(57)【要約】  本発明は、流体が通過できるチャンバーを含む、流体からバブルを分離するための装置および方法に関する。本発明によれば、この装置は、内側チャンバー壁が、前記チャンバー内部に連続流および、不連続流を持つ少なくともひとつの領域を発生して、不連続流の領域において、前記内側チャンバー壁にバブルを保持し、かくして、前記チャンバーから流出する流体から分離する幾何学形態を有する。
2017523435.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体試料からバブルを分離するための方法であって、以下の：
ａ）流体試料を、分析装置に接続されたバブルトラップを通して送液する工程；
ｂ）前記バブルトラップにおいて、試料の連続流および、不連続流を持つ少なくともひとつの領域を形成する工程；および
ｃ）不連続流の領域において、バブルトラップの内壁にバブルを吸着させることによって、バブルトラップから流れ出る試料からバブルを保持する工程
を含む方法。
【請求項２】
チャンバー内部の流れが、高流速を持つ少なくともひとつの領域および低流速を持つ少なくともひとつの領域を包含する異なる流速の領域を発生させる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
連続流が高流速を持つ領域を含み、不連続流が低流速を持つ領域を含む、前記請求項のいずれか１に記載の方法。
【請求項４】
不連続流における流速の低減が、内壁に対するバブルの吸着力がバブルを流出流に引き込む力よりも高いようなレベルに達する、前記請求項のいずれか１に記載の方法。
【請求項５】
連続流の流速と不連続流の流速との比が、少なくとも２:１、好ましくは少なくとも５:１、より好ましくは少なくとも１０:１、より好ましくは少なくとも１５:１、より好ましくは少なくとも２５:１、さらにより好ましくは少なくとも３５:１、および最も好ましくは少なくとも５０:１である、前記請求項のいずれか１に記載の方法。
【請求項６】
高流速の領域および低流速を持つ少なくともひとつの領域が互いに隣接する、前記請求項のいずれか１に記載の方法。
【請求項７】
高流速が、少なくとも５ｍｍ／ｓ、好ましくは少なくとも１０ｍｍ／ｓ、および最も好ましくは少なくとも２０ｍｍ／ｓである、前記請求項のいずれか１に記載の方法。
【請求項８】
低流速が、５ｍｍ／ｓ以下、好ましくは１ｍｍ／ｓ以下、および最も好ましくは０.５ｍｍ／ｓ以下である、前記請求項のいずれか１に記載の方法。
【請求項９】
不連続流がカオス流または乱流を含む、前記請求項のいずれか１に記載の方法。
【請求項１０】
不連続流が少なくともひとつの死水の領域を含む、前記請求項のいずれか１に記載の方法。
【請求項１１】
速度Δvにおける差異が距離Δxで得られ、それから導出される、速度の差異と距離の差異との比率Δv/Δxが１０ｍｍ／ｓ−１／ｍｍと２０ｍｍ／ｓ−１／ｍｍとの間の領域にある、前記請求項のいずれか１に記載の方法。
【請求項１２】
チャンバー(１)、求心性導管(２)および、前記チャンバー(１)を通して流体を導く遠心性導管(３)を含む、流体からバブルを分離するための装置であって、
内側チャンバー壁が、前記チャンバー(１)の内部で、連続流および、不連続流を持つ少なくともひとつの領域を発生し、不連続流の領域において、バブルを内側チャンバー壁に保持し、かくして、チャンバー(１)から流れ出る流体から分離される幾何学形態を有する、装置。
【請求項１３】
チャンバーが、平面図において、少なくともひとつの円形状を含み、前記少なくともひとつの円形状が０.５から２ｍｍの半径を有する、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
チャンバーの内壁が、求心性導管から出発して、少なくともひとつの凸状膨隆を有する、請求項１２に記載の装置。
【請求項１５】
チャンバーが、三次元図において、非直線体に基づく少なくともひとつの区域を含む、請求項１２に記載の装置。
【請求項１６】
連続流に直交する断面図において、チャンバー直径とチャンネル直径との比が、少なくとも４:１、より好ましくは少なくとも５:１、より好ましくは少なくとも６:１および最も好ましくは少なくとも７:１である、請求項１２に記載の装置。
【請求項１７】
チャンバーがラボ・オン・チップシステムの一部である、請求項１２に記載の装置。
【請求項１８】
装置が使い捨てである、請求項１２に記載の装置。
【請求項１９】
