(57)【要約】マルチチャンネル分析用の独立の流体サンプルを、好ましくは診断用カートリッジに生じさせる装置（３）及び方法が本発明により開示される。好ましくはマイクロ流体デバイスである流体デバイス（３）は、複数の流体チャンネル（３５）を持つ。流体はこの流体チャンネルに運ばれる。クロスオーバーチャンネル（３２）は、流体注入口（３３）及び流体排出口（３４）を持つ。前記デバイス（３）の使用中、方法が実施される。この方法に従って、サンプルチャンネルは、しきい（３９）までサンプル流体で満たされる。フラッシュ流体（ガス又は不活性液体）は次いで、サンプル流体で満たされたクロスオーバーチャンネルを介しフラッシュされ、サンプル流体をフラッシュ流体に置き換える。次いで、クロスオーバーチャンネルの注入口及び排出口が閉じられ、サンプル流体はさらにチャンネルアレイ（３０、３１）に押し込まれる。他には、前記流体を前記サンプルチャンネルに押し込むために、適当な圧力が前記流体に加えられる。マイクロチャンネルに複数の（時間的及び／又は空間的に）独立のサンプルプラグを得ることが望ましい場合、この方法のステップは、適切なやり方で繰り返される。これにより、フラッシュセグメントにより互いに分離した、一連の長軸方向に間隔をあけたサンプル流体セグメントが各マイクロチャンネルに作成される。
2006523306.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体デバイスにおいて、
−サンプル流体注入口を持ち、前記流体デバイスの使用時に、前記注入口を介して分析又は処理されるべきサンプル流体で満たされるのに適合した複数のサンプルチャンネル、及び
−前記サンプルチャンネルと連通しているフラッシュ流体注入手段とフラッシュ流体排出手段とを持ち、前記複数のサンプルチャンネルにおける前記流体の構成物を制御する、前記流体デバイスにおいて前記サンプル流体が分析又は処理される場所よりも下流にある前記複数のサンプルチャンネルに位置決めされるフラッシュ流体制御手段、
を有する流体デバイス。
【請求項２】
前記流体デバイスは、少なくとも一部がマイクロマシニング方法により製造されるマイクロ流体デバイスである請求項１に記載の流体デバイス。
【請求項３】
前記フラッシュ流体制御手段は、前記サンプルチャンネルにおける一定量の前記サンプル流体を、前記流体制御手段よりも上流にあるフラッシュ流体と置き換えることにより、前記チャンネル注入口において前記フラッシュ流体の内容を制御する請求項１又は２に記載の流体デバイス。
【請求項４】
前記制御手段は、クロスオーバーチャンネルである請求項２又は３に記載の流体デバイス。
【請求項５】
前記クロスオーバーチャンネルは、マイクロチャンネルからなる２つのアレイに分割する請求項４に記載の流体デバイス。
【請求項６】
前記流体制御手段の前記流体注入手段及び前記流体排出手段は、注入及び排出チャンネルである請求項１乃至５の何れか一項に記載の流体デバイス。
【請求項７】
前記注入及び排出チャンネルは、前記注入チャンネルを介するフラッシュ流体の連通及び前記排出チャンネルを介する流体の連通を制御するためのバルブ手段を有する請求項６に記載の流体デバイス。
【請求項８】
前記流体デバイスは、前記注入チャンネルを通るフラッシュ流体の連通、前記排出チャンネルを介する流体の連通、及び前記サンプルチャンネルを通る流体の流れを制御するための圧力調整手段を有する請求項１に記載の流体デバイス。
【請求項９】
前記サンプル流体の前記流体が流れる方向において、前記フラッシュ流体制御手段より上流にある前記サンプルチャンネルに配される少なくとも１つのしきいを有する請求項１乃至８の何れか一項に記載の流体デバイス。
【請求項１０】
前記しきいは調節可能である請求項９に記載の流体デバイス。
【請求項１１】
前記チャンネルの各々における前記しきいは、物理的な狭窄、流体の非親和性若しくは疎水性効果、電界、温度又は光励起により制御される請求項９又は１０に記載の流体デバイス。
【請求項１２】
前記しきいは全てのチャンネルに対し共通の制御により制御される請求項９、１０又は１１に記載の流体デバイス。
【請求項１３】
独立のサンプルプラグは、前記制御手段により前記サンプルチャンネルに形成される請求項１乃至１２の何れか一項に記載の流体デバイス。
【請求項１４】
前記フラッシュ流体はガス又は不活性液体である請求項１乃至１３の何れか一項に記載の流体デバイス。
【請求項１５】
前記流体デバイスは、診断用カートリッジであるコンパクトなハウジングの内部に配される請求項１乃至１４の何れか一項に記載の流体デバイス。
【請求項１６】
前記流体デバイスは、診断用カートリッジ、マイクロ流体チップ、ラボオンチップ、μ−ＴＡＳ、バイオチップ又はバイオセンサである請求項１乃至１４の何れか一項に記載の流体デバイス。
【請求項１７】
請求項１に記載のマルチチャンネル分析用の流体デバイスにおいて独立の流体サンプルを生じさせる方法であり、前記フラッシュ流体で分離された独立のサンプルプラグが前記流体デバイスの複数のチャンネルに形成されるように、フラッシュ流体を用いたフラッシュ流体制御手段のフラッシュステップを有する方法。
