(57)【要約】本発明は、第１面と第２面と複数の貫通キャピラリチャネルを有した少なくとも１つの領域とを備えてなる基板を通しての、試料流体の流通を制御するためのシステムに関するものである。本発明によるシステムは、基板を受領するためのチャンバを有したハウジング（５）と、基板にわたって圧力差を生成することにより、少なくとも１つの領域のキャピラリチャネルを挿通させて基板の第１面から第２面に向けてまたその逆に第２面から第１面に向けて試料流体を移動させるための、圧力差生成手段（１６，２０）と、を具備している。さらに、キャピラリチャネルを挿通させての試料流体の移動時に、制御された値に圧力差を維持するための維持手段（１９，２２）と、が設けられている。
2004525758.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の流通を制御するためのシステムであるとともに、特に、第１面と第２面と複数の貫通キャピラリチャネルを有した少なくとも１つの領域とを備えてなる基板を通しての、試料流体の流通を制御するためのシステムであって、
前記基板を受領するためのチャンバを有したハウジングと、
前記基板にわたって圧力差を生成することにより、前記少なくとも１つの領域の前記キャピラリチャネルを挿通させて前記第１面から前記第２面に向けてまたその逆に前記第２面から前記第１面に向けて前記試料流体を移動させるための、圧力差生成手段と、
前記キャピラリチャネルを挿通させての前記試料流体の移動時に、制御された値に前記圧力差を維持するための維持手段と、
を具備していることを特徴とするシステム。
【請求項２】
請求項１記載のシステムにおいて、
前記維持手段が、前記圧力差を所望の値に設定するための手段を備えていることを特徴とするシステム。
【請求項３】
請求項１または２記載のシステムにおいて、
前記圧力差生成手段が、前記チャンバの容積を変化させるための容積変化手段を備え、
前記維持手段が、圧力測定デバイスと、前記容積変化手段を駆動するための制御デバイスと、を備えていることを特徴とするシステム。
【請求項４】
請求項１，２，または，３記載のシステムにおいて、
前記維持手段の動作を観測するための観測手段を具備し、
この観測手段が、前記基板にわたっての前記圧力差を変化させ得るよう構成され、これにより、前記基板を通して前記流体が移動され終わったことを前記維持手段の動作が示した時点で前記流体を前記キャピラリチャネルを挿通させて逆向きに移動させ得るようになっていることを特徴とするシステム。
【請求項５】
請求項３または４記載のシステムにおいて、
前記観測手段が、前記維持手段の動作を観測し、
前記維持手段を動作させなくても前記圧力差が一定値となった時点で、前記圧力差を変化させることによって前記流体を逆向きに移動させることを特徴とするシステム。
【請求項６】
請求項３，４，または，５記載のシステムにおいて、
前記容積変化手段が、前記チャンバに対して連通したシリンダピストンアセンブリを備え、
前記制御デバイスが、前記シリンダピストンアセンブリのピストンを駆動することを特徴とするシステム。
【請求項７】
請求項３〜６のいずれか１項に記載のシステムにおいて、
前記容積変化を反転させることによって、前記圧力差を逆向きに変更させることを特徴とするシステム。
【請求項８】
請求項３〜７のいずれか１項に記載のシステムにおいて、
さらに、前記第１面から前記第２面に向けてあるいは逆に前記第２面から前記第１面に向けて前記キャピラリチャネルを挿通させて前記流体を移動させるのに必要な容積変化を測定するための測定手段を具備し、
前記測定手段が、前記キャピラリチャネルを挿通しての前記流体の移動に関しての前記容積変化が変動した場合には、通知を発するように構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項９】
請求項８記載のシステムにおいて、
試料流体の初期容積を入力するための手段を具備し、
前記測定手段が、前記初期容積と前記容積変化とを比較し得るよう構成され、
前記測定手段が、その比較結果に差が発生した場合には、通知を発するように構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項１０】
請求項３〜９のいずれか１項に記載のシステムにおいて、
前記第１面から前記第２面に向けてあるいは逆に前記第２面から前記第１面に向けて前記キャピラリチャネルを挿通させて前記流体を移動させるのに必要な時間を測定するための測定手段を具備し、