流体からバブルを分離するためのチャンバーの使用であって、内側チャンバー壁が、前記チャンバー内部に連続流および、不連続流を持つ少なくともひとつの領域を発生して、不連続流の領域において、前記内側チャンバー壁にバブルを保持し、かくして、前記チャンバーから流出する流体から分離する幾何学形態を有する、チャンバーの使用。
【請求項２０】
チャンバー、前記チャンバーを通して流体を導く求心性導管および遠心性導管を含む流体システム、特に、マイクロ流体システムであって、内側チャンバー壁が、前記チャンバー内部に連続流および、不連続流を持つ少なくともひとつの領域を発生して、不連続流の領域において、前記内側チャンバー壁にバブルを保持し、かくして、前記チャンバーから流出する流体から分離する幾何学形態を有する、システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に流体システム内、より特別には、マイクロ流体システム内の流体からバブルを分離するための装置および方法に関する。本発明は、さらに、ポイント・オブ・ケアのアプリケーションに適した「ラボ・オン・チップ」(LOC)テクノロジーの分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
ポイント・オブ・ケア検査 (POCT)は、患者身辺研究室診断、すなわち、中央研究所ではなく、例えば、病院内での担当医の実務において、または薬局内で行われる診断を意味する。POCTは、また、家で、または、救急車内でも可能である。広義には、POCTは、食品および環境分析におけるような、他のアプリケーション分野でも、分析法として用いることができる。
【０００３】
POC検査用の装置は、しばしば、マイクロテクニカルシステム、特にラボ・オン・チップシステムに基づく。ラボ-オンチップ（LOC; またはマイクロチップ）は、ひとつまたはいくつかの研究室機能を単一装置、例えば、チップ上に統合する。典型的に、LOCシステムは、マイクロ流体システムを表し、それは、マイクロリットル、さらにはピコリットル未満にまで低減した流体体積が直径数ナノメートルまたはマイクロメートルのチャンネル内で、移動、反応、測定等されることを意味する。
【０００４】
マイクロ流体システムにおいて、流体内部でのバブル形成は、大きな懸念を構築する。バブルは、流体の流れ特性に影響を与え、例えば、部分的または完全に導管を閉塞するか、または、様々なやり方で、流体の測定、例えば、流体体積の定量または散乱効果による試料の光学評価などの精度を妨害する。
【０００５】
流体内部でのバブル形成は、気体成分、例えば、その中に溶解している酸素または窒素によるものである。しばしば、LOCに用いられる試料、試薬等は、使用するまで低温で貯蔵される。そして、測定直前に加温される。温度が上昇するにつれ、試料に溶解する気体成分の飽和溶解度が減少し、気泡が発生する。さらに、例示として、沸点以上に水を加熱することによって、または、フリーズドライしたまたは凍結乾燥した試薬の溶解によって、気泡が発生する。フリーズドライ試薬による気泡の発生は、これらの試薬の多孔質構造に空気が含まれることに起因する。空気は、溶解した後も、流体中バブルとしてとどまる。
【０００６】
これらのバブルがLOCシステムにおける測定をいかにして妨害しないようにするかという様々な解決法が提案されてきた。ひとつの可能性は流体からバブルを除去するか、それらをLOCの異なる領域にとどめ、それによって、光学系や電極のような敏感なエレメントにバブルが接触することを回避することである。そのような手段は、当業者に「バブルトラップ」として知られている。
【０００７】
複雑なバブルトラップがEP １ ８５５ １１４ A１に記載されている。このバブルトラップは、マイクロチャンネルの内表面に配置される。トラップされたバブルは、互いに接触し、大きなバブルに成長しがちである。さらに、EP １ ８５５ １１４ A１は、液体流に存在するバブルのみならず、マイクロチャネルに存在し、液体によって押し出されず、かつ、マイクロチャネルの内表面の一部にバブルの代わりにとどまる一部の気体も捕捉するバブルトラップに言及する。これらのバブルは、マイクロチャンネルの内表面の一部にすでに存在し、液体に存在するバブルを吸着することによって容易に大きくなる。当該バブルトラップは、しかしながら、バブルがつぶれ、それで大きなバブルが形成されることを要求する。大きなバブルの形成はエネルギー的に好ましい。すなわち、小さなバブルはつぶれて大きなバブルになってそれらの表面積を減じようとする。その結果、このシステムは、流体がマイクロ流体システム内で用いられ、安定な泡を発生するとき、すなわち、小さなバブルが合体して大きなものにはならないが、複数の小さなバブルで保持されるときには、制限がある。典型的に、流体が界面活性剤を含有すると、そのような泡が形成される。界面活性剤は気体と流体との間の表面張力を低減するので、バブルは安定化されて合体しない。EP １ ８５５ １１４ A１に開示されたバブルトラップは、基本的に目立たないバブルが合体して大きなバブルになることに依拠し、かくして、限定された効果しか有さない。