【請求項１８】
前記フラッシュ流体制御手段がフラッシュ流体注入手段とフラッシュ流体排出手段とを有する請求項１７に記載の方法において、前記方法はさらに、
−サンプル流体注入口を介してサンプル液体を前記デバイスに注入し、複数のチャンネルに注入するステップ、
−前記フラッシュ流体制御手段を横断し、さらに前記チャンネル内をしきいまで前記サンプル液体を運ぶステップ、
−前記バルブ手段を用いて、前記フラッシュ流体注入手段及びフラッシュ流体排出手段を開くステップ、
−フラッシュ流体を用いた前記フラッシュ流体制御手段のフラッシュステップ、及び
−前記チャンネルにおける前記サンプル液体と、前記フラッシュ流体制御手段における前記フラッシュ液体とを前記フラッシュ流体制御手段を横断し、さらに前記チャンネルへ運ぶステップ
をさらに有する方法。
【請求項１９】
複数の連続する独立のサンプル流体プラグは、
−前記バルブ手段により、前記フラッシュ流体注入手段と、前記フラッシュ流体排出手段とを開くステップ、
−フラッシュ流体を用いた前記フラッシュ流体制御手段のフラッシュステップ、及び
−前記チャンネルにおける前記サンプル液体と、前記フラッシュ流体制御手段における前記フラッシュ液体とを前記フラッシュ流体制御手段を横断し、さらに前記チャンネルへ運ぶステップ
を繰り返すことにより生成される請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
フラッシュ流体を用いた前記フラッシュ流体制御手段のフラッシュステップの後、
−前記フラッシュ流体注入手段と前記フラッシュ流体排出手段とがバルブ手段を用いて再び閉じられるか、又は
−前記フレッシュ流体は、前記サンプル流体を前記チャンネルに運ぶための圧力下で置かれる
請求項１８又は１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記マルチチャンネル分析は、診断用カートリッジ、マイクロ流体チップ、ラボオンチップ、μ−ＴＡＳ、バイオチップ又はバイオセンサにおいて実行される請求項１７、１８１９又は２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記マルチチャンネル分析はマイクロ流体デバイスにより実行される請求項１７、１８、１９又は２０に記載の方法。
【請求項２３】
請求項１に記載のマルチチャンネル分析用の流体デバイスにおいて独立の流体サンプルを生じさせるための、コンピュータにより処理するコンピュータプログラムを具現化したコンピュータ読取可能媒体において、前記コンピュータプログラムが前記フラッシュ流体で分離される独立のサンプル流体プラグが前記流体デバイスのマルチチャンネルアレイで形成されるように、フラッシュ流体を用いたフラッシュ流体制御手段をフラッシュするためのコードセグメントを有する、コンピュータ読取可能媒体。
【請求項２４】
請求項１７に記載の方法又は請求項１に記載の、流体分析、流体合成、又は化学成分のパラレル合成用のデバイスの使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的に流体デバイスの分野、特にその内容が分析されるべき幾つかのサンプルチャンネルを持つマイクロ流体デバイスであり、さらにこれらマイクロ流体デバイスのサンプルチャンネルにおける流体の内容の処理にも関する。
【背景技術】
【０００２】
ＰＯＣ(Point-of-care)及び在宅介護において、流体の化学的及び／又は生物化学的な成分を検出するのに医療診断用検査カートリッジが使用されている。分析された流体はしばしば、患者から得られる例えば血液又は尿のサンプルのような体液である。現在、非常に限られた数の成分だけ、すなわち数個の成分が単一のカートリッジを用いて測定される。他の成分を同時に且つ同じ流体源から検出、測定及び分析をすることが望ましい。これは操作性を向上させる。しかしながら、今日では、このような場合、他の成分を分析することが可能である他のカートリッジが使用されなければならない。これは、各カートリッジが一定の最小量の流体を必要とするので、より多くの量のサンプル流体が利用可能としなければならないことも意味している。「マルチチャンネル分析」という用語は、この文脈において、単一のカートリッジで１つ以上の成分を検出することができることに言及している。
【０００３】
