(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体試料を処理するためのカートリッジであって、  −前記試料を配置し得る取り込みポートと、  −前記試料の処理を実施し得る処理チャンバと、  −前記試料を中間的に貯蔵し得る貯蔵チャンバと、  −いかなる追加の圧力も必要なしに、幾らかの試料を前記取り込みポートから前記貯蔵チャンバへ運ぶのに十分高い第１の毛管吸引圧力を有する、前記取り込みポートを前記貯蔵チャンバに接続する取り込み毛管チャネルと、  −前記貯蔵チャンバを前記処理チャンバに接続する、供給毛管チャネルと、  −いかなる能動的なポンピングもなしに、前記試料が前記貯蔵チャンバから前記処理チャンバに向けて引き出され得るように外部から制御可能なフロー制御要素とを含み、  前記取り込み毛管チャネル及び前記供給毛管チャネルは、前記試料の前記貯蔵チャンバへの取り込みのため及び前記処理チャンバへの供給のための両方として働くチャネルの共通部分を有し、前記取り込み毛管チャネルと共通でない前記供給毛管チャネルの部分は、前記取り込み毛管チャネルから分岐し、  前記供給毛管チャネルは、幾らかの試料を前記貯蔵チャンバから前記処理チャンバへ運ぶのに十分高い第２の毛管吸引圧力を有し、前記第１の毛管吸引圧力は前記第２の毛管吸引圧力より低い、  カートリッジ。
【請求項２】
前記第１の毛管吸引圧力は前記第２の毛管吸引圧力より低いが、前記フロー制御要素は、更に、前記試料が前記取り込みポートを介して前記カートリッジに入る場合、前記試料が前記処理チャンバへと進むのを防ぎ、前記貯蔵チャンバへの供給を指示する、請求項１に記載のカートリッジ。
【請求項３】
前記供給毛管チャネルの断面の形状は前記取り込み毛管チャネルの断面の形状と異なる、請求項１に記載のカートリッジ。
【請求項４】
前記取り込み毛管チャネルは、前記貯蔵チャンバ及び／又は前記供給毛管チャネルより短い、請求項１に記載のカートリッジ。
【請求項５】
前記取り込み毛管チャネルの長さは約５ｍｍ未満である、請求項１に記載のカートリッジ。
【請求項６】
前記供給毛管チャネルが前記取り込み毛管チャネルから分岐する地点は、前記取り込み毛管チャネルと前記貯蔵チャンバとの間の流体相互接続に近接する、請求項１に記載のカートリッジ。
【請求項７】
前記貯蔵チャンバは少なくとも部分的に透明ウィンドウによって境界が画される、請求項１に記載のカートリッジ。
【請求項８】
前記貯蔵チャンバは、ピン止め構造の少なくとも１つのセット及び／又は少なくとも１つの信頼できる試料妥当性表示を備える、請求項１に記載のカートリッジ。
【請求項９】
前記フロー制御要素は、制御可能なように開くことが可能な排出口である、請求項１に記載のカートリッジ。
【請求項１０】
前記処理チャンバは、光学測定用に、特にＦＴＩＲ測定又は散乱光測定用にデザインされる、請求項１に記載のカートリッジ。
【請求項１１】
請求項１に記載のカートリッジ内の試料流体を処理するための装置であって、  −所望の量の試料が前記カートリッジから吸い上げられたかどうかを検出するための試料妥当性検出器と、  −前記試料妥当性検出器が所望の量の試料を検出した場合、前記カートリッジの前記フロー制御要素を開くことが可能な、開口アクチュエータと、を備える、  装置。
【請求項１２】
請求項１に記載のカートリッジ内の液体試料を処理するための方法であって、  ａ）前記フロー制御要素が作動していない間に、第１の毛細管力によって前記試料を前記貯蔵チャンバに引き入れるステップと、  ｂ）第２の毛細管力によって前記試料を前記貯蔵チャンバから前記処理チャンバへと転送するために、前記フロー制御要素を作動するステップと、  ｃ）前記処理チャンバ内の前記試料を処理するステップと、を含む、  方法。
【請求項１３】
ステップａ）の引き入れる持続時間が、ステップｂ）の転送する持続時間よりも短い、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
ステップａ）の引き入れる持続時間が約５秒未満である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
請求項１に記載のカートリッジを製造するための射出成形金型であって、  −前記カートリッジの前記供給毛管チャネルの第１の部分に対応する第１の突起を有する第１の金型本体と、  −前記供給毛管チャネルの第２の部分に対応する第２の突起を有する第２の金型本体とを含み、  −前記第１の突起及び前記第２の突起は、前記供給毛管チャネルの前記第１の部分と前記第２の部分とを接合するために、遷移線で互いに接触し、  −前記第１の金型本体及び／又は第２の金型本体は、前記遷移線によって課せられる可能なフローバリアを補償する流体要素を生成するための、追加の突起を含む、  射出成形金型。
【請求項１６】
請求項１５に記載の射出成形金型を用いる射出成形によって得られる、カートリッジ。
【請求項１７】
前記チャネルのうちの少なくとも１つは、カートリッジの製造に用いられる射出成形金型の異なる金型本体によって生成される遷移線と交差し、  前記チャネルは、前記遷移線によって課せられる可能なフローバリアを補償する流体要素を含む、  請求項１に記載のカートリッジ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体試料を処理するための方法及びカートリッジに関する。更には、マイクロ流体デバイス、及びマイクロ流体デバイスを射出成形するための射出成形金型に関する。
【背景技術】
【０００２】
国際出願公開第２０１３／０２４３８１Ａ１は、試料流体が注入ポート内に導入されるカートリッジを開示している。試料チャンバ内への試料流体の更なる前進は、排出ポートを開けることによって可能になる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
例えば病院内及び／又は一般開業医院内等の日々の応用で使用するのが容易な、例えば血液試料等の液体試料を処理するためのカートリッジを有することが有利であろう。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本目的は、請求項１に記載のカートリッジ、請求項１３に記載の装置、請求項１４に記載の方法、請求項１７に記載の射出成形金型、並びに請求項１８及び請求項１９に記載のマイクロ流体デバイスによって対処される。好ましい実施形態は、従属請求項に開示されている。
【０００５】
第１の態様によれば、本発明の実施形態は、液体試料、特に血液飛沫、血漿、唾液、尿、又は他の液体等の水性液体を処理するための、カートリッジに関する。カートリッジは、下記構成要素を備える：
−取り込みポートを介して試料が配置され得るか又は吸い上げられる当該取り込みポート。
−試料が中間的に貯蔵され得る貯蔵チャンバ。
−下記で「取り込み毛管チャネル」と呼ばれ、取り込みポートを貯蔵チャンバに接続する、第１の毛管チャネル。
−試料の処理が実施され得る処理チャンバ。
−下記で「供給毛管チャネル」と呼ばれ、貯蔵チャンバを処理チャンバに接続する、第２の毛管チャネル。
−いかなる能動的なポンピングもなしに、試料が貯蔵チャンバから処理チャンバに向かって引き出され得るように、外部から制御できるように適合されたフロー制御要素。
【０００６】