【０００８】
したがって、本発明は、流体が有効量の界面活性剤を含有していても、流体からのバブルの向上した分離を可能とするバブルトラップを提供することを目的とする。
【発明の概要】
【０００９】
この目的は、請求項１に記載のバブルトラップおよび流体システム、特に、このバブルトラップを含むラボ・オン・チップシステムによって解決される。本発明の好ましい具体例は、各従属項に対応する。さらに、流体からの簡便かつ安価な気泡分離を可能とする方法が示唆される。
【００１０】
本発明によれば、流体からの気泡の分離のための装置（バブルトラップ）が提供され、それは、チャンバーおよび、流体をそのチャンバーに、およびチャンバーから導く導管（各々、求心性および遠心性導管）を含み、チャンバーの内壁の幾何学形態は、連続流が、チャンバーおよび、不連続流を持つ少なくともひとつの領域内で発生して、バブルがチャンバー内壁にてこの領域にとどまり、かくして、チャンバーから流出する流体から分離されるように設計されている。
【００１１】
本発明によれば、不連続流における流速（速さ）の低減は、内壁に対するバブルの吸着力がバブルを流出流に引き込む力よりも高いようなレベルに達するべきである。これらの状況下、流体中の少なくとも一部のバブル、好ましくは少なくとも大多数のバブルは、チャンバーの内壁に少なくともある一定時間とどまるが、流体は流れ続けて、そしてチャンバーから出ていく。それで、バブルは流出流から分離される。それゆえ、本発明の文脈において、バブルの分離は、チャンバーを通るバブルの流れのなんらかの少なくとも一時的な不連続を意味する。
【００１２】
連続流と対比して不連続流における必要な減速は、とりわけ、流体および気体成分の性質、ならびに、チャンバーの内壁の表面構造および材質に依存し得る。当業者は、しかしながら、規定手段を用いて連続流と対比して不連続流における最も効果的な減速を同定し、また、その手段を用いて所望の減速に到達することができる。
【００１３】
その幾何学形態で、本発明によるチャンバーは、層流を持つ少なくともひとつの領域と、カオス流を持つ少なくともひとつの領域とを発生し得る。本発明に関する用語「カオス流」は、複雑な層流、カオス層流または乱流でさえ包含する。好ましくは、不連続流はカオス流を含み、連続流は層状である。カオス流の領域内では、「死水」の少なくともひとつの領域または空間領域（容積）が発生し、そこでは、流体の流れがほとんど静止状態まで減速する。好ましくは、「死水」の領域は、高速の連続流に隣接する。好ましくは、「死水」の領域は、チャンバーの内壁に隣接する。高速の連続流に隣接する低速の少なくともひとつの領域（「死水」の領域）の発生は、バブルをこれらの領域に向かわせ、また、これらの領域が内壁に隣接（好ましくは、接触）する場合、バブルが内壁にとどまることを可能とする。
【００１４】
チャンバーが、求心性および／または遠心性導管、好ましくは求心性導管の断面を超える少なくともひとつの断面を含むならば、チャンバー内で、不連続流および／またはカオス流を持つ少なくともひとつの領域が、好ましく得られる。チャンバーは、好ましくは、２以上の一連の異なる断面を含む。本発明の文脈において、断面は、連続流に直交する断面を意味する。
【００１５】
平面図において、チャンバーは、好ましくは、少なくともひとつの非直線区域を含む境界（内壁、好ましくは側面壁または横壁）を持つ少なくともひとつの平面を含む。この具体例において、それゆえ、この平面は、好ましくは、曲線（曲率）を持つ少なくともひとつの区域を含む。好ましくは、求心性および／または遠心性導管は、この少なくともひとつの平面を共有する。チャンバーを通り延在し、求心性および遠心性導管を連結する連結線は、直線、曲線またはポリゴナルスプライン (a polygonal spline)であり得る。平面図において、チャンバーは、一連の異なる平面を含み、それは、サイズおよび／または形状において異なっていてよい。しかしながら、チャンバーは、同一平面の平面図に対して直交して延在し得る。
【００１６】
