(57)【要約】マイクロボールバルブを含む微小流体デバイスが提供される。このマイクロボールバルブは、微小流体デバイスを通じて流れる流体を防ぐか、または中断し得る。この微小流体デバイスは、基板層、およびこのマイクロボールバルブを含む微小流体経路を含み得る。この微小流体デバイスを用いて流体を操作するための方法が提供される。本発明は、一方向性マイクロボールバルブを含む微小流体デバイスが提供する。この一方向性マイクロボールバルブは、微小流体デバイスの通路内に位置され得、そして微小流体デバイス中またはその上に形成される微小流体特徴間の流体流れを制御し得る。
2006511762.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微小流体デバイスであって：
厚みを有する基板；
該基板内に形成される少なくとも１つの微小流体経路であって、通路を含み、該通路が第１の最小寸法を有する入口開口、該第１の最小寸法より大きい第２の最小寸法を有する出口開口を含み、該通路が該入口開口と出口開口との間に位置するバルブシート表面をさらに含む、微小流体経路；および
該入口開口と出口開口との間の通路にあるボール要素、を備える、デバイス。
【請求項２】
前記ボール要素が前記通路中に捕捉される、請求項１に記載の微小流体デバイス。
【請求項３】
前記ボール要素が前記バルブシート表面に相補的である外部周縁表面を有する、請求項１に記載の微小流体デバイス。
【請求項４】
前記経路が、前記出口開口の下流であって、かつ該出口開口と流体連絡して整列される少なくとも１つの微小流体特徴をさらに備える、請求項１に記載の微小流体デバイス。
【請求項５】
前記出口開口の下流の特徴、および該下流の特徴と該出口開口との間に形成されるバリアをさらに備え、そして
ここで、前記ボール要素が最小寸法を有し、そして該バリアを含む通路が、該ボール要素の最小寸法より小さい最小寸法を有する、請求項１に記載の微小流体デバイス。
【請求項６】
前記入口開口の上流であって、かつ該入口開口と流体連絡している少なくとも１つの微小特徴をさらに備える、請求項１に記載の微小流体デバイス。
【請求項７】
前記基板が上表面および底表面を備え、該底表面が該上表面に少なくとも実質的に平行であり、前記通路が長軸方向の軸を含み、そして該通路の長軸方向の軸が該上表面および底表面に少なくとも実質的に垂直である、請求項１に記載の微小流体デバイス。
【請求項８】
前記通路が前記基板を通る貫通孔を含む、請求項１に記載の微小流体デバイス。
【請求項９】
前記貫通孔がテーパー状貫通孔である、請求項８に記載の微小流体デバイス。
【請求項１０】
前記微小流体デバイスがカバーをさらに含み、前記基板が表面を含み、該表面が該カバーと接触し、そして前記経路が該基板の表面に形成され、かつ該カバーにより覆われる少なくとも１つの微小流体特徴をさらに含む、請求項１に記載の微小流体デバイス。
【請求項１１】
前記微小流体特徴が、少なくとも１つのチャネル、チャンバー、リザーバー、ポート、バイア、凹部、分割器、流れスプリッタ、カラム、精製カラム、およびそれらの組み合わせを含む、請求項１０に記載の微小流体デバイス。
【請求項１２】
前記微小流体特徴が、ポリメラーゼ連鎖反応のための試薬を含む、請求項１０に記載の微小流体デバイス。
【請求項１３】
前記バルブシート表面が、少なくとも実質的に円形である、請求項１に記載の微小流体デバイス。
【請求項１４】
前記ボール要素が、ポリカーボネート材料を含む、請求項１に記載の微小流体デバイス。
【請求項１５】
前記経路が、中空の円筒形状を有し、そして前記入口開口がショルダーによって規定される、請求項１に記載の微小流体デバイス。
【請求項１６】
微小流体デバイス中の流体を操作する方法であって：
請求項１に記載の微小流体デバイスを提供する工程；
該微小流体デバイス中に、かつ前記入口開口と流体連絡して、流体を導入する工程；
前記ボールバルブ要素の着座を解き、かつ前記入口開口から前記出口開口に向かって流れるように流体を操作する工程；および
該ボール要素を前記バルブシート表面に対して着座させる工程であって、該出口開口から該入口開口に向かう方向に流体が流れることを少なくとも部分的に防ぐ工程、を包含する、方法。
【請求項１７】