通常、「カートリッジ」という用語は、試料を処理用デバイスに提供する際に使用できる交換可能な要素又はユニットを示すものである。バイオセンシングシステムの場合、このデバイスは一般的に「アナライザ」又は「リーダ」と呼ばれる。このデバイスは、環境から試料を吸い上げることが可能な流体システムを備える。カートリッジは通常、単一の試料につき１回のみ使用される使い捨て構成要素である。
【０００７】
貯蔵チャンバのサイズは、所期の処理に十分な量の試料が収容可能であることが好ましい。
【０００８】
「毛管チャネル」及び「毛管吸引圧力」という用語は、カートリッジの内部表面と手元の試料液体との間の分子間相互作用、いわゆる毛細管力に基づく、「毛管現象」の効果を参照している。本発明との関連において、当該毛細管力は、（限定はしないが）通常、例えば全血又は（純）水の試料等の水性試料液体に適用する。これは、こうした水性液体試料が提供された場合、液体を流体システム内に引き入れる誘引毛細管力によって受動的に吸い上げられることを意味する。受動的というのは、他のいかなる「能動的な」ポンピングメカニズム（例えば、吸引力学的手段、又はガス圧を下げて何らかのソースに対してバルブを開くことによる、或いは重力による等）も用いられないことを意味する。特に、ごく少量の試料の場合、フローの停止がカートリッジの幾何学的特徴によって制御され、非常に精密に実行できるため、「受動」又は「自律」充填を用いることが有利である。能動的フローは、充填状態の複雑な測定、及びポンピングメカニズムへの時宜的な情報フィードバックを必要としてしまうだろう。
【０００９】
毛細管力による液柱の流体輸送は、周囲媒体（本発明との関連では、通常、空気）との、柱の両方の界面に近い液体の２つの位置間の圧力差によって生じる。便宜上、（柱の外側の両方の界面に近接しているものと想定される）周囲の気圧がゼロ（基準レベル）に設定された、相対圧力スケールが用いられる。この意味で、構造の充填を生じさせる毛管圧は、数学的に言えば負圧である。本書全体を通じて、大きい（又は小さい）絶対値を有する負の毛管圧力には、「高い（又は低い）毛管吸引圧力」という表現が用いられる。
【００１０】
処理チャンバ内での処理は、一般に、手元の試料液体を用いる何らかの種類の望ましい操作である。これは例えば、試料液体の機械的、化学的、及び／又は生物学的な変換を含む。好ましくはこの処理は、試料液体のパラメータが検出可能な測定を含む。処理は、生体分子法（分析評価（ａｓｓａｙ））を用いた或る検体の分析も含み得る。
【００１１】
供給毛管チャネルは、貯蔵チャンバを処理チャンバに直接又は間接的に（すなわち、取り込み毛管チャネルの一部等の追加の構成要素を介して）接続する。
【００１２】
更に、列挙された構成要素は、当該第１の（取り込み毛管チャネル及び貯蔵チャンバによってもたらされる）毛管吸引圧力が第２の（すなわち、吸水毛管チャネル及び処理チャンバによってもたらされる）毛管吸引圧力よりも低いように設計することができる。
【００１３】
「取り込み毛管チャネル及び貯蔵チャンバによってもたらされる毛管吸引圧力が、吸水毛管チャネル及び処理チャンバによってもたらされる毛管吸引圧力よりも低い」という条件は、試料が（そのフローがフロー制御要素の閉鎖によって妨げられない場合）、毛細管力のみによって貯蔵場所から処理チャンバまで自律的に輸送される（又は輸送可能である）ことを示唆する。
【００１４】
「フロー制御要素」を用いることで、試料が第１に取り込み毛管チャネル及び貯蔵チャンバによって取り込まれること、及び、その後（すなわち、フロー制御要素を開くことによって転送（ｆｏｒｗａｒｄｉｎｇ）の抑制が終わった後）にのみ、処理チャンバに向けて転送されることが保証できる。フロー制御要素は、当業者に知られたマイクロ流体バルブのデザインを含む、多くの異なるやり方で実現可能である。好ましい実施形態において、フロー制御要素は、初めに排出ポートを閉じ、ポートを開くために破壊又は移動することが可能な、材料の層又はシート（すなわち「ホイル」）を含む。破壊可能なホイルは、非常に高い費用効率で実現可能であり、特に１回のみの使用とされる使い捨てカートリッジに適している。ホイルは、例えば機械的、化学的、熱的、光学的、及び／又は電磁的動作によって、破壊又は移動することができる。機械的動作は、例えば何らかの先端又は刃物によるホイルの穿孔、或いは何らかのプランジャによるホイルの押し下げを含む。化学的動作は、化学試薬によるホイルの溶解を含む。熱的動作は及び光学的動作は、熱又は照射によるホイルの溶融を含む。電磁的動作は、電気及び／又は磁気の力によるホイルの（閉位置から開位置への）移動を含む。
【００１５】
第２の態様によれば、本発明の実施形態は液体試料を処理するための方法に関し、当該方法は下記のステップを含む。
ａ）フロー制御要素が閉じている間に、第１の毛細管力によって試料を貯蔵チャンバに引き入れるステップであって、試料を貯蔵チャンバから処理チャンバに向けて転送することは、当該フロー制御要素によって制御可能に抑制できる。
ｂ）第１の毛細管力よりも強い第２の毛細管力によって試料を処理チャンバ内へと転送するために、前述のフロー制御要素を開くステップ。
ｃ）処理チャンバ内の試料を処理するステップ。
【００１６】
方法は、前述の種類のカートリッジ内で実行可能な一般的な形のステップを含む。したがって、カートリッジについての説明は同じく方法にも有効であり、その逆も同様である。特に、試料を貯蔵チャンバ内に引き入れることは、取り込みポート及びその後の取り込み毛管チャネルを介して行われる。追加又は代替として、試料の転送は供給毛管チャネルを介して実施される。
【００１７】
説明されるカートリッジ及び方法は、当該試料が第１に貯蔵チャンバ内に吸い上げられ、その後にのみ処理チャンバへと転送されるため、ユーザによる試料の便利且つ信頼できる操作を可能にするという利点を有する。したがって試料を吸い上げるステップは、処理するステップとは独立に実行可能である。特に、試料の吸い上げは持続時間を最小にするように最適化可能である。同時に、試料吸い上げ領域内と試料処理領域内とでもたらされる毛管吸引圧力間の関係により、処理チャンバに向けた試料の信頼できる自律的な輸送が保証される。更に、処理チャンバ自体の充填と、デバイス／アナライザの制御の下での後続の処理とは、時間が重視されるプロセスである。更にまた処理自体は、例えば加熱、混合、電磁ビーズの取り扱い、カメラ制御、検出等について、デバイス／アナライザの関与が必要な場合がある。したがって、カートリッジがデバイスの制御下にある場合、すなわちカートリッジがデバイスに挿入された場合にのみ、処理チャンバへの試料の輸送が行われることが不可欠である。
【００１８】
下記で、方法と同様にカートリッジとの組み合わせで実現可能な本発明の様々な好ましい実施形態を（たとえそれらが、カートリッジ又は方法のうちの一方のみについて詳細に説明される場合であっても）説明する。
【００１９】
カートリッジの取り込み部分と処理部分とのそれぞれの毛管吸引圧力間の望ましい関係は、様々な手段によって、例えば関連付けられた構成要素の適切な表面処理によって、達成可能である。好ましい実施形態において、（結果として毛管要素の液体接触角度を生じさせる）表面特徴は、カートリッジ全体を通じて（概ね）同じである。
【００２０】