本発明によれば、チャンバーの少なくともひとつの区域は、特にボウル状、円錐状、シリンダー状、円環状またはそれらの組合せに基づく複雑な三次元幾何学形態を有し得る。好ましい具体例において、チャンバーは、この区域内の連続流で表される軸に関して非対称幾何学形態を持つ少なくともひとつの区域を含む。別の好ましい具体例において、チャンバーは、この区域内の連続流で表される軸に関して対称幾何学形態を持つ少なくともひとつの区域を含む。
【００１７】
本発明による装置は、流体システム、格別にはマイクロ流体システムにおけるバブルトラップとして特に適している。それゆえ、本発明のひとつの局面は、本発明によるバブルトラップを含むマイクロ流体システムである。このシステムは、好ましくは、使用準備済み (ready-to-use)システムであり、すなわち、試料分析に必要な少なくともひとつのまたはすべての試薬で予備充填される。特別な具体例において、これらの試薬のうち少なくともひとつは、界面活性剤（surface active substance (surfactant)）であり、特にアルブミンまたは酵素、特にDNAポリメラーゼのようなたんぱく質である。特別な具体例において、いくつかのまたはすべての試薬がPCR (ポリメラーゼ連鎖反応)またはリアルタイムPCRに必要な試薬であり、それらの試薬のひとつが界面活性剤である。
【００１８】
好ましくは、使用準備済み装置は凍結乾燥物を含有する。
【００１９】
マイクロ流体システムは、特に使用準備済み-システムとして提供されるとき、好ましくは使い捨てであり、すなわち使用後に廃棄される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
本発明のさらなる詳細を、図面に示す特定の具体例を参照して説明する。
【００２１】
【図１】本発明による装置の第１の具体例を示し、図１ａは平面図であり、図１ｂは透視図である。
【図２】本発明による装置の第２の具体例の平面図を示す。
【図３】図２の装置の異なる幾何学形態の平面図を示す。
【図４】ラップ・オン・チップシステム上に配置された図１および図２の装置を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
上記概略のように、本発明のひとつの局面によれば、連続流を持つ少なくともひとつの領域および不連続流を持つ少なくともひとつの領域を持つ流体流を発生する幾何学形態を含むチャンバーが提供される。本発明のこの局面によれば、チャンバー幾何学形態は、それゆえ、層流を持つ少なくともひとつの領域およびカオス流を持つ少なくともひとつの領域を発生する。チャンバー内の流速は変化し得る。
【００２３】
本発明の文脈において、チャンバーは流体システム内のなんらかの空洞であって、その内壁は、連続流に対して直交する少なくともひとつの寸法を含み、それはこの方向の求心性導管の各延在に対してより大きい。
【００２４】
本発明によれば、用語「連続流」は、失速を含まない流れとして定義される。本発明によれば、用語「不連続流」は、好ましくは、チャンバーの幾何学形態によって生じたカオス流により発生した失速を含む流れとして定義される。失速（「死水」の空間領域）は、好ましくは、内壁に接する。
【００２５】
チャンバーの幾何学形態は、好ましくは、異なる流速の領域、特に高流速を持つ少なくともひとつの領域および低流速を持つ少なくともひとつの領域を発生する。好ましくは、連続流は高流速を持つ領域を含み、不連続流は低流速を持つ領域を含み、それは、好ましくは、チャンバーの内壁の近傍にあるか内壁に接している。
【００２６】
本発明のひとつの特別な具体例において、連続流の流速と不連続流の流速との比は、少なくとも２対１、好ましくは少なくとも５：１、より好ましくは少なくとも１０：１、より好ましくは少なくとも１５：１、より好ましくは少なくとも２５：１、さらにより好ましくは少なくとも３５：１および最も好ましくは少なくとも５０：１である。
【００２７】
特別な具体例において、連続流の流速は、約１ｍｍ／ｓと約２０ｍｍ／ｓとの間の範囲である。連続流の速度は、水系流体に関して、少なくとも１ｍｍ／ｓ、より好ましくは少なくとも５ｍｍ／ｓ、さらにより好ましくは少なくとも７ｍｍ／ｓおよび最も好ましくは少なくとも１０ｍｍ／ｓである。最大流速は、好ましくは、２５ｍｍ／ｓである。不連続流の流速は、１ｍｍ／ｓ以下、好ましくは０.７ｍｍ／ｓ以下、および最も好ましくは０.５ｍｍ／ｓ以下であり得る。最も好ましい具体例において、不連続流の流速は、およそ０ｍｍ／ｓであるか、または０ｍｍ／ｓでさえある。好ましくは、高低の流速のそのような領域は互いに隣接している。この文脈において、用語「隣接している」は、速度Δvにおける差異が距離Δxで得られ、それから導出されるΔv/Δxが、５ｍｍ／ｓ−１／ｍｍと２５ｍｍ／ｓ−１／ｍｍとの間の領域にあり、好ましくは１０ｍｍ／ｓ−１／ｍｍと２０ｍｍ／ｓ−１／ｍｍとの間の領域にあり、および最も好ましくは１２ｍｍ／ｓ−１／ｍｍと１５ｍｍ／ｓ−１／ｍｍとの間の領域にあることを意味する。
