の流体を出力チャネル８３に流入させて装置を出るように指向する。
【００５９】
２．第２の流体チャネル部分
図１０は、流体チャネル７５の第２の流体チャネル部分７５’’の例示的な実施形態を示す。好ましい実施形態では、第２の流体チャネル部分７５’’は、入力チャネル７３及び出力チャネル８４（例えば、同じ中心軸及び／又は同じ断面寸法を有する）の継続又は延長であるが、第２の流体チャネル部分７５’’は、第１の流体チャネル部分７５’と流体連通し得る開口部８１を有する。
【００６０】
図１１に示されるように、第２の流体チャネル部分７５’’は、好ましくは、直径Ｄ２を有する実質的に円形の断面を有する。第２の流体チャネル部分７５’’は、第２の流体チャネル部分７５’’を通る第２の流体（例えば、血液またはオレイン酸流体）の流れを容易にするように構成された任意の適切な断面形状またはサイズを有し得る。いくつかの実施形態における第２の流体チャネル部分７５’’のサイズは、第１の流体チャネル部分７５’のサイズと同じであるが、いくつかの実施形態では、それらはおそらく異なることができる。
【００６１】
第２の流体チャネル部分７５’’は、第１の流体とは異なる第２の流体を入力チャネル７３から受け取るように構成される。第２の流体チャネル部分７５’’は、第２の流体チャネル部分７５’’の開口部８１が第１の流体チャネル部分７５’と流体連通しているように構成される。第２の流体チャネル７５’’は、第２の流体を出力チャネル８４に流入させて装置を出るように指向する。
【００６２】
図１０に示されるように、第２の流体チャネル部分７５’’は、好ましくは、角度７６で第１の流体チャネル部分７５’の周りに螺旋状に巻き付けるように構成される。第１の流体チャネル部分７５’に対する第２の流体チャネル部分７５’’の角度は、任意の適切な角度寸法であり得る。
【００６３】
３．開口部
図１１に示されるように、開口部８１は、第１の流体チャネル部分７５’内を流れる第１の流体と、第２の流体チャネル部分７５’’内を流れる第２の流体との間の流体連通を可能にする。具体的には、流体連絡は、第１の流体チャネル部分７５’のエッジ及び第２の流体チャネル部分７５’’のエッジに沿って開口部８１を介して生じる。開口部８１は、第１の流体と第２の流体との間で流体分離を実質的に維持しながら、分子輸送が第１の流体と第２の流体との間で起こり得るように、任意の適切なサイズを有する幅Ｗを有する。好ましくは、開口部８１の寸法及び形状は、第１の流体と第２の流体との間の分子輸送を可能にする。
【００６４】
図１０を参照すると、表１は、この第２の実施形態による、第１の流体チャネル部分及び第２の流体チャネル部分の例示的な寸法を報告する。長さＬは、好ましくは１００ｍｍ未満である。直径Ｄ１及びＤ２は、好ましくは１ｍｍ未満であり、角度７６は、意図された目的に適した任意の角度である。
【００６５】
【表１】
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【００６６】
本明細書に記載されるように、流体分離を実質的に維持しながら、複数の流体が単一チャネル７５内に流動する実施形態を構築することができる。１００％流体分離を維持することが望ましいが、十分な流体分離は、１００％未満の流体分離であり得るが、依然として商業的に又は特定の用途に許容される分離量であり得ることが理解される。
【００６７】
ＩＩＩ．流体経路において実質的に均一な流体流を維持するための装置の実施形態
Ａ．概要
スループットを増加させるために、好ましくは、各々が、例えば、上述の流体チャネル２１及び７５を含む、多数の流体経路を有する装置を提供することが望ましい。このような流体チャネルに流体を供給するために、流体を入力に供給し、別々の流体経路を介して流体チャネルの各々に流体を広げることが効率的であり得る。
【００６８】