一般に、毛管圧力は液体メニスカスの湾曲に関係する（ラプラスの法則）。所与の接触角度について、これらの湾曲はチャネルの形状及び液体接触角度に依存する（ヤング−ラプラスの法則）。概ね矩形の断面を有するチャネルの場合、毛管圧力はチャネルの高さ及び幅に依存する。したがって、カートリッジの取り込み部分と処理部分とのそれぞれにおける毛管吸引圧力の相対的な大きさは、適切なチャネル寸法を選択することによってデザイン可能である。特に、毛管吸引圧力の望ましい関係が達成されるように、貯蔵場所の断面の形状とは異なる供給毛管チャネルの断面の形状及び寸法が選択できる。
【００２１】
相対的な毛管吸引圧力がフローの方向を決定するため、試料の取り込み中、試料は、試料取り込みポート及び毛管取り込みチャネルを介して貯蔵チャンバ内へと流れる。排出口が開いた後、貯蔵された液体は処理チャンバへと転送される。特にこれは、貯蔵場所の（試料取り込みに必要な）吸引圧力が、供給毛管チャネルと処理チャンバとの毛管吸引よりも小さいことによって可能である。
【００２２】
フロー速度は、充填時間要件にとって重要である。フロー速度は、様々な要素の水圧抵抗、及び毛管によって誘導される圧力差に依存する。水圧抵抗は、毛管圧力とは異なるが、例えばチャネルの断面形状にも依存する。更に、圧力は依存しないが、水圧抵抗はチャネルの長さに依存する。
【００２３】
絶対値では、供給毛管チャネルの断面は、通常、約１００×１００マイクロメートル２から約２００×２００マイクロメートル２の間である。貯蔵チャンバは、通常、５００から７００マイクロメートルの深さである。その幅及び長さはかなり大きく、含まれる範囲の液体量（通常、１から５０マイクロリットル）を収容するように選択される。これらの寸法を考えると、貯蔵チャンバによる吸引力は、かなり大まかに見て供給チャネルによる吸引力の３分の１から４分の１である。
【００２４】
取り込み毛管チャネルは、貯蔵チャンバ及び／又は供給毛管チャンバよりも短い。貯蔵チャンバの相対的に低い吸引圧力であるにもかかわらず、その短い充填時間を提供するために、取り込み毛管チャネルは、好ましくは例えばできる限り短くデザインすることによって低いフロー抵抗を有する。言い換えれば、貯蔵チャンバの入口は取り込みポートのできる限り近くに配設されるものとする。通常、１から２ｍｍの長さであれば、血液試料の吸い上げ時間を十分短くすることができる。
【００２５】
別の実施形態において、供給毛管チャネルは取り込み毛管チャネルから分岐し、すなわち、供給毛管チャネルの注入口は、（取り込みポートにある）取り込み毛管チャネルの始まりから（貯蔵チャンバにある）その終わりまでの間のどこかに配設される。したがって、処理チャンバへと転送される試料は、取り込みポートと貯蔵チャンバとの間のどこかで吸い上げられる。このように「後入れ先出し」（ＬＩＦＯ）原理が実現され、すなわち、最後に吸い上げられた（したがって取り込みポートと貯蔵チャンバとの間にある）試料液体が、最初に処理チャンバに向けて転送される。これは、たとえ最小量の試料であっても供給毛管チャネルの入口に試料が存在することが保証されるため、チャンバの排出口が開けられるとすぐに、誤りのないチャンバへの転送が可能となるという利点を有する。更に、供給毛管チャネルの入口が取り込みポートと貯蔵チャンバの入口との間にあるという事実により、取り込み部分と処理部分とのそれぞれの関連付けられた毛管吸引圧力を介して、取り込み時間と転送時間との間のバランスを制御することが可能になる。供給毛管チャネルの入口は、好ましくは、取り込み毛管チャネルの延長部の約１０％から約９０％の内部セクションに配置され、最も好ましくは、その約２０％から約８０％に配置される。
【００２６】
貯蔵チャンバの境界は少なくとも部分的に透明ウィンドウによって画される。或る最小限必要なレベルまでの貯蔵チャンバの正しい充填は、ユーザが目視検査を行い、取り込み手順の誤りのない実行に関して肯定的なフィードバック（すなわち、試料妥当性表示、ＳＡＩ）を提供することによって、容易に制御可能である。
【００２７】
カートリッジは任意選択で、貯蔵チャンバの内隅で液体フロントを一時的に保持するための、ピン止め構造の少なくとも１つのセットを含む。これは、ユーザ又はアナライザデバイスによる「試料妥当性」の判断を曖昧にすることにつながり得る、不適切な形状の液体フロントが形成されるのを防ぐのに役立つ。
【００２８】
追加又は代替として、最小及び最大の充填についての閾値を示すマークを追加することができる。こうしたマークに対する試料の実際の位置決めは、例えば、貯蔵チャンバの境界がそれを通してインジケータマークが検査できる透明ウィンドウによって画される、前述の実施形態において、ユーザによって視覚的に制御可能である。
【００２９】
貯蔵チャンバ及び／又は処理チャンバは、好ましくは排出ポート、すなわち、試料流体が貯蔵チャンバ又は処理チャンバに入るための余地を作るために、それぞれのチャンバを最初に満たしている媒体（通常は空気）がポートを介して漏出できるような当該ポートに、接続される。任意選択で、こうした排出ポートは制御可能であり得、排出ポートの制御可能性とは、排出ポートの開閉が例えばユーザ又はデバイス／アナライザによって外部から制御できることを意味する。排出ポートは、例えば初めはテープによって閉じられており、このテープは、ポートを開くためにユーザによって穴を開けるか又は剥がされ、それによって空気を漏出させ、関連付けられたチャンバ内に試料流体を流入させることができる。特に、アナライザによる試料の転送の制御は、アナライザの制御下での時間が重視される試料の処理又は分析に有用である。
【００３０】
前述の処理チャンバに接続された（初めは閉じられた）排出ポートの提供は、ごく少量の液体が供給毛管チャネル内に入るとすぐに、処理経路内のガス圧を上昇させるために使用可能であり、これによってこの圧力が供給チャネルによる毛管吸引圧力を相殺するとすぐに、フローが停止することに留意されたい。したがって排出ポートは、本願の意味では「フロー制御要素」として機能する。
【００３１】
特定の実施形態において、処理チャンバが初めは閉じている制御可能排出ポートに接続されるのに対して、貯蔵チャンバは永続的に開いている排出ポートに接続される。
【００３２】
カートリッジ、或いは、取り込みポート、取り込み毛管チャネル、貯蔵チャンバ、供給毛管チャネル、及び／又は処理チャンバの、内部表面の少なくとも一部は、任意選択で、材料から製造するか、又は表面を親水性にするための（コーティング等の）処理を施すことができる。
【００３３】
処理チャンバは、好ましくは光学測定が可能なようにデザインされる。これは特に、処理チャンバに１つ以上の透明なウィンドウ又は壁を提供することによって達成できる。任意選択で、カートリッジ全体を、ポリエステル、ＣＯＣ、ＣＯＰ、ポリカーボネート等の透明な材料から作ることができる。処理チャンバは、特に、国際出願公開第２００８／１５５７１６でより詳細に説明されるように、減衰全反射（ＦＴＩＲ：ｆｒｕｓｔｒａｔｅｄ  ｔｏｔａｌ  ｉｎｔｅｒｎａｌ  ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）によって測定可能なように設計することができる。
【００３４】
本発明は、更に、前述の実施形態のうちのいずれかに従ったカートリッジ内で試料流体を処理するための装置に関し、当該装置は、下記を備える。
−所望の量の試料がカートリッジから吸い上げられたかどうかを検出するための試料妥当性検出器。