小型化は、診断用のカートリッジ技術における他の重要な傾向である。上述したカートリッジの小型化は多くの重要な利点を提供する。カートリッジ上の分析器のチャンネルを満たすのに、より少ない分析されるべき流体が必要とされるので、規定されたボリュームの単一の流体サンプルにおいて、より多くの検査が行われることができる。これは、操作性を増大させ、例えば看護スタッフにより、扱われなければならないカートリッジ及びサンプルが少ないので、取り扱い上のエラーを起こす可能性を減少させる。既に述べたように、検査毎に必要とされる流体サンプルのボリュームが少なく、検査毎の費用は減少する。さらに、マルチチャンネル分析は、サンプル流体の成分のスペクトル検出を可能にし、これにより、非常に様々な成分が以前よりも分析されることができる。従って、カートリッジは、多重遺伝子分析、複数表現分析、たんぱく質異性体の識別等のためのゲノム及びプロテオミクスの分野にますます適するようになる。さらに、より多くの分析デバイスが単一のカートリッジに空間を持つので、冗長分はこのカートリッジに組み込まれる。これは、分析結果に基づく診断の精度及び信頼性を高める。最後に、連続する滴定は、試薬及び／又はキャプチャープローブが測定範囲及び測定の精度を高めるのに利用されることができる。
【０００４】
マイクロ流体構造に対する１つの例は、WO91/16966に記載されている。開示されるマイクロ流体構造は、複数のマイクロキャビティ(microcavity)又はチャンネルシステムを持つ。一連の隣接チャンネルは、レイヤの適切な配列により互いの頂部に形成される。他の実施例は、共通なマイクロマシニング方法（例えばエッチング、塑造(molding)、プリンティング）により製造される隣接チャンネルからなる平坦構造である。
【０００５】
流体サンプルがカートリッジ上にある多数のチャンネルの幾つか、例えば１０又は１００個に分配される場合、別々のチャンネルにおいて、別個の独立のサンプルプラグを生成する問題がある。各チャンネルにおいて独立の生物化学の検査を行うことを可能にするために、独立のプラグに分離することが必要とされる。さらに、マルチチャンネルのマイクロ流体デバイスに関連する問題は、クロス汚染及び試薬の繰り越し(carry-over)である。これは、幾つかのサンプルがチャンネルを連続して通ると共に、サンプル間においてこれらチャンネルが十分に洗浄されない、又は先行するサンプル流体が上記やり方で後続するサンプル流体では十分に希釈されないときに起こり、この分析結果は悪影響を受ける。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の１つの目的は、マイクロ流体のマルチチャンネルデバイスの流体チャンネルにおける流体プラグ間のクロス汚染及び試薬の繰り越しを最小にすることである。他の目的は、マイクロ流体のマルチチャンネルデバイスにおける多数の流体チャンネルに別個の独立のサンプルチャンネルを提供することである。
【０００７】
本発明は、上記に特定した従来の欠陥を克服し、添付した特許請求の範囲による方法及びデバイスを提供することにより、少なくとも上記に特定した問題を解決する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様によれば、複数のサンプルチャンネルを備える流体デバイス、好ましくは、マイクロ流体デバイスが提供される。このデバイスは、サンプルチャンネルにおける流体の内容を分析するのに適する。このデバイスは、少なくとも規定長に沿った互いに近接して配される複数のサンプルチャンネルを有する。ここでサンプルチャンネルは、共通のサンプル流体注入口を持つ。これらサンプルチャンネルは、前記流体注入口を介して、分析されるべきサンプル流体で満たされるのに適し、前記デバイスを用いる場合、充填が行われる。フラッシュ(flush)流体制御手段、好ましくはクロスオーバーチャンネルが前記複数のサンプルチャンネルの注入口に位置決めされる。このフラッシュ流体制御手段は、少なくとも１つのフラッシュ流体注入手段と、少なくとも１つのフラッシュ流体排出手段とを持ち、これらは共に前記サンプルチャンネルの注入口と流体で連通している。フラッシュ流体制御手段は、複数のサンプルチャンネルの注入口において流体の構成物、すなわちフラッシュ又はサンプル流体を制御するのに適する。
【０００９】
特に、フラッシュ流体、すなわちガス又は液体は、この吸入チャンネルから、クロスオーバーチャンネルを介して、排出チャンネルへ進み、これにより、サンプルチャンネル内のサンプルの内容は、前記フラッシュ流体がサンプルチャンネルに注入される場合、局部的に取り除かれる。これにより、サンプルチャンネルにおける独立のサンプルプラグが形成される。
【００１０】
好ましくは、サンプルチャンネルにしきいが設けられ、サンプルチャンネルの部分的な充填を制御する。
【００１１】
好ましくは、流体サンプルのマルチチャンネル分析用のマイクロ流体デバイスは、カートリッジの内部に収容される。このカートリッジはときにはマイクロ流体チップ、すなわちラボオンチップ(lab-on-a-chip)又はμ−ＴＡＳ(micro-total-analysis-system)とも呼ばれる。生物学応用では、バイオチップ又はバイオセンサとも呼ばれる。
【００１２】