流体経路を横切る実質的に均一な流体流を維持するために、流体流を平衡化する装置が開示される。一般に、流体システムでは、並列流体経路における不均一なレベルの流量が、各流体経路に存在する異なるレベルの流量抵抗に起因して生じる。より少ない流量抵抗を有する流体経路は、より大きな流速を可能にし、逆に、より大きな流量抵抗を有する流体経路は、より低い流速を有する。
【００６９】
本明細書に開示される装置では、流体経路の各々に流量抵抗部分が設けられる。流動抵抗部分は、各流体経路に存在する流量抵抗のレベルを等しくすることができ、それによって、流体経路を横切る流体の流れを実質的に均一に維持することができる。例えば、流動抵抗部分は、流体経路の各々における流体の流れに圧力降下を加えることができる。
【００７０】
装置は、２つ以上の流体経路のセットを有することができる。一実施形態は、２セットの流体経路を有することが記載される。第１の組の流体経路は、詳細に記載され、第２の組の流体経路は、本質的に同じ構造を有するように構成され得ることが理解される。あるいは、第２の組の流体経路は、以下により詳細に記載されるように、異なる構造を有するように構成することができる。それぞれの流体経路のセットは、それぞれの流体を受け入れることができる。例えば、第１の組の流体経路は第１の流体を受け入れることができ、第２の組の流体経路は第２の流体を受け入れることができる。好ましい態様によれば、第１の流体は血液であってもよく、第２の流体はペルフルオロカーボンであってもよい。第１の組の流体経路の各流体経路は、第１及び第２の組の流体経路の流体間の分子輸送を促進するために、第２の組の流体経路の流体経路の対応する流体チャネルと一致する流体チャネルを有してもよい。
【００７１】
Ｂ．ハウジング
図１２は、流体経路内の実質的に均一な流体流を維持するための装置９０の一実施形態を示す。装置９０は、好ましくは、第１の組の流体経路を支持するハウジング２３０と、流体入力９１と、流体出力１０３Ａ、１０３Ｂ、１０３Ｃとを含む。より好ましい実施形態では、装置９０はまた、第２の組の流体経路を支持するハウジング２３０’（図１３）、ならびに流体入力９Ｇ及び流体出力（図示せず）を含む。ハウジング２３０、２３０’は、流体経路、入力及び出力を支持するのに適した任意の構造であり得る。
【００７２】
好ましくは、ハウジング２３０、２３０’は、流体が流体経路を通って流れるようにポンプで送り出され、その結果、システム（具体的には、流体の流れ）が重力に影響されないように、流体経路を支持する。
【００７３】
Ｃ．液体入力
装置９０は、外部源から流体を受け取るように構成された流体入力９１及び９１’を有する。流体入力９１及び９１’の各々は、流体入力９１及び９１’が、流体源からそれぞれ第１の流体及び第２の流体を受けるように、従来の手段によって、それぞれの流体源（図示せず）（例えば、ＩＶバッグなど）と接続するように構成することができる。図１３は、第１の流体を受け入れるように構成された流体入力９１と、第２の流体を受け入れるように構成された流体入力９１’とを有する装置９０の斜視図を示す。
【００７４】
流体入力９１及び９１’は、それぞれ第１及び第２の組の流体経路と流体連通している。
【００７５】
Ｄ．  流体経路の第１セット
図１２は、第１の流体経路セットを示す。３つの流体経路が描かれているが、多かれ少なかれ存在する。各流体経路は、好ましくは、入力チャネル９３Ａ、９３Ｂ、９３Ｃ、第１の流量抵抗部分９５Ａ、９５Ｂ、９５Ｃ、流体チャネル９７Ａ、９７Ｂ、９７Ｃ、第２の流量抵抗部分９９Ａ、９９Ｂ、９９Ｃ、及び出力チャネル１０１Ａ、１０１Ｂ、及び１０１Ｃを含む。入力チャネル９３Ａ、９３Ｂ、９３Ｃの各々は、流体入力９１から流体を受け取るために、流体入力９１と流体連通している。各入力チャネル９３Ａ、９３Ｂ、９３Ｃは、対応する第１の流量抵抗部分９５Ａ、９５Ｂ、９５Ｃと流体連通しており、対応する流体チャネル９７Ａ、９７Ｂ、９７Ｃは、対応する第２の流量抵抗部分９９Ａ、９９Ｂ、９９Ｃと流体連通しており、対応する第２の流量抵抗部分９９Ｂ、９９Ｃは、対応する出力チャネル１０１Ａ、１０１Ｂ、及び１０１Ｃと流体連通している。