−試料妥当性検出器が所望の量の試料を検出した場合、カートリッジのフロー制御要素を開くことが可能な、開口アクチュエータ。
【００３５】
試料妥当性検出器は、貯蔵チャンバ内での所与の閾値を超えた試料の進展を検出する際に使用可能な、例えばフォトダイオード、画像センサ、及び／又は光バリア等の光学デバイスを備える。
【００３６】
もちろん装置は、加熱、混合、磁気作動、又は検出等の（重要な）機能に役立つ、他の構成要素を更に備えることができる。これは、装置が対象とする処理のタイプに大きく依存する。
【００３７】
開口アクチュエータは、例えば、
−ホイルを機械的に破壊（例えば穿孔）するための器具、
−ホイルを熱的に破壊（例えば溶融）するための加熱ユニット、
−通常は（例えば溶融によって）同じくホイルの破壊につながる、ホイルを照射するための光源、
の要素のうちの、少なくとも１つを備える。
【００３８】
方法のステップａ）で試料液体を貯蔵チャンバに引き入れる持続時間は、好ましくは短い。絶対値では、方法のステップａ）で試料液体を貯蔵チャンバに引き入れる持続時間は、好ましくは約５秒未満であり、最も好ましくは約３秒未満である。短時間での貯蔵チャンバの充填は、カートリッジを適用しなければならないユーザにとって、また充填方法に応じて、（例えばフィンガープリック（ｆｉｎｇｅｒ  ｐｒｉｃｋ）から試料が直接移される場合）試料が採取される患者にとっても、利便性が向上する。更に、短い充填時間により、ユーザの誤った操作又は下手な操作によって生じる可能性のあるエラーのリスクが低減する。
【００３９】
処理チャンバに接続された排出ポートの存在は、特に、当該排出ポートを開くことによって方法のステップｂ）で試料の転送を開始するために使用可能である。
【００４０】
一般に、説明されるカートリッジは、そのデザインを変えることなく下記の少なくとも２つの使用ケースに適している。
【００４１】
第１の使用ケースでは、試料の小さなしずくが利用できる（例えばフィンガープリック、ヒールプリック、耳たぶ等の血液）「身体部位」にカートリッジを持って行くことで、試料はカートリッジ内に吸い上げられる。十分な量の試料が吸い上げられたこと（ＳＡＩ）をユーザが視覚的に認めた場合、試料採取は停止される。充填されたカートリッジは、その後、アナライザ等のデバイスに挿入される。デバイスにカートリッジを挿入するだけで、好ましくは、デバイスにとって処理が開始できる旨の信号とみなされる。アナライザは、例えば処理に備えて、適切な時に検出チャンバへの試料の転送を開始する。
【００４２】
第２の使用ケースでは、カートリッジは第１にアナライザ等のデバイスに挿入される。処理チャンバのフロー制御要素は、閉じたままである。その後、試料がデバイス／カートリッジの組み合わせに運ばれる。ユーザは、十分な試料が吸い上げられたことを視覚的に認めた場合、又はデバイスがこれを（例えば光学的に）検出してユーザに信号を送った場合、試料の「付与」を停止することができる。ユーザ及び／又はデバイスは、次に、処理（例えば分析の準備）が開始可能である旨の信号を、デバイスに送ることができる。アナライザは、例えば処理の準備をして、適切な場合、処理チャンバへの試料の「転送」を開始することができる。
【００４３】
別の態様によれば、本発明の実施形態は、熱可塑性材料の射出成形によって、少なくとも１つのチャネルを有するマイクロ流体デバイスを製造するための射出成形金型に関する。こうしたマイクロ流体デバイスの特別な例が、本明細書で説明する実施形態のいずれかに従ったカートリッジである。射出成形金型は、以下の構成要素を備える。
−マイクロ流体デバイスのチャネルの第１の部分に対応する、第１の突起を有する第１の金型本体。
−当該チャネルの第２の部分に対応する、第２の突起を有する第２の金型本体。
更に、マイクロ流体デバイスは以下の特徴を有する。
−第１及び第２の金型本体の当該第１及び第２の突起は、それぞれ、チャネルの第１及び第２の部分を接合するために（金型が使用のために組み立てられた場合）遷移線で互いに接触する。
−第１の金型本体及び／又は第２の金型本体は、遷移線によって課せられる可能なフローバリアを補償する流体要素を生成するための追加の突起を備える。
【００４４】
「金型本体」という用語は、熱可塑性射出材料によって接触される表面領域を備え、したがって製造される製品の最終形状に影響を与える、射出成形金型の一部を示すものである。通常、射出成形金型は、初めは溶融しており後で凝固する射出材料で充填された閉鎖キャビティを形成するように組み立て可能な、２つ以上の金型本体を備える。
【００４５】
第１の金型本体は、任意選択で、第２の金型本体によって部分的又は完全に格納される「インサート」とすることができる。
【００４６】
金型本体の「突起」は、一般に、表面領域内に配設された要素又は構造を指すものとし、表面領域は、この要素又は構造が製造される製品の形状の一部を決定するように、熱可塑性射出材料によって接触される。通常、こうした「突起」は、製造された製品内に何らかの種類のくぼみ又はホールを生成するような、ある程度平面的な局所環境内の隆起となる。
【００４７】
前述の「流体要素」は、流体要素が前述のように（すなわち、遷移線によって課せられる可能なフローバリアが補償されるように）配置されたチャネルを介した流体のフローに影響を与えるジオメトリを有する、ある種の要素、構造、又は構成要素を指すものとする。流体要素は、フローに与えるその影響が実質上そのジオメトリによってのみ生み出されるものであるため、受動構成要素である。
【００４８】
本発明は、更に、前述の射出成形金型を用いる射出成形によって生成され得るマイクロ流体デバイス、具体的にはカートリッジに関する。
【００４９】
更に、本発明は、マイクロ流体デバイスの製造に用いられる射出成形金型の異なる金型本体によって生成される遷移線が交差する少なくとも１つのチャネルを備える、マイクロ流体デバイスに関する。デバイスは、具体的には、本明細書で説明される実施形態のうちのいずれかに従った、前述の種類のマイクロ流体デバイス及び／又はカートリッジであってよい。これは、そのチャネルが、遷移線によって課せられる可能なフローバリアを補償する流体要素を備えるという点で特徴付けられる。
【００５０】
上記のマイクロ流体デバイスは、射出成形金型と同じ概念、すなわち、遷移線に起因する可能なフローバリアを補償する流体要素の提供に基づいている。したがって、マイクロ流体デバイスのうちの１つに与えられる説明及び実施形態は、他のマイクロ流体デバイスにとっても同様に有効であり、その逆も同様である。
【００５１】
経済的且つ技術的に実行可能なプラスチック製品の製造は、少なくとも２つの金型本体を使用する射出成形によって達成される。この手法の典型は、金型本体が接する境界線に沿って遷移線が発生し、これらの線は結果として生じる製品内に或る程度顕著な遷移ステップを生じさせる場合がある。マイクロ流体デバイスの製造に関連して、こうした遷移ステップは、デバイスのチャネル内に流体フローが発生した場合にこれを妨げる可能性がある。前述のマイクロ流体デバイス及び射出成形金型は、遷移線で影響を受けるチャネル内に追加の流体要素を導入することによって、この問題を克服するという利点を有する。
【００５２】
下記で、前述のマイクロ流体デバイスと射出成形金型との組み合わせで実現可能な様々な好ましい実施形態を（こうした実施形態のうちの１つについてのみ詳細に説明されている場合であっても）説明する。