本発明の他の態様によれば、前記流体サンプルのマルチチャンネル分析用の流体デバイス、特にマイクロ流体デバイスの複数の流体チャンネルにおいて独立の流体サンプルを生じさせる方法が提供される。フラッシュ流体制御手段は、独立のサンプルプラグが前記流体デバイスのマルチチャンネルアレイで形成されるように、フラッシュ流体を用いてフラッシュされる。この方法によれば、前記サンプルプラグはフラッシュ流体で分離され、これにより独立のサンプルプラグが生じる。詳しくは、フラッシュ流体制御手段、好ましくはクロスオーバーチャンネルがフラッシュ流体注入手段及びフラッシュ流体排出手段を持ち、この方法は好ましくは以下のステップを有する。フラッシュ流体注入手段及びフラッシュ流体排出手段は、バルブ手段を用いて閉じられる。このバルブ手段は、カートリッジの外側に置くこともでき、又はカートリッジの内部に実装されることもできる。サンプル液体は、複数の流体チャンネルへのサンプル流体注入口を介して前記デバイスに導入される。続いて、サンプル液体はフラッシュ流体制御手段を横断し、さらにチャンネルに送られ、好ましくはこれらチャンネルのしきいまで送られる。次いで、フラッシュ流体注入手段及びフラッシュ流体排出手段は、バルブ手段を用いて再び開かれ、フラッシュ流体制御手段は、フラッシュ流体を用いてフラッシュされる。続いて、前記チャンネルにおけるサンプル液体と、前記フラッシュ流体制御手段における前記フラッシュ液体とは、前記フラッシュ流体制御手段を横断し、さらに前記チャンネルへ送られる、好ましくは押し出される。
【００１３】
本発明の他の態様によれば、コンピュータにより処理するコンピュータプログラムを具現化するコンピュータ読取可能媒体が設けられている。このコンピュータプログラムは、流体の、好ましくはマイクロ流体のマルチチャンネルデバイスの複数の流体チャンネルにおいて、独立のサンプルプラグを達成するためのコードセグメントを有する。このコンピュータプログラムは、独立のサンプル流体プラグが前記装置のマルチチャンネルアレイで形成されるので、前記サンプルプラグは前記フラッシュ流体で離されるように、コンピュータにフラッシュ流体を用いてフラッシュ流体制御手段のフラッシュを達成するようにコンピュータに命令するコードセグメントを有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の好ましい実施例は、以下の詳細な説明において記載され、添付する図に対する参照である。
【００１５】
ここで図に目を向けてみると、図１は、マルチチャンネル分析用の例示的なデバイスアーキテクチャを示す。サンプルの流体は前処理され、次いで複数のチャンネルに、例えば１０又は１００チャンネルに分配される。全てのチャンネルに、特定の試薬、例えば化学修飾(affinity label)、塩、糖、洗剤等が加えられる。その後、測定が行われる。これら測定は、例えばキャプチャ及び検出に基づいている。例えば、固定化されるキャプチャ分子(immobilized capture molecules)（例えばタンパク質、抗体、ペプチド、オリゴヌクレオチド、ｃＤＮＡ、アプタマー(aptamer)、糖）がカートリッジの内部、カートリッジの両壁又はマイクロ若しくはナノ粒子を介して置かれる。前記キャプチャ分子は、様々なやり方、例えば、ピン−スポッティング(pin-spotting)、インクジェット堆積(inkjet
deposition)又は光化学反応により、前記カートリッジに置かれる。サンプル流体に曝される場合、前記キャプチャ分子は前記流体サンプルからの標的分子を選択的に結合する。
【００１６】
従来知られる多くのやり方、例えば光学的、電気的、磁気的、機械的により検出が行われることができる。この検出は一般的に、検出標識を化学的又は生体化学的に取り付けることを含む。この標識の取り付けは、キャプチャ前又はキャプチャ後に行うことができる。これら検出ラベルは、光学活性（例えば蛍光性、化学ルミネセンス、散乱粒子）、電気活性（例えば酸化還元標識）、磁気活性（例えば磁粉）、機械活性（例えば質量標識(mass label)）又は（生体）化学活性（例えば酵素）のような異なるやり方で活性化してもよい。
【００１７】
流体分析は、電磁分析、質量分析、核磁気共鳴、伝導度測定等のような標識の無い方法を用いて実行されてもよい。
【００１８】
（例えば、流体溶液、磁力、温度変化、電界を用いた）洗浄(washing)又は親和性(stringency)及び架橋反応（例えば、開口との光架橋）が背景信号を減少させ、前記検出の感度及び特定性を向上させる。
【００１９】
これら処理中、流体は揺り動かされ、相互作用率を高める流体の運動を作り出す。
【００２０】