【００７６】
１．第１の流量抵抗部分
第１の流量抵抗部分９５Ａ、９５Ｂ、９５Ｃは、流体経路内の流量抵抗を増加させるように構成される。例証される実施形態では、第１の流量抵抗部分９５Ａ、９５Ｂ、９５Ｃの各々は、流体経路内の流れの方向を変化させることによって、流量抵抗を増加させる。例えば、第１の流量抵抗部分９５Ａ、９５Ｂ、９５Ｃは、流体流の方向を変化させ、流体経路の長さを増加させる蛇行形状を有することができる。好ましくは、各第１の流量抵抗部分９５Ａ、９５Ｂ、９５Ｃは、任意のターン又は方向の変化における過剰なせん断速度を回避するように構成される。好ましくは、それぞれの第１の流量抵抗部分９５Ａ、９５Ｂ、９５Ｃは、せん断速度を毎秒２０００（ｓ−１）未満に維持するように構成される。
【００７７】
いくつかの実施形態では、第１の流量抵抗部分９５Ａ、９５Ｂ、９５Ｃは、ほぼ正方形の断面形状を有することができるが、他の適切な断面形状を用いることができる。好ましくは、第１の流量抵抗部分９５Ａ、９５Ｂ、９５Ｃの各々は、０．４〜１．０ｍｍの範囲の幅及び高さ、より好ましくは約０．８ｍｍの幅及び約０．７５ｍｍの高さを有する。しかしながら、適宜、他の適切な寸法を使用することができる。
【００７８】
２流体チャンネル
流体チャネル９７Ａ、９７Ｂ、９７Ｃは、第１の流量抵抗部分９５Ａ、９５Ｂ、９５Ｃと流体連通しており、第１の流量抵抗部分９５Ａ、９５Ｂ、９５Ｃから流体を受け取るように下流に配置されている。図１５及び１６は、中央流体経路の一部を示し、ここで、第１の流量抵抗部分９５Ｂは、流体チャネル９７Ｂに流体を供給する。流体チャネル９７Ａ、９７Ｂ、９７Ｃは、各々、実質的に直線的であり、互いに平行に延在することが好ましい。
【００７９】
流体チャネル９７Ａ、９７Ｂ、９７Ｃは、各々、流体を含有するために、完全に閉じ込められたチャネルであり得る。しかしながら、例証される実施形態では（図１５及び１６参照）、流体チャネル９７Ａ、９７Ｂ、９７Ｃは、第２の流体経路セットの流体チャネル（図１５及び１６には９７Ｂのみが示されている）との流体連絡を可能にするために、一方の側で開口されている。例証される実施形態では、第１の流体経路セットの各流体チャネル、及び第２の流体経路セットの対応する流体チャネルを組み合わせて、単一のチャネル内に複数の流体を流す装置の第１の実施形態に関して上述した流体チャネル２１と同じ構成を有する流体チャネルを形成することができる。別の代替案として、第１及び第２の流体経路セットの流体チャネルを再構成し、組み合わせて、単一チャネル内に複数の流体を流す装置の第２の実施形態に関して上述した流体チャネル７５と同じ構成を有する流体チャネルを形成することができる。
【００８０】
３．第２の流量抵抗部分
第２の流量抵抗部分９９Ａ、９９Ｂ、９９Ｃは、流体経路内の流量抵抗を増加させるように構成される。好ましくは、第２の流量抵抗部分９９Ａ、９９Ｂ、９９Ｃは、流体チャネル９７Ａ、９７Ｂ、９７Ｃと流体連通し、流体チャネル９７Ａ、９７Ｂ、９７Ｃから流体を受け取るように下流に配置される。図１７は、中央流体経路の一部を示し、ここで、第２の流量抵抗部分９９Ｂは、流体チャネル９７Ｂから流体を受け取る。例証される実施形態では、第２の流量抵抗部分９９Ａ、９９Ｂ、９９Ｃの各々は、流体経路内の流れの方向を変化させることによって、流量抵抗を増加させる。例えば、第２の流量抵抗部分９９Ａ、９９Ｂ、９９Ｃは、各々、流体の流れの方向を変化させ、流体経路の長さを増加させる蛇行形状を有することができる。例えば、第１の流体流量抵抗部分９５Ａ、９５Ｂ、９５Ｃと第２の流量抵抗部分９９Ａ、９９Ｂ、９９Ｃとの組み合わせは、第１及び第２の流量抵抗部分が蛇行ではなく、直線である場合の全長の３倍だけ、流体経路の全長を増加させることができる。好ましくは、各第１の流量抵抗部分９９Ａ、９９Ｂ、９９Ｃは、任意のターン又は方向の変化における過剰なせん断速度を回避するように構成される。具体例として、各第２の流量抵抗部分９９Ａ、９９Ｂ、９９Ｃは、せん断速度を毎秒２０００（ｓ−１）未満に維持するように構成される。
