(57)【要約】【課題】マイクロ流体チップ及びその関連方法を提供する。【解決手段】マイクロ流体チップは、複数の試薬を供給するための複数の試薬供給源を含み、各試薬供給源は複数の試薬の内の対応する試薬を供給する。当該チップはまた、前記複数の試薬供給源からの前記複数の試薬の内の１つ以上の試薬を受け取るためのマクロ室を含む。当該チップは更に、前記マクロ室及び前記複数の試薬供給源に結合されたマイクロ流体反応装置であって、前記マクロ室及び前記複数の試薬供給源の内の少なくとも１つから前記複数の試薬の内の２つ以上の試薬を受け取って、前記２つ以上の試薬を反応させて反応内容物を生成するように構成されたマイクロ流体反応装置を含む。【選択図】図２
2015504352.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の試薬を供給するための複数の試薬供給源であって、各試薬供給源が複数の試薬の内の対応する試薬を供給する複数の試薬供給源と、
前記複数の試薬供給源からの前記複数の試薬の内の１つ以上の試薬を受け取るためのマクロ室と、
前記マクロ室及び前記複数の試薬供給源に結合されたマイクロ流体反応装置であって、前記マクロ室及び前記複数の試薬供給源の内の少なくとも１つから前記複数の試薬の内の２つ以上の試薬を受け取って、該２つ以上の試薬を反応させて反応内容物を生成するように構成されたマイクロ流体反応装置と、
を有するマイクロ流体チップ。
【請求項２】
更に、前記複数の試薬供給源、前記マクロ室及び前記マイクロ流体反応装置の内の少なくとも１つに結合された混合装置であって、前記複数の試薬の内の２つ以上の試薬を混合して該２つ以上の試薬の混合物を生成するように構成された混合装置を有している請求項１記載のマイクロ流体チップ。
【請求項３】
前記マイクロ流体反応装置は前記混合装置を介して前記マクロ室及び前記複数の試薬供給源に結合されている、請求項２記載のマイクロ流体チップ。
【請求項４】
前記混合装置は、前記複数の試薬供給源から２つ以上の試薬を受け取り、該２つ以上の試薬を混合して、該２つ以上の試薬の混合物を前記マクロ室及び前記マイクロ流体反応装置の内の少なくとも１つへ供給するように構成されている、請求項２記載のマイクロ流体チップ。
【請求項５】
前記混合装置は、前記マクロ室から前記複数の試薬の内の２つ以上の試薬を受け取り、該２つ以上の試薬を混合して、該２つ以上の試薬の混合物を前記マイクロ流体反応装置へ供給するように構成されている、請求項２記載のマイクロ流体チップ。
【請求項６】
前記マイクロ流体反応装置は、前記混合装置を介して前記マクロ室へ前記反応内容物を供給する、請求項２記載のマイクロ流体チップ。
【請求項７】
前記混合装置は前記マクロ室に統合されていて、前記マクロ室内で前記複数の試薬の内の２つ以上の試薬を混合するように構成されている、請求項２記載のマイクロ流体チップ。
【請求項８】
前記混合装置は前記マイクロ流体反応装置に統合されていて、前記マイクロ流体反応装置内で前記複数の試薬の内の２つ以上の試薬を混合するように構成されている、請求項２記載のマイクロ流体チップ。
【請求項９】
前記混合装置は、前記マクロ室内で前記複数の試薬の内の２つ以上の試薬の混合を可能にするようにガス・バブルを前記マクロ室へ供給するためのガス・バブル供給源を有している、請求項２記載のマイクロ流体チップ。
【請求項１０】
前記マイクロ流体チップは更に、マーカー流体を貯蔵するための流体室を有し、前記マイクロ流体反応装置が前記流体室を介して前記マクロ室に結合されている、請求項１記載のマイクロ流体チップ。
【請求項１１】
前記マーカーは、異なる属性を持つ蛍光液体及びガスの内の少なくとも１つを有している、請求項１０記載のマイクロ流体チップ。
【請求項１２】
更に、前記マクロ室から２つ以上の試薬の混合物又は前記反応内容物を押し出すように前記マクロ室へ押出し流体を供給して、前記２つ以上の試薬の混合物又は前記反応内容物が前記マーカー流体と前記押出し流体との間に配置されたスラグとして前記マイクロ流体反応装置へ輸送されるようにする流体供給源を有する請求項１０記載のマイクロ流体チップ。
【請求項１３】
更に、前記チップの少なくとも１つの位置で前記押出し流体と前記２つ以上の試薬の混合物又は前記反応内容物との間の界面を検知するために、前記チップの少なくとも１つの位置に配置された少なくとも１つのセンサを有している請求項１２記載のマイクロ流体チップ。
【請求項１４】