【００２８】
本発明のひとつの具体例において、チャンバー全体に対して、それぞれ不連続流または低流速を持つチャンバー内の少なくともひとつの領域のパーセントサイズは、少なくとも１％、好ましくは少なくとも５％、より好ましくは少なくとも１０％、および最も好ましくは少なくとも２０％である。
【００２９】
本発明のなお別の局面において、チャンバーの入口および出口それぞれでの求心性または遠心性導管、特に求心性導管の断面積とチャンバーの最大断面積との比は、少なくとも１:２、好ましくは少なくとも１:１０、より好ましくは少なくとも１:２５、さらにより好ましくは少なくとも１:５０である。好ましくは、チャンバー幾何学形態は、少なくとも２、好ましくは少なくとも５、より好ましくは少なくとも１０の一連の異なる断面を含む。チャンバーの一連の変化する断面は異なる流速の発生および、それによる連続／不連続流の形成をサポートする。
【００３０】
チャンバーの断面積は、いずれの形状、例えば、正方形、台形、長方形、多角形、円形、楕円形またはそれらのいかなる組合せも有することができる。用語「円形」は、曲線境界を有する全ての形状、特に、円、卵型（楕円)、双曲線形状ならびに放物線形状を含む。
【００３１】
チャンバーの導管、特に求心性および／または遠心性導管は、好ましくは、マイクロチャンネルである。マイクロチャンネルは、５ｍｍ未満、好ましくは３ｍｍ未満、最も好ましくは１ｍｍ未満の断面直径を持つチャンネルである。
【００３２】
導管の断面サイズおよび形状にはなんら制限はない。導管の断面積は、例えば、約０.０１ｍｍ２から約４.０ｍｍ２、好ましくは約０.１５ｍｍ２から約１.５ｍｍ２、最も好ましくは約０.２ｍｍ２から約０.７ｍｍ２である。導管は、均一な断面形状および／またはサイズを有することができるが、その形状およびサイズも変化することがある。
【００３３】
本発明によるチャンバーは、少なくともひとつの平面図において、少なくともひとつの非直線区域を含む境界を持つひとつの平面を含む。非直線は、例えば、円形または楕円形である。非直線区域は、少なくとも円、湾曲または円弧、凸状膨隆、凹状膨隆などの区域でありえる。
【００３４】
チャンバーの平面図の非直線区域は、円形状、特に、円もしくは卵型、またはいずれかの他の非直線形状またはそれらの組合せに基づく。好ましくは、非直線区域は非直線形状から構成される。非直線形状「から構成される」図形は、この図形が並んでかまたは重複してかのいずれかで(either side by side or overlapping)、非直線形状によって構築（記述）され得ることを意味する。しかしながら、求心性および／または遠心性導管の領域において、チャンバーの平面図は直線区域を含むことができる。
【００３５】
好ましい具体例において、求心性導管に隣接するチャンバーの内壁は、求心性導管に対して９０°より小さな角度を含み得る。この幾何学形態は、チャンバーの入口にて不連続性を与え、そこを介して「死水」領域を持つ不連続流が得られる。
【００３６】
チャンバーの少なくともひとつの平面図は非直線および直線区域から構成され得る。特に好ましい具体例において、平面図は非直線区域から構成される。本発明の特定の具体例において、チャンバーは、非直線区域を持つ平面のみを含み、すなわち、チャンバーの全ての面は非直線区域のみから構成される。
【００３７】
平面幾何学形態を記述するのに円が適していれば（並んでまたは重複してのいずれか、上記）、複数の円は同一半径または異なる半径のいずれかを有し得る。好ましい具体例において、円の半径は、１０ｍｍ未満、好ましくは５ｍｍ未満、最も好ましくは０.５ｍｍから１.７ｍｍである。
【００３８】
本発明の好ましい具体例において、少なくとも２つの重複する円形状、特に円は、チャンバーの非直線区域の少なくともひとつの面を記述する。ひとつの円形状と別の円形状との中心間の距離は、０.１ｍｍから２ｍｍ、好ましくは０.３ｍｍから１.５ｍｍ、より好ましくは０.３ｍｍから１ｍｍである。２を超える円形状を用いることができるのであれば、各円の中心間の距離は同一でも異なってもよい。
【００３９】