【００８１】
いくつかの実施形態では、第２の流量抵抗部分９９Ａ、９９Ｂ、９９Ｃは、ほぼ正方形の断面形状を有することができるが、他の適切な断面形状を用いることができる。好ましくは、第２の流量抵抗部分９９Ａ、９９Ｂ、９９Ｃの各々は、０．４〜１．０ｍｍの範囲の幅及び高さ、より好ましくは約０．８ｍｍの幅及び約０．７５ｍｍの高さを有する。しかしながら、適宜、他の適切な寸法を使用することができる。
【００８２】
Ｅ．液体出力
装置９０は、第１及び第２の流体経路セットの各々に対して単一の流体出力を有することができる。図１２に示されるより好ましい実施形態では、第１の流体経路セットは、流体が第１の流体経路セットの対応する１つを出ることを可能にする複数の流体出力１０３Ａ、１０３Ｂ、１０３Ｃを有する。流体出力は、従来の手段によって、流体のさらなる管又はレセプタクルに接続するように構成することができる。第２の流体経路セットは、同様の流体出力を有することができる。
【００８３】
Ｆ．第２の流体経路セット
図１３及び１４は、第２の流体経路セットの一部を示し、各々は、好ましくは、入力チャネル９３Ａ’、９３Ｂ’、９３Ｃ’、第１の流量抵抗部分９５Ａ’、９５Ｂ’、９５Ｃ’、流体チャネル（図１５、１６及び１７においては９７Ｂ’のみが示される）、第２の流量抵抗部分（図１７においては９９Ｂ’のみが示される）、及び出力チャネル（図示せず）を含む。第２の流体経路セットの成分は、第２の流体経路セットがハウジング２３０’上に支持されることを除いて、第１の流体経路セットと本質的に同じである。第１及び第２の流体経路セットは、それぞれの流体チャネル内の特定の実施形態を除き、流体連通ではない。
【００８４】
Ｇ．流量抵抗部分の構成
上述の実施形態では、第１の流体経路セット内の流体経路、及び第２の流体経路セット内の対応する流体経路は、同じ構成を有してもよく、例えば、対応する流体経路の両方は、第１の流量抵抗部分、流体チャネル、及び第２の流量抵抗部分について同じ構成を有する。しかしながら、対応する流体経路は、対応する流体経路を横切る平衡流及び／又は所望の流れを達成するために、異なる構成、例えば、流量抵抗部分における差を有し得ることが考えられる。いくつかの意図される実施形態は、以下により具体的に説明される。
【００８５】
例えば、図１８は、第１及び第２の流体経路セットの対応する流体経路の両方が、第１の流量抵抗部分、流体チャネル、及び第２の流量抵抗部分に対して同じ構成を有する実施形態を示す。具体的には、第１の流体経路セットの１つの流体経路は、Ｐ１の関連圧力３０２を有する流体入力９１、入力チャネル９３Ａ、ΔＰ１の関連する圧力差３１１を有する第１の流体抵抗部分９５Ａ、Ｐ３の関連圧力３０３を有する流体チャネル９７Ａ、ΔＰ３の関連圧力差３１３を有する第２の流動抵抗部分９９Ａ、出力チャネル１０１Ａ、およびＰ４の関連圧力３０４を有する流体出力１０３Ａを含む。第２の流体経路セットの対応する流体経路は、Ｐ２の関連圧力３０２を有する流体入力９１’、入力チャネル９３Ａ’、ΔＰ２の関連圧力差３１２を有する第１の流量抵抗部分９５Ａ’、ΔＰ３の関連圧力３０３を有する流体チャネル９７Ａ’、ΔＰ４の関連圧力差３１４を有する第２の流量抵抗部分９９Ａ’、出力チャネル１０１Ａ’、およびＰ５の関連圧力３０５を有する流体出力１０３Ａ’を含む。第１の流体及び第２の流体は、流体チャネル９７Ａ及び９７Ａ’が一致するところで流体連通しているため、第１の流体及び第２の流体はともに、流体チャネル９７Ａ及び９７Ａ’の一致領域において、実質的に同じＰ３の圧力３０３を有する。このような構成は、第１及び第２の流体が実質的に同じ粘度を有する場合、所望の動作を提供する。