この測定手段が、前記流体の流通速度が変動した場合には、通知を発するように構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載のシステムにおいて、
洗浄デバイスを具備し、
この洗浄デバイスが、洗浄流体供給チューブと、洗浄流体排出チューブと、を備え、
この洗浄デバイスが、前記維持手段によって制御されつつ前記チャンバに対して洗浄流体を供給し得るように、および、前記維持手段によって制御されつつ前記チャンバから洗浄流体を排出し得るように、構成されていることを特徴とするシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体の流通を制御するためのシステムに関するものであり、特に、第１表面と第２表面と複数の貫通キャピラリチャネルを有した少なくとも１つの領域とを備えてなる基板を通しての、試料流体の流通を制御するためのシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
このタイプのシステムは、ＰＣＴ／ＵＳ００／２４８８５に記載されている。このシステムにおいては、制御された圧力差を十分な時間にわたって印加し維持するための手段が設けられている。圧力差は、プログラム可能ユニットによって制御することができる。
【特許文献１】
ＰＣＴ／ＵＳ００／２４８８５
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本発明は、このタイプのシステムにおいて、改良されたシステムを提供することを目的としている。
【０００４】
本発明においては、システムは、基板を受領するためのチャンバを有したハウジングと、基板にわたって圧力差を生成することにより、少なくとも１つの領域のキャピラリチャネルを挿通させて基板の第１面から第２面に向けてまたその逆に第２面から第１面に向けて試料流体を移動させるための、圧力差生成手段と、キャピラリチャネルを挿通させての試料流体の移動時に、制御された値に圧力差を維持するための維持手段と、を具備している。
【０００５】
好ましい実施形態においては、圧力差生成手段は、チャンバの容積を変化させるための容積変化手段を備え、維持手段は、圧力測定デバイスと、容積変化手段を駆動するための制御デバイスと、を備えている。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明によるシステムの実施形態により、本発明について説明する。
【０００７】
図１には、図３において斜視図によって例示されているような基板（１）を通しての、試料流体の流通を制御するためのシステムが示されている。この実施形態においては、基板（１）は、ラミネートされたアレイメンブランとして形成されており、上側外面層（２）と、下側外面層（２）と、酸化アルミニウム製の中間介在ストリップと、を有している。双方の外面層（２）には、４つの開口（３）が形成されている。上側外面層（２）の開口（３）と下側外面層（２）の開口（３）とは、それぞれ互いに位置合わせされている。これにより、酸化アルミニウム製ストリップは、４つの領域すなわち４つの井戸（４）において、露出されている。酸化アルミニウム製ストリップは、ストリップの上面および下面に対して略垂直に配向しているかなり多数の貫通キャピラリチャネルを有している。チャネルのキャピラリ圧力は、かなり大きい。基板（１）の実用的な実施形態においては、酸化アルミニウム製ストリップ内の複数のキャピラリチャネルは、およそ１５０〜２００ｎｍという間隔を有することができる。ここで、結合物質が、複数群をなすチャネル内に、２００μｍという間隔で、基板に対して拘束されている。一群をなすチャネルは、ドットまたはドット領域として示すことができる。基板（１）の各領域（４）は、約４００個のドットを有することができる。基板に関してのさらなる説明は、先の国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ００／２４８８５に記載されている。基板の露出領域の数や、ドットの数や、寸法は、例示のためのものに過ぎず、必要に応じて変更することができることは、理解されるであろう。
【０００８】