前記ボール要素を着座させる工程が、前記経路中に背圧を形成することにより、前記バルブシート表面に対して該ボール要素を移動することを包含する、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記ボール要素の着座を解くように流体を操作する工程が、前記微小流体デバイスを回転することを包含する、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記出口開口の下流の経路の少なくとも一部分を加熱する工程をさらに包含する、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記微小流体デバイス中の流体を、熱サイクリングプロセスに供する工程をさらに包含する、請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
微小流体デバイス中の流体を操作する方法であって：
マイクロボールバルブを含む、該微小流体デバイス中の通路を提供する工程；
該流体を、該通路を通じて流すことにより、該マイクロボールバルブを開放させる工程；および
該マイクロボールバルブを閉鎖させる工程、を包含する、方法。
【請求項２２】
前記マイクロボールバルブが、ボール要素およびバルブシートを含み、そして該マイクロボールを閉鎖させることが、重力の力で該ボール要素を該バルブシートに対して移動させることを包含する、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記微小流体デバイス中の流体を加熱し、前記バルブシートに向かう方向に前記ボール要素を押すための背圧を生じる工程をさらに包含する、請求項２２に記載の方法。
【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、先に出願された米国特許出願番号第１０／４０３，６４０号  同ＢＳ  １０／４０３，６５２号（両者とも２００３年３月３１日に出願）；２００３年４月１４日に出願された米国特許出願第１０／４１４，１７９号；２００３年４月３０日に出願された米国特許出願第１０／４２６，５８７号；および米国仮特許出願第６０／３９８，７７７号、同第６０／３９８，７７８号、同第６０／３９８，８５２号、および同第６０／３９８，９４６号（すべては２００２年７月２６日に出願）から利益を受ける優先権を主張している。本明細書で相互参照されたすべての出願は、それらの全体が参考として本明細書中に援用される。
【０００２】
（分野）
本教示は、微小流体デバイス、およびこのようなデバイスを用いるための方法に関する。より詳細には、本教示は、微小流体デバイス中のマイクロサイズの量の流体の操作および処理を可能にするデバイスおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
（背景）
微小流体デバイスは、マイクロサイズ流体サンプルを操作するために有用である。微小流体デバイスにおいて、その中のマイクロサイズの流体サンプルを効率的に処理する、迅速、簡単、信頼性のある、かつコスト有効的な流体操作の制御を達成するためのデバイスおよび方法に対する必要性が存在し続けている。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
（要約）
種々の実施形態によれば、一方向性マイクロボールバルブを含む微小流体デバイスが提供される。この一方向性マイクロボールバルブは、微小流体デバイスの通路内に位置され得、そして微小流体デバイス中またはその上に形成される微小流体特徴間の流体流れを制御し得る。
【０００５】
種々の実施形態によれば、このマイクロボールバルブは、対応するバルブシートの内部周縁特徴と対合する外側周縁特徴を含む少なくとも１つのボール要素を含み得る。このバルブシートは、通路の入口開口と出口開口との間に位置し得、そして通路の一部分によって規定され得る。あるいは、マイクロボールバルブおよびシートアセンブリは、基板中に形成される貫通孔中に配置され得る。
【０００６】
種々の実施形態によれば、この微小流体デバイスは、その中に形成された経路を含む基板を含み得る。この経路は、一方向性マイクロボールバルブによって分離された入口開口および出口開口をもつ通路を含み得る。この通路は、微小流体デバイスの２つの、隣接するが分離されている微小流体特徴間に、かつそれらと流体連絡して位置決めされ得る。貫通通路は、入口開口と出口開口との間で外側方向にテーパー状であり得る。この入口開口は、第１の最小寸法を有し得、そして出口開口は、上記第１の最小寸法より大きい第２の最小寸法を有し得る。これらの最小寸法は直径であり得る。