【００５３】
好ましい一実施形態によれば、流体要素は、チャネルの第１の部分から第２の部分への（例えば水性）流体のフローを可能化又は支持するようにデザインされる。より好ましくは、流体要素は、一方向のみの流体のフローを可能化又は支持するが、逆方向は可能化又は支持しないようにデザインされる。後者の場合、流体要素は、流体フローの支持された方向に関して一種の「ダイオード」として働く。
【００５４】
別の実施形態において、射出成形された製品内に流体要素を生成する追加の突起は、第１の金型本体上の第１の突起の拡張としてデザインされる。これは、第１の突起が、少なくとも制限領域内で前述の拡張によって増大された、何らかの標準又は基本のサイズを有することを意味する。第１の突起のこの標準又は基本のサイズは、例えば一定の（或いは規則的な形状の）断面を有する製造された製品内のチャネルに対応する（当該断面は、定義によれば、チャネル内の所期のフロー方向に対して直角に測定される）。この場合、「拡張」は、結果として生じるチャネルの広がりに対応する。
【００５５】
前述の拡張の形の追加の突起は、好ましくは、遷移線に関係なく（すなわち、変化のない理想的なケースから逸脱し、通常の製造上の公差による、遷移線に起因する断面の特定の変化に関係なく）、断面の減少がチャネルの第１の部分から第２の部分への遷移で生じるように、寸法を決めることができる。したがって、追加の突起によって形成されるチャネルの終端部分に到達した流体は、毛細管力によって駆動されるチャネルの後続の第２の部分への流入を、常に続行することになる。
【００５６】
拡張の形の追加の突起を有する実施形態の更なる展開によれば、当該拡張は、チャネルの第１の部分の断面を、チャネルの第２の部分への遷移まで連続的に増加させるようにデザインされる。したがって、追加の突起によって形成される流体要素では、チャネルの断面の急激なステップ状の変化は一切生じず、これにより、流体要素によって流体が停止されないことが保証される。
【００５７】
本発明のこれらの態様及び他の態様は、下記で説明する実施形態から明らかとなり、それらの実施形態を参照しながら説明される。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の実施形態に従った、カートリッジの射出成形されたベース部分を示す上面図である。
【図２】カバーを追加した後の完全なカートリッジを示す図である。
【図３】貯蔵チャンバの充填中及び充填後の、図２のカートリッジ内の圧力プロファイルを示す図である。
【図４】貯蔵場所の充填後の、図２のカートリッジの供給分岐内の圧力プロファイルを示す図である。
【図５】検出チャンバの充填が実施された後の、図２のカートリッジの供給分岐内の圧力プロファイルを示す図である。
【図６】射出成形によって生成される遷移線を示す、カートリッジの射出成形されたベース部分を示す上面図である。
【図７】図６のカートリッジの流体要素を示す拡大上面図である。
【図８】図６の点線ＶＩＩＩ〜ＶＩＩＩに対応する位置の概略断面における、射出成形金型の実施形態を示す図である。
【００５９】
図内の同じ参照番号は、同一又は同様の構成要素を指す。
【発明を実施するための形態】
【００６０】
内部（マイクロ）流体システムを有するカートリッジは、例えば血液又は唾液等の生体液の少量の試料を光学検出器等の適切な処理装置へ移動させるために使用される。病院環境又は一般開業医院での日常的な使用に関して、こうしたカートリッジは好ましくは以下の要件のうちの少なくとも１つを満たすものとする。
−試料取り込み時間は短いものとする。エンドユーザが試料注入口と試料液滴とを正確に位置合わせするための忍耐力に限界があるため、この時間は好ましくは数秒（例えば３秒）を超えないものとする。
−試料取り込みは「最初から正しくやる（ｆｉｒｓｔ−ｔｉｍｅ−ｒｉｇｈｔ）」ものとする。
−検出チャンバの充填時間は短いもの、例えばおよそ１分以内とする。
−試料の容量は小さいものとする。貯蔵及び試料妥当性表示等の追加の機能は、追加の容量又は時間を費やすものであってはならない。
【００６１】
これらの目的のうちの少なくともいくつかに対処するカートリッジの実施形態が本明細書で提案され、当該カートリッジは以下のデザイン特徴のうちの少なくとも１つを有する。
−吸い上げた後、分析まで試料を格納するための貯蔵チャンバを有する。貯蔵チャンバの寸法は、短い充填時間を可能にするには十分大きいが、チャンバの充填は貯蔵場所の逆吸引によって減速されるほど検出チャンバの短い充填時間を可能にするには十分小さいような毛管吸引圧力を持つように選択される。
−試料貯蔵チャンバの入口は、試料貯蔵チャンバの短い充填時間を促進させるために、試料取り込みポートに近い。
−試料取り込みポートから試料貯蔵チャンバまで、及び試料貯蔵チャンバから検出チャンバまで、すなわち毛管吸引圧力が低い領域から毛管吸引圧力が高い領域までの毛管圧力プロファイルは、液体が常時自律的に流れるようにデザインされる。
−チャンバの充填に誤りがないこと及びごく少量の試料が必要であることは、検出チャンバ供給毛管チャネルの入口を、試料取り込みポートと試料貯蔵チャンバとの間に位置決めすること（したがって、「後入れ先出し」原理を実現すること）によって促進される。
−試料妥当性インジケータ（ＳＡＩ）が試料貯蔵チャンバ上に提供される。前述の供給チャネルの配置構成との組み合わせで、ＳＡＩの肯定信号は、検出チャンバ供給毛管チャネルが更なる充填のために適切に湿潤していること（供給毛管チャネルに入った後でのみＳＡＩに達するため）も意味する。ＳＡＩは、ユーザによって、及び／又はアナライザ等のデバイスの検出器によって読み取り可能である。ＳＡＩは取り込みポートに近いため、「試料充足」の実際の瞬間とその指示との間には、必要な流体輸送に関する時間遅延は存在しない。
【００６２】
試料媒体の吸い上げ及び処理のためのカートリッジの具体的な実施形態は、以下の構成要素及び特徴のうちの少なくとも１つを備える。
−試料取り込みポート。
−貯蔵チャンバ。
−試料取り込みポートを貯蔵チャンバに結合する、第１の毛管チャネル（「取り込み毛管チャネル」）。
−検出チャンバ（又はより一般的には、「処理チャンバ」）。
−取り込み毛管チャネルを検出チャンバに結合する、第２の毛管チャネル（「供給毛管チャネル」）であって、供給毛管チャネルの一方の端部は試料導入ポートと貯蔵チャンバとの間に位置決めされる。
−貯蔵チャンバの（毛管）低圧力（ｕｎｄｅｒ−ｐｒｅｓｓｕｒｅ）は検出チャンバ内の低圧力よりも低い。
−貯蔵チャンバは、それを通してその充填を可視化することが可能なウィンドウを備える。
【００６３】
図１は、上記原理に従ってデザインされたカートリッジ１０の実施形態の射出成形されたベース部分１１を概略的に示す。図２は、ベース部分１１の上部にカバー３０を追加した後に達成される、完全なカートリッジ１０を示す。好ましくは、カートリッジ１０の構成要素は、可能な限り既存の技術、例えば出願人によって開発されたＭａｇｎｏｔｅｃｈ（登録商標）技術に適合するようにデザインされる。
【００６４】
ベース部分１１は、好ましくは透明なプラスチック（例えばポリスチレン、ポリカーボネート、ＣＯＰ、ＣＯＣ等）から射出成形によって作成される。射出成形中、ベース部分１１の表面に（マイクロ）流体システムが生成される。次に、この流体システムの不可欠な構成要素を、カートリッジ１０の使用中に試料液体が通過する順序で説明する。