円形状、特に円の中心は、チャンバーの求心性および遠心性導管の間に延在する軸またはチャネル上に一致する。しかしながら、本発明の好ましい具体例において、円形状の中心は、このチャネルの外側にある。円の中心と軸間の距離は２ｍｍ以下、特に０.１ｍｍから１.５ｍｍの間、より特別には、０.１ｍｍと１ｍｍとの間である得る。
【００４０】
チャンバーの平面図において、円形状（もしくは複数の円形状）または円状区域は、チャンバーの片側または両側に延在し得る。円形状（もしくは複数の円形状）は、求心性および遠心性導管の間に延びる軸に対して非対称または対称に配置し得る。好ましくは、円形状または、それぞれ、複数の形状は非対称に配置し得る。別の好ましい具体例において、円形状または、それぞれ、複数の形状は対称に配置し得る。
【００４１】
本発明の別の局面において、チャンバーの少なくともひとつの区域は三次元幾何学形態を有し得、それは非直線（すなわち曲線）三次元体に基づく。好ましくは、それらは、ボウル状、円錐状、シリンダー状、円環状など、またはそれらの組合せのような非四面体を表す。好ましくは、異なる直径を持つ２以上の円環から構成される体が好ましい。別の好ましい具体例は、ボウル状から構成される区域である。これらのリングまたはボウルは重複し得る。最も好ましい具体例において、チャンバーはシリンダーに基づく。シリンダーは、好ましくは、不規則形状を有する。
【００４２】
最も好ましくは、チャンバーの三次元幾何学形態は、２以上、特に３以上、より特別には５以上の、円形断面を持つ隣接するシリンダーに基づく。これらのシリンダーは、異なる容積または同一の容積を有し得；好ましくは、それらは同一の容積を有する。シリンダーは、重複しても、並んで配置されていてもよく；好ましくは、それらは重複する。シリンダーは、好ましい具体例において求心性から遠心性導管まで延在する軸に対して非対称に配置し得る。別の好ましい具体例において、シリンダーは、求心性から遠心性導管まで延在する軸に対して対称に配置し得る。平面図において、シリンダーは、軸の両側に配置することができる。
【００４３】
チャンバーの容積は１５０ｍｍ３以下、好ましくは７０ｍｍ３以下、および最も好ましくは２５ｍｍ３以下である。最も好ましい具体例において、チャンバーの容積は、５ｍｍ３から２５ｍｍ３であり得る。
【００４４】
本発明のなお別の局面において、流体システム、格別にはマイクロ流体システム、特にラボ・オン・チップ (LOC)システムが提供され、それは上記チャンバーを含む。ひとつの具体例において、LOCは、試料分析に必要とされる少なくともひとつのまたは全ての試薬で予備充填され得る。好ましくは、これらの試薬の少なくともひとつは、界面活性剤、すなわち、アルブミンまたは、DNAポリメラーゼのような酵素のようなタンパク質である。より好ましくは、これらの試薬を用いて、PCR反応を行う。好ましくは、チャンバーは、試薬、特に、凍結乾燥試薬で予備充填される。
【００４５】
本発明によれば、用語「凍結乾燥物」または「凍結乾燥試薬」は凍結乾燥の生成物である。凍結乾燥物の溶解過程は、しばしば、バブルの形成を引き起こす。特に、凍結乾燥物の溶解過程は、その凍結乾燥物が少なくともひとつの界面活性剤を含有するとき、しばしば、安定した泡の形成を引き起こす。
【００４６】
本発明によるチャンバーは、ミリング、レーザー処理、キャスティング、リソグラフ印刷、３Ｄプリンティング、射出成形、接合技術／方法、超音波溶接、UV接着、溶剤接合などによって製造し得る。さらに、本発明によるチャンバーは、PET (ポリエチレンテレフタレート)、PDMS (ポリジメチルシロキサン)、PMMA (ポリメチルメタクリレート)、PC (ポリカーボネート)、PEEK (ポリエーテルエーテルケトン)、PP (ポリプロピレン)、PS (ポリスチレン)、PVC (塩化ポリビニル)、ポリシロキサン、アリルエステル樹脂、シクロオレフィンポリマー、シリコーンゴムその他の有機化合物、ならびに、ケイ素、酸化ケイ素フィルム、石英、ガラス、セラミックその他の無機化合物よりなる群から選択される材質で作製し得る。
【００４７】
別の特別の具体例において、本発明によるバブルトラップは、流体からバブルを分離するために、例えば、電流、電圧、加圧などの外部動力を必要としない。それゆえ、本発明によるバブルトラップは「受動的」である。
【００４８】