【０００７】
操作の間の種々の実施形態によれば、上記ボールバルブ要素は、上記通路の入口開口から出口開口への方向に流れる流体の力によりバルブシートから着座を解かれ得る。このボールバルブ要素は、ボール要素の下流に配置された流体によって引き起こされる背圧または逆流体流れ、および上記入口開口から出口開口に向かう方向の流れによって上記バルブシートに対して強制的に着座され得る。
【０００８】
種々の実施形態によれば、一方向性マイクロボールバルブを利用することにより、微小流体デバイスを通る流体連絡を中断するための方法が提供される。この方法は、マイクロボールの着座を解き、そして入口開口から出口開口への方向に流れるように流体を操作する工程を包含する。マイクロボール要素は、次に、を出口開口から入口開口に向かう方向の流体流れを少なくとも部分的に防ぐか、または中断するために、上記バルブシートに対して着座されるようにされ得る。この方法は、上記バルブシートに対してマイクロボールの着座および／または着座を解く複数の操作を含み得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本教示は、添付の図面の図およびその説明を参照してより詳細に理解され得る。当業者によって認識され得る改変は、本教示の一部の一部であって、かつ添付の請求項の範囲内と考えられる。
【００１０】
（種々の実施形態の説明）
種々の実施形態によれば、一方向性マイクロボールバルブを含む微小流体デバイスが提供される。一方向性マイクロボールバルブは、微小流体デバイスの通路内に位置し得、そして、この微小流体デバイス中またはその上に形成される微小流体特徴間の流体流れを制御し得る。このマイクロボールバルブは、微小流体デバイス中およびそれを通る流体運動を操作するために用いられ得る。本明細書に記載されるマイクロボールバルブ微小流体デバイス中で実施され得る流体を操作する方法は、図１を参照して例示される。
【００１１】
図１は、外部バルブ開放デバイス９により開放されるプロセスにおける、微小流体デバイス１０中のバルブ１１の斜視図である。この外部バルブ開放デバイス９は、２つのサンプルウェルの間、例えば、サンプルウェル１４ａ、１４ｂの間に位置する領域中の微小流体デバイスのカバー２０と接触させられ得る開放ブレード１２を含む。このカバー２０は、例えば、弾性的に変形可能な材料を含み得る。この開放ブレード２０は、カバー２０中に押され得、そして微小流体デバイスの基板１８を形成する変形可能材料の一部分を変形し得る。変形される基板１８の部分は、カバー２０の下に位置決めされ、そして２つの隣接するサンプルウェル１４ａ、１４ｂ間に位置する。
【００１２】
開放ブレード１２が、基板の変形可能な部分との接触およびその変形の後、微小流体デバイス１０から引かれるとき、カバー２０は、少なくとも部分的にその初期形状に変形して戻り、それによって、カバー２０および基板１８の変形された材料によって規定される少なくとも部分的に規定されるチャネル（図示せず）を生成する。その結果、２つのサンプルウェル１４ａ、１４ｂは、互いに流体連絡して配置され得る。流体サンプルが、半径方向に内側に配列されたサンプルウェル１４ａ中に位置された後、微小流体デバイスは、流体サンプルを半径方向の外側に配列されたサンプルウェル１４ｂ中に求心的に押すために回転され得、１つ以上の閉鎖ブレードを用いて基板１８の変形可能な材料を操作し得、２つのサンプルウェル１４ａ、１４ｂ間の流体連絡を中断するバリア壁を形成する。この半径方向に配列された外側壁１４ｂ中の流体サンプルは、次に、半径方向内側に配列されたサンプルウェル１４ａ中に所望されずに流れて戻ることなく処理され得る。これらの方法を含む種々の実施形態に従って採用され得るバルブ操作を含む流体操作の方法に関するより多くの詳細は、２００２年７月２６日に出願された米国仮特許出願第６０／３９８，８５１号、２００２年７月３０日に出願された同第６０／３９９，５４８号、および３つのすべてが２００３年１月３日に出願された米国特許出願第１０／３３６，２７４号、同第１０／３３６，７０６号、同第１０／３３６，３３０号中に記載されている。こられの仮特許出願および仮でない特許出願のすべては、それらの全体が参考として本明細書中に援用されている。
【００１３】
種々の実施形態によれば、本明細書に記載のような一方向性マイクロボールバルブは、図１を参照して上記に記載される変形可能なバルブに代わって、またはそれに加えて、微小流体デバイス経路中で用いられ得る。種々の実施形態による一方向性マイクロボールバルブを含む例示の微小流体デバイスは、図２〜５に示されている。