更に、前記少なくとも１つのセンサからの出力に基づいて前記複数の試薬供給源と前記マクロ室と前記マイクロ流体反応装置との間の前記試薬及び前記反応内容物の流れを制御するための閉ループ制御システムを有している、請求項１３記載のマイクロ流体チップ。
【請求項１５】
更に、前記複数の試薬供給源と前記マクロ室と前記マイクロ流体反応装置との間の前記試薬及び前記反応内容物の流れを制御するための開ループ制御システムを有している請求項１記載のマイクロ流体チップ。
【請求項１６】
前記マイクロ流体反応装置は第１の温度に維持され、また前記マクロ室は前記第１の温度とは異なる第２の温度に維持される、請求項１記載のマイクロ流体チップ。
【請求項１７】
前記マイクロ流体反応装置及び前記マクロ室は予め規定された温度に維持される、請求項１記載のマイクロ流体チップ。
【請求項１８】
更に、前記複数の試薬供給源と前記マクロ室と前記マイクロ流体反応装置との間の前記試薬及び前記反応内容物の流れを制御するための複数のオン・チップ弁を有している、請求項１記載のマイクロ流体チップ。
【請求項１９】
前記マイクロ流体反応装置は複数の反応装置を有しており、この場合、前記マクロ室は、前記マクロ室と前記複数の反応装置との間の前記複数の試薬又は前記反応内容物の流れを制御するように構成されたスイッチング装置を介して、前記複数の反応装置に結合される、請求項１記載のマイクロ流体チップ。
【請求項２０】
前記マイクロ流体反応装置は前記マクロ室に統合されている、請求項１記載のマイクロ流体チップ。
【請求項２１】
複数の試薬供給源からの複数の試薬の内の２つ以上の試薬をマクロ室へ供給する段階と、
前記マクロ室及び前記複数の試薬供給源の内の少なくとも１つから前記複数の試薬の内の２つ以上の試薬をマイクロ流体反応装置へ供給する段階と、
前記マイクロ流体反応装置内で前記複数の試薬の内の前記２つ以上の試薬を反応させて反応内容物を生成する段階と、を有する方法であって、
前記マクロ室及び前記マイクロ流体反応装置がマイクロ流体チップ内に配置されている、方法。
【請求項２２】
前記複数の試薬供給源から２つ以上の試薬を混合装置へ供給し、該混合装置により前記２つ以上の試薬を混合して、前記マクロ室及び前記マイクロ流体反応装置の内の少なくとも１つへ２つ以上の試薬の混合物を供給する段階を有している請求項２１載の方法。
【請求項２３】
前記マクロ室から前記複数の試薬の内の２つ以上の試薬を混合装置へ供給し、該混合装置により前記２つ以上の試薬を混合して、２つ以上の試薬の混合物を前記マイクロ流体反応装置へ供給する段階を有している請求項２１載の方法。
【請求項２４】
前記マイクロ流体反応装置から混合装置を介して前記マクロ室へ前記反応内容物を供給する段階を有している請求項２１載の方法。
【請求項２５】
前記マイクロ流体反応装置内で前記２つ以上の試薬を混合する段階を有している請求項２１載の方法。
【請求項２６】
前記マクロ室で前記２つ以上の試薬を混合する段階を有している請求項２１載の方法。
【請求項２７】
更に、前記マクロ室から２つ以上の試薬の混合物又は前記反応内容物を押し出すように流体供給源から前記マクロ室へ押出し流体を供給して、前記２つ以上の試薬の混合物又は前記反応内容物が、流体室に貯蔵されているマーカー流体と前記押出し流体との間に配置されたスラグとして前記マイクロ流体反応装置へ輸送されるようにする段階を有している請求項２１載の方法。
【請求項２８】
更に、前記マクロ室の入力端から正の圧力又は負の圧力を用いて前記マクロ室から２つ以上の試薬の混合物又は前記反応内容物を押し出して、前記２つ以上の試薬の混合物又は前記反応内容物が、流体室に貯蔵されているマーカー流体と前記押出し流体との間に配置されたスラグとして前記マイクロ流体反応装置へ輸送されるようにする段階を有している請求項２１載の方法。
【請求項２９】
更に、前記マクロ室の出力端から正の圧力又は負の圧力を用いて前記マクロ室から２つ以上の試薬の混合物又は前記反応内容物を押し出して、前記２つ以上の試薬の混合物又は前記反応内容物が、前記押出し流体と前記マーカー流体との間に配置されたスラグとして前記マイクロ流体反応装置へ輸送されるようにする段階を有している請求項２８載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ流体チップ及びその関連方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ流体(microfluidic)装置及び方法は生物医学及び薬学研究において有意義であり且つ重要性が増している。マイクロ流体技術は、精製化学製品及び医薬品を連続的に合成又は一括処理式に合成するのに適用されている。連続流式マイクロ反応装置が、限定するものではないが、ナノリットル〜マイクロリットル規模で個々の化学処理を操作するために使用されており、これは、熱伝達性能が向上し、拡散時間及び反応速度が速くなり、且つ反応生成物選択性が改善されるという利点を持つ。