詳細には、図１の概略図は、マルチチャンネル分析デバイス１に流体サンプルを挿入するサンプル導入手段１０を持つマルチチャンネル分析デバイス１を示す。この導入手段１０から、サンプルは、例えばポンプ、圧力差、バルブ装置、若しくは前記流体が充電された粒子を含む場合は電場を用いて、前記デバイス内に送られる。流体の前処理手段１１により、サンプル全体の内容が例えばフィルタリング、濃縮、非凝固処理により前処理される。さらに、このサンプルはマイクロチャンネルアレイのチャンネルに分配される。このようなマイクロチャンネルアレイの一例２が図２に示される。チャンネルアレイ２２は、複数のマイクロチャンネル２０を有し、全てのチャンネルは、手段１２で加えられるチャンネル専用の試薬を含んでいる。任意には、各チャンネルはチャンネル専用の前処理を有する。これにより、全てのチャンネル２０は、それぞれ最適化された化学環境を持つことができる。これらチャンネルは不等長の幅を持つことができ、このことは、図２において最も下にあるチャンネル２１に対しては２倍の幅で描かれている。このようにして、２Ｄキャプチャアレイは、前記デバイス１に実装されることができる。バルブ及びポンプ（図示せず）がチャンネル２０、２１における液体の流れを制御するためにこれらチャンネルに用いられることができる。
【００２１】
例えばプローブ２４、２５のアレイのようなサンプル流体を分析するための測定手段１３は、マイクロチャンネルに配される。これらプローブは信号を出力し、これら信号は矢印２６により示されるように、他の分析のための検出器に供給される。矢印２７及び２８は、流体のマイクロチャンネルへの流入及び流出をそれぞれ説明する。
【００２２】
最後に、サンプル流体は、サンプル廃棄手段１４により廃棄される。
【００２３】
図３から図６による本発明の好ましい実施例にマルチチャンネルデバイス３が示される。明瞭な説明のために、図３から図６を通じて示される同じ要素に対して、参照番号は繰り返されない。デバイス３は２つのサイドチャンネル３３、３４、すなわち流体注入口３３及び液体排出口３４を有し、流体はガス又は不活性液体である。その上、クロスオーバーチャンネル３２は、前記流体注入口３３及び前記流体排出口３４に接続し、これらは共に側壁４１、４２を有する。流体注入口３３への流体の流れは矢印３７により示され、流体排出口３４からの流体の排出は矢印３８により示される。流体注入口３３及び流体排出口３４は、（図３には示されない）流体制御用のバルブ４５、４６を有する。
【００２４】
クロスオーバーチャンネル３２は、マイクロチャンネル３５からなる２つのアレイ３０、３１に分割する。これらアレイは、サンプル流体及び他の流体のための流体が流れるチャンネルを提供するために、頂壁及び底壁だけでなく側壁４０も有する。サンプル液体は矢印３６に示されるように、マイクロチャンネルアレイ３０に取り入れられ、ここでサンプル流体は、流体の前処理手段１１により説明されるように前処理される。他には、この流体は、カートリッジの内側と同じように、例えばフィルタリングによりこのカートリッジの外側において前処理される。しかしながら、クロスオーバーチャンネル３２に対する入力部であるこのアレイ３０は、チャンネルの構造と同じく、本発明のクロスオーバーチャンネル３２に対する入力部の構造の非限定的な例である。本発明の概念内にある他の適正なアーキテクチャに対する実施例が図９及び図１０に示されている。図９に示されるアーキテクチャ９において、入力チャンネル９０は、２つのマイクロチャンネル９１、９２に分割される。クロスオーバーチャンネルは、入力チャンネル９０が２つのチャンネルに分割される接合部から一定の距離だけ離れて置かれる。クロスオーバーチャンネル９３は、図９に説明されるように、マイクロチャンネル９１、９２のアレイ全体を覆っている。図１０は２つのマイクロチャンネル１０１、１０２に対する単一の入力チャンネル１００を示す。クロスオーバーチャンネル１０３は、マイクロチャンネル１０１、１０２に向かい入力チャンネル１００内を移動するサンプル流体は、入力チャンネル１００がクロスオーバーチャンネル１０３と結合する接合部において２つの連立する流体の流れに分割されるように配される。前記サンプル流体は、クロスオーバーチャンネル１０３を横断し、２つのチャンネル１０１、１０２のそれぞれのチャンネルに向かう。
【００２５】
図９及び図１０においてそれぞれ示される矢印は、入力チャンネル９０及び１００において前記サンプル流体の流れる方向をそれぞれ示す。フラッシュ／分離流体は、図３から図６に示される実施例に関して記載されるような個々のクロスオーバーチャンネルを通り流れる。説明を目的とするため、図９及び図１０において、チャンネル数は１つの入力チャンネルと２つの出力チャンネルとに制限され、この例示的な限定が本出願の発明の概念内における限定であるとは考えない。
【００２６】
サンプル流体は、前記クロスオーバーチャンネルを通過し、第２のマイクロチャンネルアレイ３１へ進む。しきい３９は、例えばチャンネルにおける物理的な狭窄、小さな疎水性領域又はバルブである。しきい３９の目的は、ある流体の存在を検出することであり、又はマイクロチャンネル３５における流体の流れを制御されたやり方で制限することである。マイクロチャンネル内に流体のしきいを作成するやり方が幾つかある。あるやり方は、毛細管力を利用する、例えば流体の非親和性材料（例えば疎水性材料）を局部的に適用することにより行われる。他のやり方は、チャンネルにおいて狭窄した大きさを持つことである。
【００２７】