図１および図２に示すシステムは、ハウジング（５）を備えている。ハウジング（５）は、上側ハウジング部分（６）と、下側ハウジング部分（７）と、を有している。双方のハウジング部分（６，７）は、基板（１）を受領するためのチャンバ（８）を形成している。図２に示すように、基板（１）は、保持デバイス（９）と一緒にチャンバ（８）内に受領される。保持デバイス（９）は、上部構造（１０）と下部構造（１１）とを備えている。双方の構造（１０，１１）には、基板（１）の各領域（４）と位置合わせしつつ、４つの円筒形突出部（１２）が形成されている。保持デバイス（９）は、プラスチック材料から形成されている。保持デバイス（９）は、本出願人による“Device for holding a  substrate”と題する他の特許出願にも記載されている。
【０００９】
チャンバ（８）は、上側および下側ハウジング部分（６，７）内に、それぞれ円筒形チャンバ部分（１３）を有している。各円筒形チャンバ部分（１３）内に、円筒形突出部（１２）が受領されている。上側ハウジング部分（６）内においては、円筒形チャンバ部分（１３）どうしは、チャネル（１４）によって相互連結されている。チャネル（１４）は、円筒形チャンバ部分（１３）とハウジング（５）の外部との間の連通をもたらし、それにより、上側円筒形チャンバ部分（１３）内における雰囲気圧力参照が可能となる。
【００１０】
下側ハウジング部分（７）内においても、また、円筒形チャンバ部分（１３）どうしは、チャネル（１５）によって相互連結されている。この場合、チャネル（１５）は、基板（１）にわたって圧力差を生成するための手段に対して連結されている。図示の実施形態においては、基板（１）にわたって圧力差を生成するための手段は、チャンバ（８）の容積を変化させるための手段として、この場合には、チャンバ（８）のうちの、基板（１）の下側に位置した部分の容積を変化させるための手段として、形成されている。より詳細には、圧力差を生成するための手段は、図１に概略的に示すように、シリンダピストンアセンブリ（１６）として実現されている。図２においては、試料流体（１７）は、保持デバイス（９）の２つの円筒形突出部（１２）内において、概略的に示されている。その結果、基板（１）の対応領域（４）においてのみ、試料流体は、基板（１）のキャピラリチャネルを挿通して流通することができる。シールリング（１８）という手段によって概略的に示されているように、２つの円筒形チャンバ部分（１３）は、チャネル（１５）に対してシールされており、その結果、基板（１）にわたっての圧力差は、試料流体（１７）が存在している領域（４）においてのみ生成される。
【００１１】
基板（１）のキャピラリチャネルを挿通しての試料流体（１７）の移動時には、試料流体内の物質を、キャピラリチャネル内の結合物質によって拘束することができる。試験結果どうしを相互に比較可能とするためには、キャピラリチャネルを挿通しての試料流体の移動に要する時間を正確に制御することが重要である。この移動時間を正確に制御するために、図１に示すシステムには、キャピラリチャネルを挿通しての試料流体（１７）の移動時に、基板にわたっての圧力差を、制御された値に維持するための手段（１９）が設けられている。一般に、そのような手段（１９）は、プログラム可能な処理ユニットによって実現される。好ましくは、試料流体の移動時には、圧力差は、一定値に維持される。試料流体（１７）が基板（１）のキャピラリチャネルを挿通して移動する時間を決定するために、処理ユニット（１９）は、所望の圧力差を設定するための手段を備えている。
【００１２】
上述したように、基板（１）の上面から下面へと試料流体（１７）を移動させるために基板にわたっての圧力差を生成するための手段は、シリンダピストンアセンブリ（１６）として実現されており、このシリンダピストンアセンブリ（１６）は、アクチュエータ（２１）として概略的に示されている手段によって可動とされたピストン（２０）を、有している。アクチュエータ（２１）すなわち制御部材は、圧力測定デバイス（２２）として概略的に示されている手段によって測定されたチャンバ（８）内に圧力に応じて、処理ユニット（１９）によって制御される。分析の開始時点において、試料流体（１７）が上側円筒形突出部（１２）内に位置していると仮定すれば、処理ユニット（１９）は、チャンバ（８）内において基板（１）の下側において大気圧よりも小さな圧力を生成することによって、、基板（１）にわたっての圧力差の生成を開始する。この圧力差は、試料流体（１７）を、基板（１）のキャピラリチャネルを挿通させて移動させる。これにより、試料流体（１７）は、下部構造（１１）の下側円筒形突出部（１２）に向けて、徐々に移動することとなる。これにより、チャンバ（８）内においては、基板（１）の下側において圧力が上昇する。この圧力上昇は、測定デバイス（２２）によって測定される。処理ユニット（１９）がこの圧力上昇を認識することにより、処理ユニット（１９）は、アクチュエータ（２１）を駆動してピストン（２０）を変位させ、圧力差を一定値に維持する。このようにして、試料流体（１７）は、正確に決定された時間でもって、基板（１）のキャピラリチャネルを挿通して移動する。