【００１４】
図２は、その中に組み込まれた少なくとも１つの一方向性マイクロボールバルブを含み得る、種々の実施形態による例示の微小流体デバイス１００の平面図である。この微小流体デバイス１００は、流体サンプルを個々のディストリビューター１０６、１０８を分配する２つの入力ポート１０２、１０４を有し得る。各流れディストリビューター１０６、１０８は、複数の別個のサンプル処理経路と流体連絡し得るか、それとバルブで連絡されるように設計され得る。サンプル処理経路は、各々が、流体サンプル入力の個々の部分を、この部分が、個々の流れディストリビューター１０６、１０８からこれら経路中に逐次的に移動されるときに処理し得る。各経路は、一連のウェル、チャンバー、チャネル、バイア、バルブ、精製カラムなど、および個々のセットの出力チャンバー１３８、１４０を含み得る。微小流体デバイス１００のサンプル処理経路を通るサンプルまたは流体流れの方向は、一般に、図２中で矢印１３６によって示される。
【００１５】
図３は、図２に示される微小流体デバイス１００のサンプル処理経路の一部分の側面断面図である。図３に示される断面は、図２に示される微小流体デバイス１００の例示の部分および経路に沿ってとられている。種々の実施形態によれば、微小流体デバイス１００は、例えば、第１の表面１２２を有する層１１６の形態にある基板を含み得る。カバー１１２は、接着剤、熱結合による、クランプ、ファスナーなどにより基板１１６の第１の表面１２２に付着され得る。例えば、図３は、カバー１１２を基板１１６の第１の表面１２２に付着するための接着層１１４の使用を示す。さらに、種々の実施形態によれば、微小流体デバイス１００は、接着剤、熱結合、クランプ、ファスナーなどにより基板１１６の第２または底表面１２４に付着され得る第２または底カバー１１８を含み得る。例えば、図３は、第２のカバー１１８を第２または底表面１２４基板１１６に付着するための接着層１２０の使用を示す。カバー１１２、１１８のいずれか、または両方は、剛直性材料から作製され得るか、または、例えば、ポリオレフィンポリマーもしくはゴムのような可撓性材料から作製され得る。このカバーは、弾性的に変形可能であり、かつ非脆性であり得る。
【００１６】
基板１１６は、ポリカーボネートのような非脆性材料の単一層、またはＴｉｃｏｎａ（Ｃｅｌａｎｅｓｅ  ＡＧ）、Ｓｕｍｍｉｔ、Ｎｅｗ  Ｊｅｒｓｅｙ、ＵＳＡから入手可能なプラスチック環状オレフィンコポリマー材料であるＴＯＰＡＺから作製される単一層として形成され得る。
【００１７】
サンプル処理経路の部分を形成する、種々のウェル、チャンバー、チャネル、バイア、経路、分割器、バルブ、およびその他の微小流体特徴は、基板１１６の第１および第２の表面１２２、１２４中、および／または微小流体デバイス１００の基板１１６の本体内に形成され得る。このような特徴を製造する方法は、例えば、リソグラフィー、立体リソグラフィー、機械加工、エッチング、マスキング、堆積などの技法を用いることを含み得る。
【００１８】
図２は、９６の出力チャンバー１４４を含む例示の微小流体デバイス１００を示す。その他の微小流体デバイスには、例えば、１９２または３８４の出力チャンバーが提供され得る。図２に示される例示の微小流体デバイスは、２４の個々の分離処理経路の導入で、２４の平行分岐チャネルと連絡する個々の流体連絡にある１つ以上の流れディストリビューター１０６、１０８を含み得る。各サンプル処理経路は、本明細書に記載される種々の実施形態のいずれかによる１つ以上のマイクロボールバルブに加え、１つ以上の以下の特徴を含み得る：ＰＣＲチャンバー、ＰＣＲ精製チャンバー、流れ制限器、流れ分割器、順方向配列決定チャンバー、逆方向配列決定チャンバー、順方向配列決定産物精製チャンバー、逆方向配列決定産物精製チャンバー、精製順方向配列決定産物出力チャンバー、精製逆方向配列決定産物出力チャンバー、およびそれらの組み合わせ。
【００１９】
バイア、カラム、チャネル、分割器、垂直流れスプリッターなどを用いて、微小流体デバイス１００の基板１１６中またはその上に形成された微小流体特徴間の流体連絡を容易にし得る。例えば、図３、４、および５に最も良く示されるように、チャネル１２８、１３０、チャンバー１３２、および貫通孔１８４は、流れディストリビューター１０６、１０８（図３、４、および５では示されず）と、反応チャンバー１２６のような微小流体特徴との間の流体連絡を容易にし得る。