【０００３】
多種類の放射性医薬品の調製のために対規模合成モジュールが開発されて使用されている。しかしながら、このようなモジュール又は反応装置は、大きな空間を占め、またしばしば所望の量よりも多量の試薬を消費し、またその化学的プロセスが標識化合物の調製のために所望の反応時間サイクルよりも長い反応時間サイクルを必要とする。
【発明の概要】
【０００４】
本発明の模範的な一実施形態によれば、マイクロ流体チップが開示される。当該チップは、複数の試薬を供給するための複数の試薬供給源を含み、各試薬供給源は複数の試薬の内の対応する試薬を供給する。当該チップはまた、前記複数の試薬供給源からの前記複数の試薬の内の１つ以上の試薬を受け取るためのマクロ室(macro-chamber) を含む。当該チップは更に、前記マクロ室及び前記複数の試薬供給源に結合されたマイクロ流体反応装置であって、前記マクロ室及び前記複数の試薬供給源の内の少なくとも１つから前記複数の試薬の内の２つ以上の試薬を受け取って、該２つ以上の試薬を反応させて反応内容物(reaction content)を生成するように構成されたマイクロ流体反応装置を含む。
【０００５】
本発明の別の模範的な実施形態によれば、関連方法が開示される。当該方法は、複数の試薬供給源からの複数の試薬の内の２つ以上の試薬をマクロ室へ供給する段階を含む。当該方法はまた、前記マクロ室及び前記複数の試薬供給源の内の少なくとも１つから前記複数の試薬の内の２つ以上の試薬をマイクロ流体反応装置へ供給する段階を含む。当該方法は更に、前記マイクロ流体反応装置内で前記複数の試薬の内の前記２つ以上の試薬を反応させて反応内容物を生成する段階を含み、この場合、前記マクロ室及び前記マイクロ流体反応装置がマイクロ流体チップ内に配置されている。
【０００６】
本発明の様々な実施形態のこれらの及び他の特徴及び側面は、添付図面を参照した以下の詳しい説明を読むことによってより良く理解されよう。図面では、全図を通じて同様な部品を同様な参照符号で表している。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、本発明の模範的な一実施形態に従った、マクロ室、混合装置、流体室及びマイクロ流体反応装置を持つマイクロ流体チップの概略図である。
【図２】図２は、本発明の模範的な一実施形態に従った、マクロ室、混合装置、流体室及びマイクロ流体反応装置を持つマイクロ流体チップの概略図である。
【図３】図３は、本発明の模範的な一実施形態に従った、マクロ室、混合装置、流体室及びマイクロ流体反応装置を持つマイクロ流体チップの概略図である。
【図４】図４は、本発明の模範的な一実施形態に従ったマイクロ流体チップの詳細な回路図である。
【図５】図５は、本発明の模範的な一実施形態に従った、液体又はガスの存在を検知するためのセンサを持つマイクロ流体チップの回路図である。
【図６】図６は、図５の模範的な実施形態に従った、光学的検知技術を用いるマイクロ流体チップ内のチャンネルの一部分の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に詳しく説明するように、本発明の様々な実施形態では、マイクロ流体チップを開示する。マイクロ流体チップは、複数の試薬供給源、マクロ室及びマイクロ流体反応装置を含む。マクロ室は、複数の試薬供給源からの複数の試薬の内の１つ以上の試薬を受け取る。マイクロ流体反応装置は、マクロ室及び複数の試薬供給源に結合されていて、マクロ室及び複数の試薬供給源の内の少なくとも１つから複数の試薬の内の２つ以上の試薬を受け取って、該２つ以上の試薬を反応させて反応内容物を生成し、次いで該反応内容物をマクロ室へ供給するように構成される。実施形態によっては、マイクロ流体チップは複数のエレメントを含むことができ、各エレメントは、マクロ室、混合装置及びマイクロ流体反応装置を持つ。本発明の或る特定の実施形態によれば、マイクロ流体チップを動作させる方法を開示する。
【０００９】