【００１３】
一般に、試料流体（１７）は、基板（１）のキャピラリチャネル内の結合物質による十分な結合作用を可能とし得るよう、基板（１）のキャピラリチャネルを挿通して、多数回にわたって移動すべきである。分析に要する全体時間を低減するためには、キャピラリチャネルを通して試料流体を逆向き移動させるのに要する時間を低減することが、重要である。本発明によるシステムにおいては、逆向き移動に要する時間は、圧力差を一定値に維持するための処理ユニット（１９）の動作を観測することによって、低減される。処理ユニットが、圧力差を一定値に維持するためのアクチュエータ（２１）の動作を停止させるとすぐに、基板にわたっての圧力差は、基板（１）の下面から上面に向けてキャピラリチャネルを挿通して試料流体（１７）が逆向きに移動するように、即座に変更される。ここで、ピストン（２０）を一切変位させなくても圧力差が一定に維持される時点が、基板（１）のキャピラリチャネルを挿通して試料流体（１７）が完全に移動し終わったことを示す時点である。圧力差を変更するためには、アクチュエータ（２１）によって逆向きにピストン（２０）を変位させる。これにより、試料流体（１７）が、基板（１）の上面に向けて移動する。よって、基板（１）の下側におけるチャンバ（８）の圧力が、減少し、この圧力減少が、測定デバイス（２）によって測定される。処理ユニット（１９）は、アクチュエータ（２１）を駆動してピストン（２０）を変位させ、圧力差を一定値に維持する。このようにして、試料流体（１７）を、最短の時間でもって、基板（１）のキャピラリチャネルを挿通して逆向きに移動させることができる。
【００１４】
基板（１）のキャピラリチャネルを挿通して試料流体（１７）を移動させるのに必要な圧力差が、基板（１）のキャピラリチャネルのキャピラリ圧力よりもずっと小さいことに注意されたい。そのため、試料流体（１７）がキャピラリチャネルを挿通して完全に移動し終わったときに基板（１）の上面や下面から試料流体（１７）が押し出されることが、防止される。
【００１５】
本発明によるシステムにおいては、処理ユニット（１９）は、上面から下面に向けてまた逆に下面から上面に向けてキャピラリチャネルを完全に挿通させて試料流体（１７）を移動させるのに必要な容積変化を測定し得るよう構成されている。この容積変化は、例えば、ピストン（２０）の変位を測定することによって、測定することができる。この容積変化は、システムのすべての移動ステップに対して一定であるべきである。すなわち、上面から下面に向けてまた逆に下面から上面に向けて試料流体（１７）が移動する各時間が、一定であるべきである。試料流体を完全に移動させるのに必要な容積変化が変動した場合には、この変動は、システム内のどこかにリークが存在することの兆候である。この場合には、操作者は、システムをチェックすべきである。処理ユニット（１９）は、容積変化の変動を操作者に対して知らせるための警告を発することができる。
【００１６】
また、処理ユニット（１９）は、基板（１）のキャピラリチャネルを挿通させて試料流体を完全に移動させるのに必要な容積変化を測定することができ、これにより、この容積変化を、円筒形突出部（１２）内に配置された試料流体（１７）の初期容積と比較することができる。この初期容積は、処理ユニット（１９）に対しての入力として供給することができる。変形例においては、処理ユニット（１９）を使用することによって、分析を行うために円筒形突出部（１２）内の所定初期容積自動的に供給することができる。初期容積と所望容積変化との間の差が測定された場合、このこともまた、システム内にリークが存在することの兆候である。この差は、処理ユニット（１９）によって、使用者に対して知らせることができる。
【００１７】