【００２０】
微小流体デバイスのコンポーネントの種々の構造的性質および特徴、例えば、基板、カバー、カバー層、接着層、入力ポート、出力チャンバー、経路、バルブ、ウェル、チャンバー、バイア、バルブ、試薬、流れ制限器、精製カラムなどは、例えば、２００２年７月２６日に出願された米国仮出願第６０／３９８，８５１号中、２００３年１月３日に出願された米国出願第１０／３３６，３３０号中、および２００３年１月３日に出願された米国出願第１０／３３６，２７４号中に記載のものであり得、これら３つすべては、それらの全体が参考として本明細書中に援用されている。
【００２１】
図３〜５は、種々の実施形態による微小流体デバイス１００を通る流体流れを制御するための一方向性マイクロボールバルブ１８０の側面図を、連続操作段階で示す。図３に示されるように、このマイクロボールバルブ１８０は、任意のチャネル、バイア、ダクト、通路、孔、凹部、または特徴が用いられ得るが、通路のために、基板１１６中に一体に形成されるテーパー状の貫通孔１８４を含み得る。このテーパー状の貫通孔１８４は、その内側表面がほぼ円錐形の通路１９０を規定するように、ほぼ円錐形であり得る。このテーパー状の貫通孔１８４は、入口開口１９２から出口開口１９４まで基板１１６内で長軸方向に延び得る。このテーパー状の貫通孔１８４の長軸方向の軸１９６は、基板１１６の第１の表面１２２および第２の表面１２４のいずれか、または両方に実質的に垂直に延びる。種々の実施形態によれば、このテーパー状の貫通孔１８４の長軸方向の軸１９６は、基板１１６の第１の表面１２２および第２の表面１２４のいずれか、または両方に対して角度をなし得る。
【００２２】
このテーパー状の貫通孔１８４の入口開口１９２は、例えば、第１の直径である第１の最小寸法を有し得、そしてこのテーパー状の貫通孔１８４の出口開口１９４は、例えば、第１の最小寸法より大きい、第２の直径である第２の最小寸法を有し得る。このテーパー状の貫通孔１８４は、入口開口１９２から出口開口１９４に向かう方向に実質的に連続して外側方向にテーパー状であり得る。種々の実施形態によれば、このテーパー状の貫通孔１８４は、基板１８と同じ材料から形成される内側側壁を含み得るか、または基板１１６中、その上、またはその中およびその上の両方に挿入されるスリーブの形態であり得る。このテーパー状の貫通孔は、ボール要素１８８のためのバルブシートまたはバルブシート表面を提供し得る。
【００２３】
種々の実施形態によれば、このマイクロボールバルブ１８０のテーパー状の貫通孔１８４のいずれかまたは両端部は、例えば、マイクロボールバルブの上流および／または下流の種々の微小流体特徴と流体連絡して存在し得る。例えば、図３、４、および５に示されるように、このテーパー状の貫通孔１８４は、チャネル１２８、１３０と流体連絡して存在し得、そして反応チャンバー１２６は、このテーパー状の貫通孔１８４と下流流体連絡して存在し得る。あるいは、その他の微小流体特徴（例えば、配列決定チャンバー）は、このテーパー状の貫通孔１８４と下流流体連絡して存在し得る。
【００２４】
種々の実施形態によれば、ボール要素１８８は、このテーパー状の貫通孔１８４中にスライド可能に配置され得る。種々の実施形態によれば、このボール要素１８８はボールであり得、そして実質的に球形形状を有し得る。このボール要素１８８は、基板１１６と同じ材料から形成され得るか、および／またはテーパー状の貫通孔１８４の内側側壁を構成するのと同じ材料から形成され得る。このボール要素１８８は、金属製、プラスチック、ポリマー、エラストマー、またはそれらの組み合わせであり得る。例えば、このボール要素１８８は、ポリカーボネートのような相対的に柔軟なプラスチックから作製され得る。
【００２５】
このボール要素１８８は、形状が、球形、楕円形、卵形、矩形体、円筒形、円錐形、立方体などであり得る。上記バルブシートは、このボール要素１８８の形状を収容し、そしてそれと対合する、対応周縁またはシール表面を有し得る。
【００２６】
ボール要素１８８は、図５に示されるように、このテーパー状の貫通孔１８４内を自由にスライドするような、かつバルブシート１９８を提供するテーパー状の貫通孔１８４の内側側壁の一部分に対してシールされるとき、出口開口１９４から入口開口１９２を実質的に密封するような寸法であり得る。このバルブシート１９８は、テーパー状の貫通孔１８４の一部によって規定され得、そして実施的に円形の形状を有する表面を有し得る。