図１について説明すると、本発明の模範的な一実施形態に従ったマイクロ流体チップ１０が開示されている。図示例の実施形態では、マイクロ流体チップ１０は、マクロ室１２、混合装置１４、流体室１６及びマイクロ流体反応装置１８を含む。マクロ室１２は、１つ以上の試薬を一時的に貯蔵するために、或いは、粘性及び表面張力のようなマイクロスケール支配の現象に対して、重力、質量、及び他のマクロ作用、例えば、頭上空間へのバブル抽出、沸騰、液相抽出、沈降などが支配するサイズ領域で、有利に動作を遂行するために使用される。一実施形態では、マクロ室１２は共沸室を含む。他の実施形態では、他の種類のマクロ室が想定される。混合装置１４はマクロ室１２に結合されていて、２つ以上の試薬を混合して該２つ以上の試薬の混合物を生成するように構成される。流体室１６は、マーカー流体を貯蔵するために使用される。特定の実施形態では、マーカー流体はガス・スラグ(slug)である。別の実施形態では、マーカー流体は、ガス・スラグと比べて異なる属性を持つ蛍光液体である。図示例の実施形態では、マイクロ流体反応装置１８は、混合装置１４及び流体室１６を介してマクロ室１２に結合される。マイクロ流体反応装置１８は、マクロ室１２から２つ以上の試薬の混合物を受け取って反応内容物を生成するように構成される。これらの試薬は、液体試薬、気体試薬、又はそれらの組合せを含むことができる。或る特定の実施形態では、マクロ室１２はマイクロ流体反応装置１８に統合することができる。
【００１０】
一実施形態では、混合装置１４は、複数の試薬供給源から２つ以上の試薬を受け取って、該２つ以上の試薬を混合して該２つ以上の試薬の混合物を生成するように構成される。ここで、あらゆる種類の混合装置を用いることができることに留意されたい。特定の実施形態では、２つ以上の試薬の混合物は混合装置１４からマクロ室１２へ供給される。より特定の実施形態では、２つ以上の試薬の混合物は混合装置１４からマイクロ流体反応装置１８へ供給される。
【００１１】
別の実施形態では、混合装置１４は、マクロ室１２から２つ以上の試薬を受け取って、該２つ以上の試薬を混合して該２つ以上の試薬の混合物を生成し、次いで該２つ以上の試薬の混合物をマクロ室１２の中へ供給するように構成される。特定の実施形態では、２つ以上の試薬の混合物は混合装置１４からマイクロ流体反応装置１８へ供給される。
【００１２】
一実施形態では、混合装置１４はマクロ室１２と統合されて、マクロ室１２内で２つ以上の試薬を混合するように構成される。別の実施形態では、混合装置１４は、マクロ室１２内で２つ以上の試薬の混合を可能にするようにガス・バブル（気泡）をマクロ室１２へ供給するように構成されたガス供給源である。特定の実施形態では、混合装置１４は、２つ以上の試薬を混合するために超音波撹拌を用いることができる。別の実施形態では、混合装置１４はマイクロ流体反応装置１８と統合されて、マイクロ流体反応装置１８内で２つ以上の試薬を混合するように構成される。
【００１３】
図示例の実施形態では、マイクロ流体チップ１０の動作中、マイクロ流体反応装置１８は第１の温度に維持され、またマクロ室１２は、第１の温度よりも実質的に低い第２の温度に維持される。別の実施形態では、マイクロ流体反応装置１８は、マクロ室１２よりも低い温度に維持することができ、又は温度を上昇又は下降させるように駆動することができる。特定の実施形態では、マイクロ流体反応装置１８及びマクロ室１２は同じ温度（予め規定された温度）に維持することができる。一実施形態では、反応内容物がマイクロ流体反応装置１８からマクロ室１２へ供給される。別の実施形態では、反応内容物は一時的にマイクロ流体反応装置１８内に貯蔵されて、マクロ室１２へは供給されない。マイクロ流体反応装置１８は、高い表面対容積比を持つ蛇行形状を有する。実施形態によっては、マイクロ流体反応装置１８は比較的大きな熱質量を持ち、これにより蓄積された熱がマイクロ流体反応装置１８内の内容物を加熱するために用いられるようにすることができる。他の実施形態では、反応装置１８は薄い壁を持ち、これにより熱源又はヒートシンクとの間の熱伝達を良好にすることができる。反応装置１８の大きな熱質量構成及び薄い壁構成の両方のために基材の熱伝導度が良好であることが好ましい。或る特定の実施形態では、反応装置１８は光学的に透明にすることができ、また誘導加熱、電磁加熱又は光学的抵抗加熱ために使用することができる。
【００１４】