【００６５】
数マイクロリットルの血液等の（例えばフィンガープリックから直接採取されるか、或いは注射器又はピペットを介して提供される）試料液体は、ベース部分１１の前側に配置されたじょうご形の試料取り込みポート１２を介して、カートリッジ１０に吸い上げられる。
【００６６】
この取り込みポート１２は、第１の、すなわち「取り込み毛管チャネル」１３を介して貯蔵チャンバ１４に接続される。貯蔵チャンバ１４は、意図されたその後の検出手順には十分な試料の量を収容するのに十分な大きさである。貯蔵チャンバ１４は、少なくとも２セットのピン止め構造２１を備え、この構造は、液体フロントが適切な形状であり、試料妥当性インジケータ（ＳＡＩ）の信頼できる読み取りに使用可能であること、すなわち、試料のレベルがこれらの構造間にある場合、十分な量の試料が引き入れられたことをユーザが検証できることを保証するために、貯蔵場所のリブに沿って液体が早期に流れるのを防ぐ。更に、貯蔵チャンバ１４は、排出チャネルによって、貯蔵チャンバからの空気の漏出を可能にする第１の排出ポート１９に接続される。第１の排出ポート１９は、初めは閉じているか、又は例えばベース部分１１内のホールを介して永続的に開くことができる。
【００６７】
取り込み毛管チャネル１３から分岐し、（ここでは２つの）並列検出チャンバ１６が配設されたベース部分１１の延長されたバックエンドに通じる、第２の、すなわち「供給毛管チャネル」１５が提供される。この供給毛管チャネル１５の分岐ポイントは、概ね取り込み毛管チャネル１３の長さの中央（すなわち約５０％）に配置されるが、他の位置も選択できる。チャネル１３及び１５の断面は、最速の充填を与えるようにデザインされる。供給毛管チャネル１５が約２００μｍ×２００μｍの断面を有する一方で、取り込み毛管チャネル１３は、例えば約５００μｍ×２５０μｍの断面を有し得る。
【００６８】
検出チャンバ１６の出口は、排出チャネル１７を介して、ベース部分１１の前部セクションの第２の排出ポート１８に接続される。この第２の排出ポート１８は、試料が供給毛管チャネル１５を介して検出チャンバ１６へと流れることができるように、検出チャンバからの空気の漏出を可能にするために、制御可能なように開いていなければならない。代替として、この排出口は、デバイス／アナライザ内のメカニズムがより良くアクセスできる位置２０に開けることができる。
【００６９】
図２は、ベース部分１１の上部にカバー３０（例えば蓋であるラミネート）を追加した後の、完成したカートリッジ１０を示す。カバー３０は、ベース部分１１のチャネル及びチャンバを閉じて、カートリッジの内部流体システムを達成する。この流体システムの外側への開口は、最初は取り込みポート１２及び排出口１９のみである。
【００７０】
カバー３０は、貯蔵チャンバ１４の目視検査を可能にするために、好ましくは透明である。十分な量の試料が吸い上げられたかどうかを判断するための見解の指針として働く、基準マーカ（図示せず）も含み得る。更にカバー３０は、関連付けられたチャンバからの制御可能な空気の漏出を可能にするために、排出ポート１８及び／又は２０と１９との位置で、穴を開けることができる。特に、試料の取り込み及び貯蔵チャンバの充填を可能にするために、貯蔵チャンバ１４に接続された第１の排出ポート１９に第１に穴を開けることができる（最初からすでに開いていない場合）。次に、カートリッジ１０が検出デバイスに移動された後、検出チャンバ１６内の試料の検出を開始すべきである場合、検出チャンバ１６に接続された第２の排出ポート１８及び／又は２０に穴を開けることができる。
【００７１】
カートリッジに試料を充填する意図的なやり方（例えば、指先採血、ピペットを介する等）に応じて、カバー３０は、取り込みポート１２近くのベース部分１１の縁部で（図２に示されるように）正確に終わらず、むしろ縁部から離れて（その前か又は後ろのいずれかで）終わることができる。
【００７２】
ベース部分１１は、好ましくは毛管フローを可能にする低接触角を与えるように親水性にされる。毛管フローによる充填は自律的、低コスト、信頼可能、及び相対的にシンプルに実施される。これに対して、カバー３０は任意選択で疎水性とすることができる。
【００７３】
一般に、カートリッジ１０には２つの主な使用ケースがある。第１のケースでは、カートリッジはデバイスの外で充填される。その後の対応するステップは、デバイスが例えば血液試料のアナライザである場合、以下の通りである。
−カートリッジは、血液の液滴に接触される。
−試料妥当性インジケータがその可視信号を送った場合、カートリッジは血液の液滴から除去される。
−カートリッジは、アナライザに挿入される。
−ユーザは、例えばカバーを閉じること又はつまみを作動させることによって、試料の採取が完了した旨をアナライザに伝える。
−アナライザは、分析準備を開始する。
−アナライザは、検出領域への試料の輸送を始動させる。
−アナライザは、評価分析検出チャンバが適切に充填されたかどうかを検出する。
−アナライザは分析を実行し、結果について報告する。
【００７４】
第２の使用ケースでは、カートリッジはデバイスに結合されている間に充填される。対応するステップは、例えばアナライザの場合、以下の通りである。
−カートリッジは、アナライザに挿入される。
−カートリッジは、血液の液滴に接触される。
−試料妥当性インジケータがその可視信号を送った場合、血液の液滴が付いた指をカートリッジの注入口から離す。
−ユーザは、例えばカバーを閉じること又はつまみを作動させることによって、試料の採取が完了した旨をアナライザに伝える。
−上記と同様に、アナライザは、分析準備を開始し、検出領域への試料の輸送を始動させ、評価分析検出チャンバが適切に充填されたかどうかを検出し、分析を実行し、結果について報告する。
【００７５】
下記で、カートリッジ１０を使用する典型的な手順に関与する圧力を、図３及び図４を参照しながらより詳細に説明する。
【００７６】
図３は、貯蔵チャンバの充填中及び充填後の、取り込み経路に沿った位置での図２のカートリッジ１０内の毛管圧力プロファイルを示す。毛管吸引圧力ｐは負として示され、すなわち外界（試料の液滴）はゼロ圧力（基準）である。横軸は、経路に沿った距離又は容量を表す（正確な縮尺ではない）。
【００７７】
充填の第１のステップとして、大気圧０で試料の液滴（例えばフィンガープリックからの血液）が位置「Ａ」で試料取り込みポート１２に接触される。血液の液滴は、血液の必要最低量（通常は約３μｌ）より多くなければならない。貯蔵チャンバ１４は、試料の最大サイズ（図示された例では約１５μｌ）より大きくなければならない。毛細管力によって、試料は取り込み毛管チャネル１３に吸い込まれる。試料は位置「Ｂ」を介して貯蔵チャンバ１４（位置「Ｃ」）内に移動する。「０」と比べた貯蔵チャンバ内の毛管低圧力ｐＣによって、試料は貯蔵チャンバ内への移動を続ける。貯蔵チャンバ１４と、貯蔵チャンバのポイントＣを外界（ポイントＡ）と接続している取り込み毛管チャネル１３との寸法は、最低量の試料での充填が短時間（好ましくは約３秒未満）で実行できるような寸法である。これは、取り込み毛管チャネル１３が短いこと、及び貯蔵チャンバ１４が取り込みポート１２に近いことの、重要な理由である。
【００７８】