【００２７】
一方向性マイクロボールバルブ１００の貫流操作は、図４を参照してさらに示される。流体サンプルが、微小流体デバイス１００の特徴を通って、例えば、チャネル１２８を通って、入口開口１９２に向かう方向に、かつそれを通じて移動するよう押されるとき、流れるサンプルによって奏される力は、ボール要素１８８をバルブシート１９８からの着座を解かせ、そしてそれ故、例えば、テーパー状の貫通孔の中央部分中に保留されるようにし得る。例えば、求心力を用いて、流体サンプルを、微小流体デバイス１００を通じて移動させ得る。求心力は、例えば、この微小流体デバイスを、回転プラテンに固定すること、およびこのプラテンを回転することにより付与し得、それによってこの流体サンプルを、ほぼ半径方向の外側方向に移動させ得る求心力を生成する。図４中の矢印２００は、ほぼ半径方向の外側方向に微小流体デバイス１００を通る妨げられない流れの方向を示す。
【００２８】
図４に示されるように、ボール要素１８８が、ボール要素１８８と接触する流体サンプルの流れによりバルブシート１９８からの着座を解かれるとき、この流体サンプルは、着座を解かれたボール要素１８８の周りで、かつそれを超えて流れ得る。この流体サンプルは、テーパー状の貫通孔１８４を通って、出口開口１９４に向かう方向で、かつそれを通って進行し得る。この流体サンプルに付与される力の量および持続時間に依存して、例えば、回転するプラテンの回転の速度および持続時間に依存して、流体サンプルは押されて、出口開口１９４の下流に位置する１つまたはいくつかのさらなる微小流体特徴を通じて移動し得る。例えば、図４中の非標識矢印は、出口開口１９４を通るチャンバー１３２中への、次の処理のためのチャネル１３０を通る反応チャンバー１２６中への、流体サンプル流れ進路を示す。この反応チャンバー１２６は、例えば、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）チャンバーとして利用され得る。図４および５において、流体サンプルは、それが反応チャンバー１２６中に送達されている位置である１３４で示される。
【００２９】
図５に示されるように、すべての流体サンプルが、ボールバルブ要素１８８を超えて移動した後、および／または、一旦、流体サンプルによりボール要素１８８に対して付与される力が、ボール要素１８８の着座を解くために必要な力より小さくなると、微小流体デバイスが図３〜５に示されるように位置される場合、重力の力が、ボール要素１８８をバルブシート１９８に対して自動的に再着座させ得る。このような自動的再着座に際し、ボール要素１８８は、貫通孔１８４の入口開口１９２と出口開口１９４との間の流体連絡を防ぐか、中断するか、または制限し得る。
【００３０】
重力の力に加え、マイクロボールバルブ１８０の近傍における、熱の付与によるような温度の上昇は、ボール要素１８８を、バルブシート１９８に対してよりしっかりと着座させ得る。例えば、流体サンプルが、反応チャンバー１２６中に押された後、流体サンプルは、ＰＣＲを引き起こすために熱的にサイクルされ得る。熱サイクリングの結果として、背圧が、反応チャンバー１２６中の加熱された流体サンプルによって生成され得、それによってボール要素１８８をバルブシート１９８に対してよりしっかりと着座させる。図５における矢印２１２は、ボール要素１８８に付与される背圧を描写している。微小流体デバイスまたは１つ以上のそのカバー、例えば、カバー１１２と接触するよう、およびマイクロボールバルブ１８０の近傍の領域に熱を付与するよう配列され得るデバイスは、図５中２１０において概略的に示される。
【００３１】
図５は、流体サンプルが一方向性マイクロボールバルブ１８０を通って押され、そして微小流体特徴１２６、すなわち、反応チャンバー中に堆積された後の流体サンプルを示す。この反応チャンバー１２６には、反応チャンバー１２６を少なくともテーパー状の貫通孔１８４から分離するリッジ２０４が提供され得る。このリッジ２０４は、一旦この流体サンプルが、反応チャンバー１２６のような特定の微小流体特徴に到達したなら、流体サンプルが、例えば、テーパー状の貫通孔１８４中に戻って流れることを防ぐように作動し得る。さらに、このリッジ２０４は、ボール要素１８８が、反応チャンバー１２６のような次の微小流体特徴中に所望されずに移動し、それ故、永久的に着座しないことを防ぎ得る。このリッジ２０４は障壁であり得る。このリッジ２０４は、テーパー状の貫通孔１８４にあるボール要素１８８を少なくとも部分的に捕捉し得る。