本発明のなお別の局面において、本発明による流体試料からバブルを分離するための方法が提供される。この方法は、分析装置に接続されたバブルトラップを通して試料を移送する工程を含み、試料の連続流および、不連続流を持つ少なくともひとつの領域（好ましくは、死水の領域を含む）がバブルトラップ内で形成され、バブルはバブルトラップを流れ出る試料から保持され、バブルは、不連続流の領域内のバブルトラップの内壁に吸着される。好ましい具体例において、この方法は、試料を、ラボ・オン・チップシステムの一部分であるカートリッジに接触させる工程を含むことができる。特別には、上記装置を用いてこの方法を行い得る。
【００４９】
本発明による方法は、さらに、チャンバー内部の流れが異なる流速の領域、特に高流速を持つ少なくともひとつの領域および低流速を持つ少なくともひとつの領域を発生することを特徴とする。好ましくは、連続流が高流速を持つ領域を含み、不連続流が低流速を持つ領域を含み、それは、好ましくは、チャンバーの内壁に隣接するか、チャンバーに接触する。好ましい具体例において、高流速の領域と低速流を持つ少なくともひとつの領域とは互いに隣接する。
【００５０】
本発明の方法によれば、不連続流における流速（速さ）の低減は、内壁に対するバブルの吸着力がバブルを流出流に引き込む力よりも高いようなレベルに達するべきである。これらの状況下、流体中の少なくとも一部のバブル、好ましくは、流体中の少なくとも大部分のバブルは、流体が流れ続けてチャンバーから流れ出ても、チャンバーの内壁に少なくとも一定時間とどまる。これにより、バブルは流出流れから分離される。
【００５１】
さらに、本発明による方法は、ひとつの特別の具体例において、連続流の流速と不連続流の流速との比が、少なくとも２:１、好ましくは少なくとも５:１、より好ましくは少なくとも１０:１、より好ましくは少なくとも１５:１、より好ましくは少なくとも２５:１、さらにより好ましくは少なくとも３５:１、および最も好ましくは少なくとも５０:１であることを特徴とする。
【００５２】
本発明の方法の特別な具体例において、連続流の流速は約１ｍｍ／ｓと約２０ｍｍ／ｓとの間の範囲である。連続流の速度は、水系流体に関して、少なくとも１ｍｍ／ｓ、より好ましくは少なくとも５ｍｍ／ｓ、さらにより好ましくは少なくとも７ｍｍ／ｓ、および最も好ましくは少なくとも１０ｍｍ／ｓである。最大流速は、好ましくは、２５ｍｍ／ｓである。不連続流の流速は、１ｍｍ／ｓ以下、好ましくは０.７ｍｍ／ｓ以下、および最も好ましくは０.５ｍｍ／ｓ以下であり得る。最も好ましい具体例において、不連続流の流速は、およそ０ｍｍ／ｓであるか、または０ｍｍ／ｓでさえある。好ましくは、高低の流速の領域は互いに隣接している。この文脈において、用語「隣接している」は、速度Δvにおける差異が距離Δxで得られ、それから導出されるΔv/Δxが５ｍｍ／ｓ−１／ｍｍと２５ｍｍ／ｓ−１／ｍｍとの間の領域にあり、好ましくは１０ｍｍ／ｓ−１／ｍｍと２０ｍｍ／ｓ−１／ｍｍとの間の領域にあり、および最も好ましくは１２ｍｍ／ｓ−１／ｍｍと１５ｍｍ／ｓ−１／ｍｍとの間の領域にあることを意味する。
【００５３】
本発明の方法の好ましい具体例において、不連続流はカオス流または乱流を含む。本発明の方法の別の好ましい具体例において、不連続流は少なくともひとつの死水の領域を含む。
【００５４】
上記の説明ならびに下記する代表的な具体例の説明は、ある種の具体例や特徴の放棄を意味しない。
【実施例】
【００５５】
図１は、流体からバブルを分離するための本発明による装置の第１の具体例を示す。実験研究を行うため、様々なチャンバー幾何学形態のポリカーボネートチップをミリングによって作製した。チップは２つのハーフシェルからなり、それらは、いずれも、カートリッジの高さのため、２ｍｍからのハーフシェルとして構造化される。さらにチャンバーは、２つのハーフシェルの間で分割される。
【００５６】
図１ａはチャンバー１および求心性導管２および遠心性導管３の平面図を示し、図１ｂはチャンバー１および求心性導管２および遠心性導管３の透視図を示す。図１から４において、求心性および遠心性導管２、３の幅は０.５ｍｍである。
【００５７】
チャンバーの入口および出口に傾斜をつけて、このチャンバー内で液体が滞留することがないようにし得る。各チャンバーの後ろに１０μｌの容積を有する五角形ビューイングチャンバーがある。ビューイングチャンバーは、高さ１ｍｍで平らに設計され、チャンバーから進んできたバブルが略平面に置かれ、よく観察できる。
【００５８】