【００８６】
しかしながら、第２の流体が第１の流体よりも粘性である場合、その構成は最適未満であり得る。例えば、流体出力１０３Ａが大気圧に設定されている場合（すなわち、流体出力１０３Ａが大気に開口されている場合）、次の関係式（１４）：
Ｐ４＝０
及び関係正規（１５）：
Ｐ３＝Ｐ４＋ΔＰ３
及び関係式（１６）：
Ｐ５＝Ｐ３−ΔＰ４
が保持される。関係式（１４）と関係式（１５）を関係式（１６）に置き換えると、関係式（１７）：
Ｐ５＝Ｐ４＋ΔＰ３−ΔＰ４＝ΔＰ３−ΔＰ４
が得られる。第２の流体は第１の流体よりも粘性が高いため、関係式（１８）：
ΔＰ４＞ΔＰ３
も保持される。関係式（１８）を与えれば、関係式（１９）は、以下：
Ｐ５＜０
のようになり、それにより、第２の流体経路セットの流体経路の流体出力１０３Ａ’が真空中にあることを示す。流体出力１０３Ａ’を真空中に有することは望ましくない。特に各流体経路が可撓性チューブを含む場合、チューブが真空に晒されるとピンチすることがあるためである。
【００８７】
真空下に流体出力１０３Ａ’を有することに関連する問題を回避するために、より小さい抵抗部分を、第２の流体が流れる流体経路のために使用してもよい。例えば、図１９に示されるように、第２の流体経路セットの流体経路は、第２の抵抗部分９９Ａ’ではなく、第２の抵抗部分９９Ａ’’を含む。第２の抵抗部分９９Ａ’’は、図１８に示されるΔＰ４の圧力差３１４とは異なるΔＰ５の関連圧力差３１５を有する。この態様において、ΔＰ５及びΔＰ３は、ΔＰ５がΔＰ３と同等であるように、又は流体出力１０３Ａ’がＰ６の圧力３０６を有し、それがゼロを下回らないように設定されてもよい。
【００８８】
真空下に流体出力１０３Ａ’を有することに関連する問題を回避する別の代替手段として、第２の流体が流れる流体経路は、第２の流量抵抗部分９９Ａ’を完全に省略することができる。例えば、図２０に示されるように、第２の流体経路セットの流体経路は、中間の第２の流量抵抗部分９９Ａ’を介さずに、流体経路１０１Ａ’と直接流体連通している流体チャネル９７Ａ’を含む。
【００８９】
様々な例示的な実施形態に示される装置及び方法の構成及び配置は、例示的なものに過ぎない。本開示では、わずかな実施形態しか詳細に説明されていないが、多くの変更が可能である（例えば、サイズ、寸法、構造、種々の要素の形状及び割合、パラメータの値、取り付け配置、材料の使用、色、方向など）。例えば、要素の位置は、反転させてもよいし、さもなければ変化させてもよく、離散要素又は位置の性質又は数は、変化させてもよいし、変化させてもよい。したがって、このような変更はすべて、本開示の範囲内に含まれることが意図されている。任意のプロセス又は方法ステップの順序又は順序は、代替実施形態に従って変更又は再配列決定することができる。本開示の範囲から逸脱することなく、例示的な実施形態の設計、動作条件、及び配置において、他の置換、修正、変更、及び省略を行うことができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４（Ａ）】
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【図４（Ｂ）】
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【図４（Ｃ）】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【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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【国際調査報告】
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