【００３２】
種々の実施形態によれば、この一方向性マイクロボールバルブ１８０は、必要ないかなる外部作動機構もなくして、微小流体デバイス１００中の流体連絡を自動的に開放および閉鎖し得る。さらに、この微小流体デバイス１００を、外部から打つか、または操作する必要性は、一方向性マイクロボールバルブ１８０の使用により未然に防がれ得るので、カバー１１２、１１８と、基板１１６との間のより良好な密封性質が達成され得る。適正な密封は、微小流体デバイス１００の微小流体特徴に含まれる流体サンプルが熱的にサイクルされるとき、例えば、ＰＣＲの間に、所望され得る。
【００３３】
図６に示されるように、基板５１０と流体流れ経路５２０をもつ微小流体デバイス５００が提供される。この経路５２０は、通路６１０を有するマイクロボールバルブ要素５３０およびボール要素６２０を含む。このマイクロボール要素は、形状が立方体であり、そして通路６１０は、正方形断面をもつ貫通孔である。
【００３４】
種々の実施形態によれば、描写されたテーパー状の貫通孔は、代わって、例えば、一端にショルダーおよび小さな入口開口、および対向する端部により大きな出口開口を含む、中空の円筒形通路であり得る。
【００３５】
種々の実施形態によれば、一方向性マイクロボールバルブは、現存する微小流体デバイス中で履行され得る。ボール要素は、公知の微小流体デバイス中の前から存在するテーパー状の貫通孔中に挿入され得、種々の実施形態による微小流体デバイスを形成する。このボール要素は、テーパー状の貫通孔のバルブシート部分に対して着座するようなサイズであり得る。
【００３６】
種々の実施形態によれば、予め存在するテーパー状でない貫通孔を有する現存する微小流体デバイスは、最初にこの貫通孔をテーパー状にすることにより改変され得る。ボール要素が、次いで、得られるテーパー状の貫通孔中に挿入され得、そしてこのテーパー状の貫通孔のバルブシート部分に対して着座されるようなサイズであり得る。
【００３７】
本明細書に記載の微小流体デバイス、装置、システム、および方法と組合せて用いられ得る種々のコンポーネント、システム、および方法は、２００２年７月２６日に出願された米国仮特許出願第６０／３９８，８５１号、および２００２年７月３０日に出願された同第６０／３９９，５４８号、および３つすべて２００３年１月３日に出願された米国特許出願第１０／３３６，２７４号、同第１０／３３６，７０６号、同第１０／３３６，３３０号に記載のブレード、装置、システム、特徴、および方法を含む。これらの仮特許出願、および仮出願でない特許出願は、それらの全体が本明細書中に参考として援用される。
【００３８】
当業者は、先行する説明から、本教示が、種々の形態で履行され得ることを認識する。従って、これらの教示は、特定の実施形態およびその実施例と組合せて説明されているけれども、本開示の真実の範囲は、そのように制限されるべきではない。種々の変更および改変が、本明細書の教示の範囲から逸脱することなくなされ得る。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】図１は、外部バルブ開放デバイスにより開放されている微小流体デバイス中のバルブの斜視図である。
【図２】図２は、種々の実施形態による、各々が少なくとも１つの一方向性マイクロボールバルブを提供され得る複数の分離したサンプル処理経路を有する微小流体デバイスの平面図である。
【図３】図３は、種々の実施形態による一方向性マイクロボールバルブを含み、そして図２中に示される微小流体デバイス中に提供される多くの経路の例示の経路の一部分を通るサンプル処理経路の一部分の側面断面図である。
【図４】図４は、図３中に示される一方向性マイクロボールバルブの側面断面図であるが、着座位置にはなく、そしてこのバルブを通過する流体サンプルに保留されている。
【図５】図５は、例えば、重力の力によるか、または流体サンプルを加熱することにより生成される背圧により、対応するバルブシートに対して着座される位置にある、図３の一方向性マイクロボールバルブの側面断面図である。
【図６】図６は、種々の実施形態によるマイクロボールバルブを含むサンプル処理経路の一部分の側面断面図である。
【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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