図２について説明すると、本発明の模範的な一実施形態に従ったマイクロ流体チップ１０及び関連した動作方法が開示される。前に説明したように、マイクロ流体チップ１０は、マクロ室１２、混合装置１４、流体室１６及びマイクロ流体反応装置１８を含む。図示例の実施形態では、２つの試薬２０，２２がマクロ室１２へ供給される。他の実施形態では、３つ以上の試薬も想定される。一実施形態では、２つの試薬２０，２２がマクロ室１２へ同時に供給される。別の実施形態では、２つの試薬２０，２２がマクロ室１２へ逐次的に供給される。２つの試薬２０，２２は、次いで、マクロ室１２から混合装置１４へ供給される。２つの試薬２０，２２は混合装置１４内で混合されて、試薬混合物２４を生成する。試薬混合物２４は、次いで、混合装置１４からマクロ室１２へ供給される。一実施形態では、混合装置１４は、マクロ室１２内で試薬２０，２２の混合を可能にするように、マクロ室１２内に設けることができる。別の実施形態では、試薬混合物２４は混合装置１４からマイクロ流体反応装置１８へ供給される。混合装置１４は、ガス・バブル供給源、磁気撹拌バー、分割・再結合構造、界面表面積を最大にする構造又はプロセスなどを含むことができる。別の実施形態では、混合装置１４は、反応装置１８内で試薬２０，２２の混合を可能にするように、マイクロ流体反応装置１８内に設けることができる。
【００１５】
図示例の実施形態では、試薬混合物２４がマクロ室１２内で生成された後、又は他のやり方でマクロ室１２内に存在するとき、押出し流体(displacemnt fluid) ２６が流体供給源２８からマクロ室１２へ供給され、これにより、試薬混合物２４を、マクロ室１２から流体室１６を介してマイクロ流体反応装置１８へ押し出す（正又は負の容積押出し）。押出し流体２６は液体又はガスであってよい。試薬混合物２４は、流体室１６からのマーカー流体と上記のように供給された押出し流体２６との間に配置された「スラグ(slug)」として輸送される。別の実施形態では、マーカー流体と押出し流体２６との間のスラグとして輸送する代わりに、試薬混合物２４をマクロ室１２からマイクロ流体反応装置１８へ転送するために加圧によるポンプ作用を用いることができる。別の実施形態では、正又は負の圧力をマクロ室１２の入力端１１に印加することにより、室１２から内容物を押し出すことができる。また別の実施形態では、正又は負の圧力をマクロ室１２の出力端１３に印加することにより、室１２から内容物を押し出すことができる。他の実施形態では、正及び負の圧力の組合せを入力端１１及び出力端１３に同時に印加して、流れを制御することができる。試薬混合物２４は、次いで、マイクロ流体反応装置１８内で反応して、反応内容物３０を生成する。反応内容物３０は、次いで、マイクロ流体反応装置１８からマクロ室１２へ転送することができる。追加の試薬をマクロ室１２へ供給して、反応内容物と混合し、次いで前に述べたように、マイクロ流体反応装置１８へ押し出すことができる。このプロセスは、要求通りに多数回繰り返すことができる。実施形態によっては、反応内容物３０は、以前の段階で水を利用したことに起因する反応内容物３０の何らかの感水性反応を避けるために、マクロ室１２へ戻すことはできない。その代わりに、内容物３０は、同じ装置基板上に集積された又は別の装置基板に接続された別のチップ１０へ供給することができる。
【００１６】
図３について説明すると、本発明の模範的な一実施形態に従ったマイクロ流体チップ１０及び関連した動作方法が開示される。前に説明したように、マイクロ流体チップ１０は、マクロ室１２、混合装置１４、流体室１６及びマイクロ流体反応装置１８を含む。図示例の実施形態では、２つの試薬２０，２２が混合装置１４へ逐次的に又は同時に供給される。他の実施形態では、３つ以上の試薬も想定される。２つの試薬２０，２２は混合装置１４内で混合されて、試薬混合物２４を生成する。試薬混合物２４は、次いで、混合装置１４からマクロ室１２へ供給される。一実施形態では、混合装置１４は、マクロ室１２内で試薬２０，２２の混合を可能にするように、マクロ室１２内に設けることができる。別の実施形態では、試薬混合物２４は混合装置１４からマイクロ流体反応装置１８へ供給される。図２の実施形態と同様に、次いで、反応内容物３０及び／又は追加の試薬をマイクロ流体反応装置１８とマクロ室１２との間で移送することができる。或る特定の実施形態では、チップ１０は混合装置１４及び流体室１６を含まないことがある。
【００１７】