流体のしきいを調節することが可能である、例えば流体が通過しなければならない場合、このしきいを除去することが可能であることが利点である。これは、例えば全てのチャンネルにおいて同期された流体の移動を保証することができる。調節可能なしきいを作成するある方法は、電場を用いて、例えばエレクトロウェッティング（電場が疎水性材料の疎水性を減少させる）、局部的な温度変化（加熱することが毛細管力を変化させる）、光の利用（幾つかの材料は光の励起下で毛細管の特性を変化させる）又は外的な圧力（外的な圧力、例えば柔軟な壁部を持つマイクロチャンネルを用いることによりチャンネルの直径が調節される）により行われる。
【００２８】
好ましくは、全てのチャンネルにおける流体のしきいは、１つの制御ライン、例えば１つの電極、１つの光ガイド等により調節される。
【００２９】
ある場合において、例えば流体がチャンネル全てにおいて、幾つかの十分に規定される位置を仮定することができるようにチャンネル全てにおいて多数のしきいを持つことが有利である。
【００３０】
サンプル流体は、矢印４３に示されるように、マイクロチャンネルアレイ３１から排出される。
【００３１】
デバイス３の使用中、サイドチャンネルは最初に閉じてあり、サンプル流体が参照番号４７により示されるように、マルチチャンネル構造内に挿入される。図４に示されるように、チャンネル３５はしきい３９まで満たされている。サイドチャンネル３３、３４を介して流体が流れるのを防ぐために、バルブ４５、４６が閉じられる。
【００３２】
流体をマイクロ流体デバイスに及びデバイスから、若しくはこのデバイス内において稼動させるための様々な方法及び手段が用いられる。例えば、外部の過圧、外部の減圧（真空）、外側から機械的に稼動するメンブレンのように、カートリッジの外側の手段で行われる。他には、例えば、動電学的効果、電気泳動、エレクトロウェッティング、メンブレン、ソフトリソグラフィックマイクロ流体等のようなカートリッジの内側の手段が用いられる。
【００３３】
次いで、図５に示されるようにサイドチャンネル３３、３４が開かれ、図５に矢印により説明されるように、クロスオーバーチャンネル３２にあるサンプル流体４７は、フラッシュ媒体５０を用いて、このクロスオーバーチャンネル３２からフラッシュされる。これにより、クロスオーバーチャンネル３２はフラッシュ媒体５０で満たされる。このフラッシュ媒体５０は、サンプル流体とは異なる流体であり、例えばこのフラッシュ流体は空気又は不活性液体である。このフラッシュ流体はクロスオーバーチャンネル３２にあるサンプル流体を取り去ることを目的とするだけでなく、通過するチャンネルをきれいにするような他の有利な特性も有する。その上、前記流体が例えば空気のようなガスである場合、その流体が通るチャンネルが乾いたりもする。本実施例において、クロスオーバーチャンネル３２及び後続するマイクロチャンネルは、図５及び図６に説明されるようなフラッシュ流体により処理される。
【００３４】
その後、図６に示されるようにサイドチャンネル３３、３４が閉じられ、アレイ３０、３１及びクロスオーバーチャンネル３２にある流体は、さらにマルチチャンネル構造内に押し込まれる。その結果は、流体サンプルが分断されることである。マルチチャンネル構造のマイクロチャンネル全ては、サンプル流体である独立のプラグ５１を含み、この流体はフラッシュ媒体であるプラグ５０により分離される。従って、フラッシュ媒体は媒体を分離する目的を果たし、フラッシュ流体も分離流体と呼ばれる。
【００３５】
クロスオーバーチャンネルの入力部及び／又は出力部の接続は、例えば、ホースによる接続のようなマイクロプラムビング(microplumbing)手段により達成される。他には、クロスオーバーチャンネルの入力部及び／又は出力部の接続が、マイクロチャンネルと同じ製造処理で一体成形で製造される。
【００３６】
図４から図６に説明されるシーケンスを繰り返すことにより、連続する一連の独立のサンプルプラグが本発明により達成される。
【００３７】
明らかであるように、クロスオーバーチャンネルの入力部及び／又は出力部の接続の設計は、図３から図６に示される実施例に制限されない。その上、サンプルプラグを分離するガス又は不活性液体がチャンネルの頂部又は底部からクロスオーバーチャンネルに投入されるように、代わりにチャンネルの入力部がクロスオーバーチャンネルの頂壁及び／又は底壁に配されることができる。流体搬送チャンネルからなるこの積層状の装置が図３から図６に示されるポートと結合される。ここで、図３から図６に示される機能は、例えばポート３３、３４が代わりに出力チャンネルとして使用されることができるような他の実施例とは違うようにすることができる。この場合、ガス又は不活性流体は、頂部及び／又は底部の入力部を通り注入され、さらに、クロスオーバーチャンネルを介しフラッシュされ、次いでポート３３、３４を介し出力される。
【００３８】
図３から図６に示されるように、クロスオーバーチャンネル３２の配向、すなわちサンプルチャンネルにおける流れに対し垂直である配向は、マイクロチャンネルにおける流れる方向に対して代わりに傾けられることができる。このようにして、独立のサンプルプラグ間の時間の遅れが達成され、これはあるアプリケーションにおいて望ましい。