装置の変形のため、主に、円形状の半径が変更される。これは、平面に対して、雲形の全体形状を有するチャンバー全体のサイズの変更を伴う。さらに、側壁の２つの異なる形態が、構造の入口および出口（それぞれ、求心性および遠心性導管）にて試験される。表１は、可能な幾何学形態の概要を示す。ここで、Rは円形状の半径であり、d１およびd２はひとつの円形状の中心と導管の中心との間の距離、d３およびd４は双方が同一軸上に配列された一方の円形状と他方の円形状との中心間の距離、アルファ１（α１）およびアルファ２（α２）ならびにl１およびl２は、２つの異なる形態の側壁をもたらすスプラインの寸法である。
【００５９】
【表１】
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【００６０】
チップハーフシェルはSilpuran 4200により接合され、Silpuranは登録商標であり、シリコーンゴム化合物を意味する。第１の具体例の装置は上方に開放しており、そこから凍結乾燥物を投入し得る。実験において、各装置は２つの凍結乾燥物で充填された。ビーズの一方はプライマーを含有し、他方は残りの試薬全てを含有した。凍結乾燥組成物は以下の成分を含む：
【００６１】
【表２】
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【００６２】
導管構造は構造化ポリカーボネート板の底部にあり、両面PCRシートおよび非構造化板で封印する。チップは、ここで、２.１ｍｍの内径および４ｍｍの外径を有するシリコーン導管に接する。実験手順のため、Pharmacia Fine Chemicalsの蠕動ポンプ「Peristaltic Pump P-１」を用いた。Peristaltic Pump P-１で、導管内径の選択に依存して、約１ｍｌ／時から約５００ｍｌ／時の流速を得ることができる。ポンプ速度は無限調節可能である。導管構造は、顕微鏡で倍率２〜４倍で観察した。種々の凍結乾燥物の溶解のため、以下の実験パラメータを選択した
【００６３】
【表３】
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【００６４】
HPLC用水を溶媒として用いた。なぜならば、生化学において試薬を調製するには通常これが用いられるからである。
【００６５】
チャンバーサイズが増大するにつれ、本発明の第１の具体例の装置を通る流れは高さが増大し、一方、カオス流の増大した可能性が観察されたことを特記する。
【００６６】
図２および図３は、本発明による流体からバブルを分離するための装置の第２の具体例を示す。平面図において、本発明による第２の具体例の装置は、２.５ｍｍの直径を持つ円形状および円の接線を横切る０.７ｍｍの断面直径を持つ導管である。その後、導管は０.２５ｍｍ上方にシフトし、円形状は導管の下側輪郭と接線で接続されて、ノズルが形成される。この手順は、図３の幾何学形態１に施される。第２の幾何学形態につき、導管は再び０.２５ｍｍ上方にシフトする。ノズルの先端は導管に固定されているので、ノズル開口の角度も変化する。このスキームは図３の幾何学形態８まで継続される。この方針の基本概念は、本発明による装置の第２の具体例における気泡-保持効果を生じるノズルが主体であるということである。さらなる実験を上記と同様に行った。
【００６７】
結果として、第１のチャンバー幾何学形態は、曲線上に低流速を持つ明確な領域を示すことが言える。チャンバー中心に向かう導管の移動のため、これらの低流速はより小さくなり、第５の幾何学形態ではもはや生じない。チャンバーは、だんだんとより滑らかに流れる。第１のチャンバー幾何学形態において、本発明による装置の第２の具体例の丸みに渦が形成され、チャンバーは完全に高さに流れる。第３および第４の幾何学形態において、これらの渦はもはや生じず、チャンバーは、もはや上４分の１に流れない。さらに、第５のチャンバー幾何学形態から出発して、チャンバーがその幅においてだんだんと流れなくなることが見て取れる。実験の評価において、全てのチャンバー幾何学形態が気泡を同様に効率よく保持した。
【００６８】
図４は、ラップ・オン・チップシステムに配列した本発明による装置の第１および第２の具体例を示す。本発明による装置の第１および第２の具体例によるチャンバーは、PCRチャンバーの直前に位置する。第１および第２の具体例の気泡保持効果は、PCRの最適化実行に用いる。本発明のチャンバーは、流出する流体から気泡を分離するので、PCRチャンバーに入るバブルはない。かくして、PCRの最適機能化が保証される。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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