上記システムのさらなる利点は、処理ユニット（１９）が、基板（１）のキャピラリチャネルを挿通して試料流体を移動させるのに必要な時間を測定し得ることである。すなわち、流速を測定し得ることである。この時間があるいは流速が変化した場合、それは、キャピラリチャネルの少なくとも一部において、エアバブルまたは汚染物が存在していることの兆候である。基板の流通抵抗および流体を移動させるために使用される圧力が既知であることにより、処理ユニット（１９）は、流速および／または基板を通して所定量の試料流体を移動させるのに必要な時間を決定することができる。予測される時間や予測される流速からのズレを、エラー状況の兆候として使用することができる。
【００１８】
上記システムは、基板（１）のキャピラリチャネルをクリーニングするための洗浄操作を簡単に行うことができるという利点を有している。図４に示すようにして、洗浄デバイス（２３）が、ハウジング（５）の上面上に通常的に配置されている上側ガラスカバー（２４）（図２）を取り外した後に、ハウジング（５）の上面上に配置される。ガラスカバーは、キャピラリチャネルを挿通しての試料流体（７）の移動時には、基板領域（４）の上面を直接的に目視観測することを可能とする。洗浄デバイス（２３）には、洗浄流体供給チューブ（２５）と、洗浄流体排出チューブ（２６）と、が設けられている。洗浄は、プログラム可能な態様で、行われる。例えば、洗浄流体を、基板（１）の上面上に供給することができる。洗浄流体を、複数回にわたって、基板（１）のキャピラリチャネルを挿通させて移動させることができる。その後、洗浄流体を排出することができる。洗浄流体の排出は、例えば、供給時の流速よりもわずかに速い速度で、連続流的に行うことができる。処理ユニット（１９）が基板（１）の下側において正圧を生成したときには、洗浄流体は、基板（１）の上面上に滞在することとなる。基板（１）の下側に負圧を生成することにより、洗浄流体は、試料流体に関して上述したのと同様にして、基板（１）の下面側へと基板（１）のキャピラリチャネルを挿通して移動する。圧力差を反転させることにより、洗浄流体を、再度、基板（１）の上面側へと戻すことができる。このようにして、基板のキャピラリチャネルを、効果的にクリーニングすることができる。チャネル（１５）の汚染は、洗浄流体が基板（１）の下面から押し出されないことにより、防止される。洗浄デバイスは、概略的に示されているチューブ（２７）を介して、図示しない洗浄流体源へと接続される。洗浄操作は、処理ユニット（１９）によって制御される。
【００１９】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内において様々に変形することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明によるシステムの一実施形態を概略的に示す図である。
【図２】図１のシステムにおけるハウジングを示す断面図であって、基板がハウジング内に収容されている。
【図３】図２において断面図によって示されている基板の一例を示す斜視図である。
【図４】図２のハウジングを示す断面図であって、ハウジング上には、洗浄デバイスが配置されている。
【符号の説明】
【００２１】
１  基板
４  領域
５  ハウジング
８  チャンバ
１６  シリンダピストンアセンブリ（圧力差生成手段、容積変化手段）
１７  試料流体
１９  処理ユニット（維持手段、制御デバイス）
２０  ピストン（圧力差生成手段）
２１  アクチュエータ
２２  圧力測定デバイス（維持手段、測定手段）
２３  洗浄デバイス
２５  洗浄流体供給チューブ
２６  洗浄流体排出チューブ
【国際公開パンフレット】
2004525758.tif 000003
2004525758.tif 000004
2004525758.tif 000005
2004525758.tif 000006
2004525758.tif 000007
2004525758.tif 000008
2004525758.tif 000009
2004525758.tif 000010
2004525758.tif 000011
2004525758.tif 000012
2004525758.tif 000013
2004525758.tif 000014
2004525758.tif 000015
2004525758.tif 000016
2004525758.tif 000017
【国際調査報告】
2004525758.tif 000018
2004525758.tif 000019