【００３９】
本発明の他の態様の実施例が図７に説明される。複数のマイクロチャンネルのアレイに独立のサンプルプラグを供給するための方法７は以下のステップを有する。ここで複数のマイクロチャンネルはマルチチャンネル分析デバイス３に含まれる。ステップ７０において流体注入口３３及び流体排出口３４を接続しているデバイス３のクロスオーバーチャンネル３２は、フラッシュ流体を用いてフラッシュされる。このフラッシュ流体はガス又は不活性液体である。クロスオーバーチャンネル３２は上述したように、マイクロチャンネル３５からなる２つのアレイ３０、３１に分割する。
【００４０】
ステップ７１において、バルブ４５、４６は、流体気密方式で閉じられるので、サイドチャンネル３３、３４を介して、流体がクロスオーバーチャンネルに進入したり、排出されたりすることはできない。次に、ステップ７２において、サンプル流体がデバイス３に投入され、ここで、サンプル流体はアレイ３０を介し、クロスチャンネルを通過し、第２のマイクロチャンネルアレイ３１に運ばれる。ステップ７２は、前記サンプル流体がクロスオーバーチャンネル３２から規定の距離だけ離れてアレイ３１に配されるしきい３９よりもさらに遠いアレイのマイクロチャンネル３５には投入されないことを含んでいる。次のステップ７３において、サイドチャンネル３３、３４にあるバルブが開かれる。後続するステップ７４において、クロスオーバーチャンネル３２にあるサンプル流体は、フラッシュ媒体を用いて、このクロスオーバーチャンネルからフラッシュされる。このフラッシュ媒体は注入ポート３３を介してクロスオーバーチャンネル３２に投入されるのに対し、排出ポート３４は、このクロスオーバーチャンネル３２からサンプル流体を取り除くのに利用する。これにより、クロスオーバーチャンネル３２は、ステップ７３においてフラッシュ媒体で満たされる。バルブ、毛細管力又は他の適切な手段は、フラッシュ流体が両方のアレイ３０、３１におけるマイクロチャンネル３５に進入するのを防ぐ。次いで、サイドチャンネル３３、３４におけるバルブ４５、４６は、ステップ７５において再び閉じられ、流体気密方式で、サイドチャンネルを再び封止する。他には、サイドチャンネルを再び閉じる代わりに、ステップ７５において、フラッシュ流体は、以下に説明するように、圧力をかけて、サンプル流体をマイクロチャンネル構造に押し込む。
【００４１】
前記方法３の後続するステップ７６において、アレイ３０、３１及びクロスオーバーチャンネル３２にある流体は、さらにマルチチャンネル構造に押し出される。その結果、流体サンプルは分断される。ここで、マルチチャンネル構造のマイクロチャンネル全ては、サンプル流体である独立のプラグ５１を含み、このプラグ５１はフラッシュ媒体であるプラグ５０により分離される。アレイ３１において、連続する一連の独立のサンプルプラグを作成するために、ステップ７２から７６が繰り返される。ここでステップ７６は、サンプル流体がしきい３９に到達するとき、流体を運ぶのを止める。これにより、長手方向に間隔をあけた、フラッシュ流体セグメントで互いに分離された一連の独立のサンプル流体セグメントが各マイクロチャンネルに作成される。
【００４２】
図８による本発明の他の実施例において、コンピュータ読取可能媒体８は、コンピュータ８０により処理するためのコンピュータプログラムを坦持している。このコンピュータプログラムは、コンピュータ８０により実行されるべき幾つかのコードセグメントを持ち、ここでコンピュータ８０はマルチチャンネル分析デバイス３を制御する。第１のコードセグメント８１は、コンピュータに流体注入口３３及び流体排出口３４を接続しているデバイス３のクロスオーバーチャンネルをフラッシュ流体でフラッシュするように指示する。コードセグメント８２を用いて、バルブ４５、４６は流体気密方法で閉じられる。次いで、サンプル流体は、コンピュータ８０を指示するコードセグメント８３を用いてデバイス３に投入される。サンプル流体は、アレイ３０を介し、クロスオーバーチャンネルを通過し、第２のマイクロチャンネルアレイ３１へ運ばれる。コードセグメント８３は、前記サンプル流体がクロスオーバーチャンネル３２から規定の距離だけ離れて、アレイ３１に配されるしきい３９よりも遠くのアレイのマイクロチャンネル３５には投入されないようにコンピュータにさらに指示する。コンピュータ８０はサイドチャンネル３３、３４にあるバルブを開くようにコードセグメント８４により指示される。次いで、コードセグメント８５は、前記コンピュータにフラッシュ媒体を持つクロスオーバーチャンネル３２をこのクロスオーバーチャンネルからフラッシュするように指示する。ここでフラッシュ媒体は注入ポート３３を介してクロスオーバーチャンネル３２に投入されるのに対し、排出ポート３４は、このクロスオーバーチャンネル３２からサンプル流体を取り除くのに利用する。従って、クロスオーバーチャンネル３２は、コードセグメント８４によりフラッシュ媒体で満たされる。