貯蔵チャンバ１４内の低圧力ｐＣは、その後の段階で、この圧力が検出チャンバの充填と競合することになるため、充填時間を短くするほど大幅に増加させることはできない。検出チャンバ１６への（ポイントＢからポイントＤに通じる）供給毛管チャネル１５は、検出チャンバの排出ポート（１８及び２０）が依然として閉じられているため、取り込み段階で液体は充填されない。
【００７９】
試料の取り込みは、十分な量の試料が存在することをユーザが気付いた時点で、試料液滴の取り込みポート１２との接触がユーザによって中断されるまで続行する。ユーザは、好ましくは、試料の必要最低量と一致する位置に配置されるウィンドウを介して、貯蔵チャンバ１４内部の液体を見ることができる（「試料妥当性インジケータ」ＳＡＩ）。貯蔵チャンバ内部のピン止め構造２１は、液体がフローの方向に直角な前面を有するようにさせ、それによってＳＡＩの信頼できる読み取りが可能となる。３μｌマークに達すると、ユーザは試料の提供を停止することができる。その瞬間から、試料がＡの試料取り込みポートに流れ込むことはない。取り込みチャネル内の前部が、毛管圧力が貯蔵場所内の毛管圧力ｐＣに等しい位置に達するまで、液柱のフローは進行する。
【００８０】
図３は、Ａの試料取り込みポート１２からＢの取り込み毛管チャネル１３を介してＣの貯蔵チャンバ１４までの毛管圧力プロフィールを示す。位置「２１」は、最低容量（Ｖｍｉｎ）でピン止め構造２１と概ね一致する。斜線域は、正確に最低容量の液体が存在する際の領域を表す。試料プールの両側での圧力は、貯蔵チャンバ内の低圧力ｐＣに等しい。
【００８１】
貯蔵チャンバ１４は、取り込みポート（ＰＡ）よりも幾分小さい毛管低圧力ｐＣ（負圧）を有する。これは、取り込みポート内部の試料をわずかに後退させる。図３を見るとわかるように、最大の毛管低圧力ｐＢ（最小チャネル寸法）は、Ｂの取り込み毛管チャネル内である。
【００８２】
試料取り込みが完了した後、カートリッジはアナライザ内に配置することが可能であり、アナライザは検出チャンバ１６の適切な充填を制御することができる。しかしながら、試料の取り込み前及び取り込み中に、カートリッジがすでにアナライザ内にある場合も、同じプロセスが実行できる。
【００８３】
適切に充填された貯蔵チャンバ１４を有するカートリッジがアナライザ内にある場合、アナライザは検出チャンバ１６の充填を始動しなければならない。このプロセスはソフトウェア駆動であり、それ自体がユーザによって送られた信号（例えば、つまみ、レバー、蓋を閉めること）によって、又はアナライザ（例えば、試料の存在の感知）によって、始動可能である。
【００８４】
充填の実際の始動は、例えば位置２０で（又は排出ポート１８で）、アナライザ内に存在する穿刺要素を用いて蓋であるホイルに穴を開けることによって、排出ポートを開くことによって行われる。供給毛管チャネル１５への入口は位置Ａと位置Ｃとの間のＢに配置されるため、試料は常にこの入口に存在する（ＬＩＦＯ原理）。
【００８５】
図４は、貯蔵場所の充填後、並びに検出チャンバの充填前及びその初期段階中の、検出チャンバへの供給経路に沿った位置での図２のカートリッジ１０内の圧力プロファイルを示す。図を見やすくするために、供給毛管チャネル１５の圧力及び処理／検出チャンバ１６の圧力は、圧力ｐＤを有する１つの要素で表される。
【００８６】
斜線域は、前述の試料取り込みステップ後の液体の位置を表す。供給毛管チャネル１５の充填のための関連する毛管圧力は、貯蔵チャンバ１４内の低圧力ｐＣよりも幾分大きい当該チャネル内の低圧力ｐＢと、同じく幾分大きい低圧力ｐＤである。毛管圧力差が存在するが、排出口１８及び２０が依然として閉じている場合、供給チャネル及び検出チャンバ内での空気の圧縮によって反対圧力が構築されるため、ＣからＢ更にＤへの方向では、Ｂとそれに続くＤの実際の充填は実施されない。
【００８７】
排出口１８又は２０が開いた後、試料は、検出チャンバの方向へ供給チャネル内を更に移動する。寸法並びに圧力は、チャネル及びチャンバの充填時間が要件を満たすようにデザインされる。貯蔵チャンバ１４による逆吸引は大き過ぎてはならない。すべてのチャンバ内で流体停止に達した場合、試料フローは停止する。
【００８８】
図５は、Ｃの貯蔵チャンバ１４から取り込み毛管チャネルを介して、（Ｂの）供給毛管チャネル１５及びＤの検出チャンバ１６までの、毛管圧力プロファイルを示す。毛管圧力はここでも負（吸引）として示される。斜線領域（供給チャネル及び検出チャンバ）は少なくとも充填されているはずである。その領域の容量は最低容量Ｖｍｉｎを定義する。
【００８９】
存在する試料の容量が小さすぎる場合、貯蔵側の液体前部は位置Ｂを超えてチャネルに入る。このケースでは、試料が１つ以上の検出チャンバ内で流体停止に達することはなく、再現性のある結果にはつながらない。試料が過度の場合、幾らかの試料は貯蔵チャンバ及び取り込みポートの一部にとどまる。
【００９０】
要約すると、血液試料中の成分を検出するため等の、液体試料を処理するためのカートリッジの実施形態について説明してきた。カートリッジは、取り込み毛管チャネルを介して貯蔵チャンバへと通じる取り込みポートを有する、流体システムを備える。更に供給毛管チャネルは、貯蔵チャンバから検出チャンバへと通じる。カートリッジは、取り込み毛管チャネル及び貯蔵チャンバによってもたらされる毛管吸引圧力が、供給毛管チャネル及び検出チャンバによってもたらされる毛管吸引圧力よりも低いようにデザインされる。更に貯蔵チャンバは、好ましくは、短い供給時間を可能にするために取り込みポートの近くに配設される。
【００９１】
説明したカートリッジのデザインは、例えば約３μｌ未満の小さい試料容量を使用することが意図されることに留意されたい。これは患者にとって侵襲性でなく、試料を採取するのにかかる時間が短いため、有利である。これは、カートリッジのフロントエンドの死容量の劇的な削減によって達成される。理想的には、チャンバの充填後、供給チャネルのみが余剰を含む。入力チャネル及び貯蔵場所はその後空になるか、又はほぼ空になる（チャンバ充填の最終段階をロバストにするため）。
【００９２】
前述のように、説明したカートリッジ１０のベース部分１１は、好ましくは射出成形によって作成される。（マイクロ）射出成形の典型的なプロセスは、溶融されて柔軟になるように、熱可塑性材料を顆粒の形でホッパーから加熱されたたる内へ移すことを含む。材料はその後、金型キャビティ内で圧力をかけられ、材料の収縮を補償するために特定の時間、圧力が保持される。成形温度がポリマーのガラス転移温度より下まで低下すると、材料は凝固する。十分な時間が経過した後、材料は成形型に凝結して取り出され、このサイクルが繰り返される。典型的なサイクルは数秒から数分の間、続く。
【００９３】
（マイクロ）射出成形のために作られる金型は、デザインに応じて固定部分と１つ以上の可動部分とからなる。完成部分は、油圧及び電気による制御が可能な突き出しピンを用いて型から取り出すことができる。（マイクロ）射出成形で使用される金型の場合、特にマイクロ流体適用例の場合、インサート上にマイクロキャビティを生成することが可能であり、その後インサートは主要な金型本体内にはめ込まれる。一般的に言えば、異なる高さの機構又は異なる品質の表面仕上げが望ましい金型内作成技術では、金型はインサートを用いて製造することができる。主要な金型は通常スチールで作られるが、インサートは、使用される技術に応じて他の材料で製造可能である。