本書に述べる様々な実施形態では、マクロ室は、典型的には、反応性状態を避けるためにマイクロ流体反応装置よりも低い温度に維持される。マイクロ流体反応装置は、試薬がマイクロ流体反応装置内に存在する間に反応が所要の速度で開始され又は進行するように、予熱することができる。マイクロ流体反応装置内で所望の反応が完了したとき、マイクロ流体反応装置内の内容物はマクロ室へ輸送することができる。このようなプロセスは、各段階で追加の試薬を付加して、数回繰り返すことができる。
【００１８】
図４について説明すると、複数の試薬供給源３４，３６，３８，４０，４２に結合されたマイクロ流体チップ３２の詳細図が示されている。ここで、他の実施形態では、マイクロ流体チップ３２の構成、マイクロ流体チップ３２と試薬供給源３４，３６，３８，４０，４２との結合、及び試薬供給源の数は、必要条件に応じて変えることができることに留意されたい。
【００１９】
図示例の実施形態では、マイクロ流体チップ３２は、マクロ室４４、混合装置４６、流体室４８及びマイクロ流体反応装置５０を含む。マクロ室４４及び混合装置４６は、流路５２を介して流体室４８及びマイクロ流体反応装置５０に結合される。
【００２０】
１つの試薬供給源３４が、マイクロ流体反応装置５０よりも上流の箇所で流路５２に結合される。他の試薬供給源３６、３８、４０、４２が、それぞれの流路５８，６０，６２，６４を介して流体室４８よりも下流の箇所で流路５２に結合される。チップ−外部供給源間接続部６６，６８，７０，７２，７４が、複数の試薬供給源３４，３６，３８，４０，４２からの試薬を導くために流路５２，５８，６０，６２，６４中に設けられる。流体供給源７６が、流路７８を介して、マイクロ流体反応装置５０と流体室４８との間の箇所で流路５２に結合される。流路７８には、マーカー流体の流れを制御するために制御弁８０，８２が設けられる。図示例の実施形態では、流路７８はまた、流れ制御弁８６が設けられている流路８４を介して、マクロ室４４に結合される。
【００２１】
前に述べた実施形態と同様に、マクロ室４４は、試薬供給源３４，３６，３８，４０，４２からの試薬を一時的に貯蔵するために、或いは、流体力学において異なる物理的現象が支配するマクロスケール（又は、マイクロスケールよりも大きいスケール）で有利に行われるプロセスを遂行するために使用される。混合装置４６はマクロ室４４に結合されて、複数の試薬を混合して試薬混合物を生成するように構成される。
【００２２】
一実施形態では、混合装置４６は、複数の試薬供給源３４，３６，３８，４０，４２から２つ以上の試薬を受け取って、該２つ以上の試薬を混合して該２つ以上の試薬の混合物を生成するように構成される。特定の実施形態では、２つ以上の試薬の混合物が混合装置４６からマクロ室４４へ供給される。より特定の実施形態では、２つ以上の試薬の混合物は混合装置４６からマイクロ流体反応装置５０へ供給される。
【００２３】
別の実施形態では、混合装置４６は、マクロ室４４から２つ以上の試薬を受け取って、該２つ以上の試薬を混合して該２つ以上の試薬の混合物を生成し、次いで該２つ以上の試薬の混合物をマクロ室４４の中へ供給するように構成される。特定の実施形態では、２つ以上の試薬の混合物は混合装置４６からマイクロ流体反応装置５０へ供給される。
【００２４】
流体室４８は、流体供給源７６から供給されたマーカー流体を貯蔵するために使用される。マイクロ流体反応装置５０は、マクロ室４４から又は試薬供給源３４，３６，３８，４０，４２から２つ以上の試薬の混合物を受け取って、反応内容物を生成するように構成される。一実施形態では、反応内容物はマイクロ流体反応装置５０からマクロ室４４へ供給される。別の実施形態では、反応内容物はマイクロ流体反応装置５０内に一時的に貯蔵されて、マクロ室４４へは供給されない。
【００２５】
図示例の実施形態では、試薬混合物がマクロ室４４内で生成された後、押出し流体を流体供給源７６からマクロ室４４へ供給することにより、マクロ室４４から流体室４８を介してマイクロ流体反応装置５０へ試薬混合物を押し出すことができる。試薬混合物は、流体室４８からのマーカー流体と上記の供給された押出し流体との間に配置された「スラグ(slug)」として輸送される。マイクロ流体チップ３２は更に、マーカー流体と試薬混合物と押出し流体との間の界面を検知するためのセンサ８８を含む。センサ８８は、光学センサ、輻射線センサ、音響センサ、熱伝導度センサ、電気抵抗又はインピーダンス・センサ、又は電磁センサとすることができる。