次いで、サイドチャンネル３３、３４におけるバルブ４５、４６は、コードセグメント８４により再び閉じられ、流体気密方法でサイドチャンネルを再び封止する。他には、サイドチャンネルを再び閉じる代わりに、コードセグメント８４によりフラッシュ媒体は、以下に記載されるように、圧力をかけて、サンプル流体をマイクロチャンネル構造に押し込む。以下において、コードセグメント８７は、コンピュータ８０にアレイ３０、３１及びクロスオーバーチャンネル３２にある流体をさらにマルチチャンネル構造に押し込むように指示する。その結果、流体サンプルが分断される。ここでマルチチャンネル構造のマイクロチャンネル全ては、サンプル流体の独立のプラグ５１を含み、このプラグ５１はフラッシュ媒体のプラグ５０で分離されている。アレイ３１における連続する一連の独立のサンプルプラグを作成するために、コードセグメント８３から８７が繰り返される。ここで、ステップ８７は、サンプル流体がしきい３９に到達するとき、これら流体を運ぶのを止める。
【００４３】
本発明の上述した装置及び方法の応用及び使用は幾つかあり、例えば臨床的分析、化学分析、生物化学分析等のような例示的な分野も含む。マイクロチャンネルにおけるサンプルは、例えばナトリウム、カリウム、塩化物、イオン化カルシウム、ｐＨ、ｐＣＯ２、ｐＯ２、尿素、ブドウ糖、ヘマトクリット(hematocrit)、ＨＣＯ３、ヘモグロビン、たんぱく質、核酸、ホルモン等の濃度に対し分析されることができる。分析されるべきサンプル流体の化学特性に依存して、これらマイクロチャンネルは、一般的なマイクロマシニング製造方法により、例えばシリコン、セラミック、又はプラスチック材料で製造されることができる。一般的にエッチング可能又はモールド可能な材料の何れかが適している。その上、マイクロチャンネルのアレイは、例えば互いの頂部に積層される、底部層と頂部層とが並列する、及びチャンネルを覆う側壁等の様々な形態で構成されることができる。マイクロファブリケーション技術は、多数のマイクロチャンネルの場合、低価格の製品とする、高いボリュームにおける高品質の製造を可能にする。
【００４４】
このマイクロチャンネルアレイは、取り扱いを容易にするためにカートリッジハウジング（図示せず）の内部に好ましくは配される。これらカートリッジも診断用カートリッジと呼ばれる。このようなカートリッジは一般的に使い捨て可能な、１回限りの使用の品物であり、使用後は捨てられる。しかしながら、使用中、複数のサンプルが連続して分析されることができる。
【００４５】
その上、マイクロ流体デバイスは、流体分析に関連して記載されている。しかしながら、このマイクロ流体デバイスも流体の合成、又は化学合成物からなるパラレル合成、すなわち、ラボオンチップ又はプロセスオンチップ(process-on-a-chip)にも使用されてよい。合成は、例えば生体化学、薬学又は化学材料研究若しくは材料応用のような分野に関心がある。
【００４６】
本発明は、特定の実施例を参照して上述されている。しかしながら、上述した好ましい実施例以外の他の実施例、例えば、上述した以外のマイクロ流体デバイスのチャンネルからなる別の構造、ハードウェア又はソフトウェアにより上記方法を実行すること等も添付される特許請求の範囲内において同様に可能である。
【００４７】
さらに、「有する」という言葉が他の要素又はステップを排除することではないし、複数で記載していないことが複数あることを排除することではなく、単一のプロセッサ又は他のユニットが請求項に列挙される幾つかのユニット又は回路の機能を果たしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】マルチチャンネル分析デバイスを説明する概略図。
【図２】マルチチャンネル分析デバイスにおけるマイクロチャンネルアレイの平坦な断面図。
【図３】例えば空気又は不活性液体のようなフラッシュ流体で満たされ、クロスオーバーチャンネルを持つマルチチャンネルアレイを説明する本発明の実施例の概略図。
【図４】閉じられたクロスオーバーバルブ及び一部がサンプル液体で満たされたマイクロチャンネルを備える図３によるマイクロチャンネルアレイの概略図。
【図５】クロスオーバーチャンネルが空気又は不活性液体を用いてフラッシュされるための開いたクロスオーバーバルブを備える図３によるマルチチャンネルアレイの概略図。
【図６】閉じたクロスオーバーバルブと、マルチチャンネルアレイにおける独立のサンプルプラグとを備える図３によるマルチチャンネルアレイの概略図。
【図７】本発明の方法の実施例のフローチャート。
【図８】本発明のコンピュータ読取可能媒体の実施例の概略図。
【図９】代替の化学アーキテクチャの概略図。
【図１０】代替の化学アーキテクチャの概略図。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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