【００９４】
前述のインサートの結果として、高さの差は公差によって起こり得、結果としてインサートと主要な本体との間に遷移線が生じ、次にこれが成形された部分に高さの差を生み出し得る。このインサート遷移は通常好ましくなく、マイクロ流体性能にとっては望ましくない。インサート遷移は、マイクロ流体デバイスにとって流体停止として働くことができる。
【００９５】
上記に鑑み、インサート遷移又は遷移線で、高さの差に関係なく流体停止として働かないマイクロ流体機構が提案される。この手法は、下記で前述のカートリッジの例に関連して説明されるが、多くの他の状況で、また他の製品の製造にも同様に適用可能である。
【００９６】
図６は、チャネル、反応チャンバ、流体停止等のいくつかの機能を備えたマイクロ流体デバイスの特定の例として、（前述のような）カートリッジ１０のベース部分１１の斜視上面図を示す。破線ＴＬは、デバイス全体を生成するために使用される射出成形金型内の別のインサートの境界を示す。金型内のインサート境界は、結果として製品上に当たり確認線（ｗｉｔｎｅｓｓ  ｌｉｎｅ）を生じさせ、当該線は下記で「遷移線」と呼ばれる。この遷移線ＴＬは、金型とインサートの組み合わせ、並びに金型及び／又はインサートの公差に依存して、プラスチック内での隆起又は陥没が可能である。図からわかるように、マイクロ流体チャネル１５はこのインサート遷移線ＴＬと交差しており、結果として、金型の両方の部分の整列及び整列公差によってチャネルの遷移を生じさせる。
【００９７】
図７は、遷移線ＴＬでのチャネル１５の周辺域の拡大上面図を示す。チャネル１５は、破線域内に配置され、したがって射出成形中にインサートによって生成される、第１の部分１５ａを含む。遷移線ＴＬで、チャネルのこの第１の部分１５ａは、チャネル１５の第２の部分１５ｂへ渡る。更に、「流体要素」ＦＥが第１のチャネル部分１５ａの終わりに配置され、当該流体要素は、遷移線ＴＬまでフロー方向に（ブロック矢印）チャネル１５の断面の連続的な増加に対応する三角形を有することがわかる。具体的には、流体要素ＦＥのｘ方向の幅は、第１のチャネル部分１５ａの（名目）幅ｗｃｈから遷移線ＴＬでの幅ｗＦＥまで、フロー方向に増加する。流体要素ＦＥの寸法の同様の増加が、ｚ方向でも生じる。
【００９８】
言い換えれば、流体要素ＦＥは、インターフェース（遷移線）での寸法が、遷移の幅及び高さについてのインサート遷移後のチャネルに比べて大きい、三角形の機構からなる。特定のケースにおいて、遷移線ＴＬ後のチャネル寸法は幅及び高さが約２００μｍであり得る。遷移線ＴＬ前のチャネルの深さ及び幅ｗｃｈは約２５０μｍ、遷移での幅ｗＦＥは約５５０μｍであり得る。
【００９９】
三角形の機構は、チャネル内の容量を最低限にするように選択できる。しかしながら、これは機構の機能にとっては必要でない。寸法は、全方向での金型内のインサートの公差が、遷移の前後での寸法の差に比べて少ないようにされる。この機構の他の変形も可能である。
【０１００】
説明した流体要素ＦＥは、インサート遷移を有するマイクロ流体デバイスの挿入境界を横切る誤りのない自律フローを可能にする。この例に示されるように、三角形の機構はデバイスのマイクロ流体経路内に統合することができる。
【０１０１】
図８は、図６の点線ＶＩＩＩ〜ＶＩＩＩに対応する位置の断面における、射出成形金型５０の実施形態を概略的に示す（材料を通る部分には斜線が付けられ、構成要素の側面図には付けられていない）。射出成形金型は、以下を備えることがわかる。
−第２の金型本体５２に収容されているため、下記では「インサート」とも呼ばれる、第１の金型本体５１。構成要素の公差により、第１と第２の金型本体が接している「遷移線」ＴＬに沿った第１と第２の金型本体の間には、理想的な平坦な遷移からの事実上明白な偏差が存在する。
−当該第２の金型本体５２。
−第３の金型本体５３。
【０１０２】
３つの金型本体５１、５２、５３が共にキャビティを形成し、そのキャビティ内に、射出成形によってカートリッジのベース部分１１を形成することができる。
【０１０３】
インサート５１は、製造されたカートリッジ内にくぼみを生成する、キャビティ内に延在するいくつかの突起を有する。具体的には、
−突起Ｐ１９は排出ポート１９を生成し、
−突起Ｐ１３は取り込み毛管チャネル１３を生成し、
−突起Ｐ１５ａはチャネル１５の第１の部分を生成し、
−突起Ｐ１５ｂはチャネル１５の第２の部分を生成する。
【０１０４】
更に、突起Ｐ１５ａは、最終カートリッジ１０内に流体要素ＦＥを生成する、追加の突起ＰＦＥによって増大される。
【０１０５】
要約すると、金型作成技術の状況で、及び特に、金型がインサートを用いて製造される、異なる高さの機構が望ましい金型作成技術において、適用可能な手法について説明してきた。これらのインサートの結果として、高さの差を生じさせることができる。高さの差には関係なく、流体停止として働かないマイクロ流体機構を、インサート遷移で追加することが提案される。
【０１０６】
本発明は、とりわけ、多様且つ広範囲な適用範囲を有するマイクロ流体システムで適用可能である。説明した技術を使用できるシステム及びプロセスのいくつかの例は、ＤＮＡ分析（例えば、ポリメラーゼ連鎖反応及びハイスループットシークエンシング）、プロテオミクス、インクジェットプリンタ、血球分離機器、生化学分析評価、化学合成、遺伝分析、薬剤スクリーニング、電気クロマトグラフィ、表面マイクロマシニング、レーザーアブレーション、及び疾患の即時ポイントオブケア診断を含む。
【０１０７】
本発明を、図面及び上記記述で詳細に図示及び説明してきたが、こうした図示及び説明は例示的であって限定的ではないものとみなされ、本発明は開示された実施形態に限定されない。当業者であれば、請求された発明を実践する際に、図面、開示、及び添付の特許請求の範囲を検討することから、開示された実施形態に対する他の変形を理解し、実施することが可能である。特許請求の範囲において、「備える」という語は他の要素又はステップを排除せず、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は複数形を排除しない。単一のプロセッサ又は他のユニットは、特許請求の範囲に記載された幾つかの項目の機能を満たし得る。或る手段が相互に異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用できない旨を示すものではない。コンピュータプログラムは、他のハードウェアと共に、又は他のハードウェアの一部として供給される、光記憶媒体又はソリッドステート記憶媒体等の、好適な媒体上での記憶／配布が可能であるが、インターネット或いは他のワイヤード又はワイヤレスの通信システム等を介した、他の形式での配布も可能である。特許請求の範囲内のいかなる参照記号も、本範囲を制限するものとみなされるべきではない。
【図１】
0006360568.tif 000002
【図２】
0006360568.tif 000003
【図３】
0006360568.tif 000004
【図４】
0006360568.tif 000005
【図５】
0006360568.tif 000006
【図６】
0006360568.tif 000007
【図７】
0006360568.tif 000008
【図８】
0006360568.tif 000009