換言すると、センサ８８は、サンプルのスラグをそれらの間に閉じ込める初め及び終わりの材料と該サンプルのスラグとの間で異なっている属性を区別することのできる任意の種類のセンサであってよい。制御システム９０が、センサ８８からの出力信号を受け取って、複数の供給源３４，３６，３８，４０，４２とマクロ室４４と混合装置４６とマイクロ流体反応装置５０との間での試薬及び反応内容物の流れを制御するために本書に記載の複数の流れ制御装置及び制御弁を制御する。図示例の実施形態では、制御システム９０は閉ループ制御システムである。別の特定の実施形態では、チップ３２はセンサ８８を含まないことがあり、また制御システム９０は開ループ制御システムとすることができる。
【００２６】
マイクロ流体反応装置５０からの反応内容物(reaction content)は、流路５２，９４を介して生成物室９２へ供給することができる。流路９４には、マイクロ流体反応装置５０から生成物室９２へ供給される反応内容物の流れを制御するために制御弁９６及び流れ制御装置９８が設けられる。マイクロ流体反応装置５０からの廃棄内容物(waste content) は、流路１００，１０２を介して廃棄物室１０４へ供給することができる。流路１００，１０２には、流れ制御弁１０６及び流れ制御装置１０８がそれぞれ設けられる。流路７８がまた、流れ制御弁１１２を持つ別の流路１１０を介して、流路１００に結合される。廃棄物室１０４からの流路１０２はまたマクロ室４４に結合される。流路１０２にはまた、流れ制御弁１１４が設けられる。流路５２が更に流れ制御弁１１６を含んでいて、流路１０２に結合される。ここで、本書に記載の複数の流れ制御弁がオン・チップ弁であることに留意されたい。実施形態によっては、流れ制御弁はオフ・チップ弁とすることができる。
【００２７】
図５について説明すると、マイクロ流体チップ１１８の一部分と関連方法が開示される。ここで、本書に記載のチップ１１８は模範的な実施例であり、またチップ１１８内の様々な構成要素の数及び位置は用途に応じて変えることができることに留意されたい。図示例の実施形態では、チップ１１８は、チャンネル１２４に結合された流体室１２０及び複数のマイクロ流体反応装置１２２，１２３，１２５を含む。制御弁１２６が、流体室１２０と反応装置１２２，１２３，１２５との間の位置でチャンネル１２４に結合された流れチャンネル１２８に設けられる。スイッチング装置１２７を使用することにより、マクロ室からチャンネル１２４を介して複数の反応装置１２２，１２３，１２５へ至る流れを制御することができる。流れ制御弁１３０が、チャンネル１２４に結合された廃棄チャンネル１３２に設けられる。別の流れ制御弁１３６が、マイクロ流体反応装置１２２，１２３，１２５よりも下流でチャンネル１２４に設けられる。
【００２８】
最初に、試薬がチャンネル１３４を介して圧送されてチャンネル１２４に入る。弁１２６及び１３６が閉じられると共に、弁１３０が開かれて、過剰な試薬を廃棄チャンネル１３２に流れさせて排出する。次いで、弁１２６及び１３０が閉じられ、且つ弁１３６が開かれる。押出し流体がチャンネル１２４に圧送されて、反応装置１２２，１２３，１２５を通って流出する。次いで、弁１３６が閉じられ、且つ弁１２６及び１３０が開かれる。マーカー流体がチャンネル１２８を通って供給されて、流体室１２０を充たす。過剰なマーカー流体の流れがチャンネル１３２を通るように導かれる。このとき、チップ１１８は事前準備されている。その後、弁１２６及び１３０が閉じられて、試薬とそれに続く押出し流体がチャンネル１３４，１２４、流体室１２０を介して、反応装置１２２，１２３，１２５へ供給され、これによりマーカー流体が試薬の上流に位置するようになる。ここで、本書に述べた様々な段階の順序は模範的な実施例であって、用途に応じて変えることができることに留意されたい。試薬及びマーカー流体が反応装置１２２，１２３，１２５を出るとき、マーカー流体はセンサ１３８（例えば、図４において説明されたような光学センサ）によって検出することができる。或る特定の実施形態では、センサ１３８は、電気センサ、音響センサ、磁気センサ、放射線センサなどであってよい。センサ出力により、チップ１１８の様々な構成要素の閉ループ制御を行うことができる。実施形態によっては、試薬は、マーカー流体と押出し流体との間のスラグとして輸送される。他の実施形態では、試薬は、前側及び後側の両方にあるマーカー流体の間のスラグとして輸送される。このような実施形態では、後側のマーカー流体が試薬スラグと押出し流体との混合を防止して、試薬の希釈を避けるようにする。或る特定の実施形態では、蛍光染色流体を使用することができる。
【００２９】
チャンネル１２８を介して供給されるマーカー流体の量は、オン・チップ弁を使用して制御することができる。マーカー流体は押し込みモード又は吸い込みモードのいずれかで供給される。供給されるマーカー流体の量の制御は、チップ１１８内の試薬の有限量の流れを制御するのを容易にする。
【００３０】
図６について説明すると、図５の実施形態におけるチャンネル１２４の内の反応装置よりも下流にある一部分１４０が示されている。図示例の実施形態において、チャンネル１２４の部分１４０は、特定の時点において液体試薬又はガスで充たすことができる。センサ（例えば、光学センサ）が、チャンネル１２４の部分１４０内のガス又は液体の存在を検出するために用いられる。チャンネル１２４の部分１４０が該チャンネル部分１４０の材料の屈折率に近い屈折率を持つ液体で充たされているとき、液体の屈折率がチャンネル１２４の屈折率と殆ど同じであるので、光線が矢印１４２で示されているようにチャンネル１２４の部分１４０を透過する。チャンネル１２４の部分１４０がガスで充たされているとき、ガスの屈折率がチャンネル１２４の屈折率から実質的に異なっているので、光線は矢印１４４で示されているようにチャンネル１２４の部分１４０から反射される。他の実施形態では、センサを、マイクロ流体チップの任意の他の適当な位置に同様に用いることができる。或る特定の実施形態では、前に述べたように、センサは、電気センサ、音響センサ、磁気センサ、放射線センサなどであってよい。
【００３１】
これまで述べた様々な実施形態によれば、マイクロ流体チップは「シー・ソー(see-saw) 」構成を利用しており、この構成では、試薬／反応内容物をマクロ室とマイクロ流体反応装置との間で前後に輸送することができる。このような構成では、複雑な多段階反応がコンパクトなチップ内で遂行される。このような構成は、各段階について別々の反応装置を持つ必要性をなくし、また統合された装置においてマイクロ及びマクロ構成の様々な利点を提供する。マイクロ流体反応装置の熱質量及び表面積は、マイクロ流体反応装置内に蓄えられる試薬のものよりもかなり高くすることができ、これにより、マイクロ流体反応装置に蓄積された熱を、マイクロ流体反応装置内に蓄えられる試薬へ素速く伝達させることができる。試薬の反応及び貯蔵のための相対的に高温のマイクロ流体反応装置及び低温のマクロ室は、プロセス制御を可能にして、反応を急速に抑えることができる。代替のマイクロ流体反応装置設計では、外部又は内部の熱源又はヒートシンクへの又はそれらからの熱伝達を容易にする。
【００３２】
以上、本発明の或る特定の特徴のみを図示し説明したが、当業者には種々の修正および変更をなし得よう。従って、「特許請求の範囲」の記載が本発明の真の精神および趣旨の範囲内にあるこの様な全ての修正および変更を包含するものとして記載してあることを理解されたい。
【符号の説明】
【００３３】
１０  マイクロ流体チップ
１１  マクロ室の入力端
１２  マクロ室
１３  マクロ室の出力端
１４  混合装置
１６  流体室
１８  マイクロ流体反応装置
２０、２２  試薬
２４  試薬混合物
２６  押出し流体
２８  流体供給源
３０  反応内容物
３２  マイクロ流体チップ
３４、３６、３８、４０、４２  試薬供給源
４４  マクロ室
４６  混合装置
４８  流体室
５０  マイクロ流体反応装置
５２、５８、６０、６２、６４  流路
６６、６８、７０、７２、７４  チップ−外部供給源間接続部
７６  流体供給源
７８、８４、９４、１００、１０２、１１０  流路
８０、８２、９６  制御弁
８６、１０６、１１２、１１４、１１６  流れ制御弁
９２  生成物室
９８、１０８  流れ制御装置
１０４  廃棄物室
１１８  マイクロ流体チップ
１２０  流体室
１２２、１２３、１２５  マイクロ流体反応装置
１２４、１３４  チャンネル
１２６  制御弁
１２７  スイッチング装置
１２８  流れチャンネル
１３０、１３６  流れ制御弁
１３２  廃棄チャンネル
１３８  センサ
１４０  チャンネルの一部分
１４２、１４４  光線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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