(57)【要約】記述されているのは、制御漸次濾過（ＣＩＦ）のための装置、方法、およびキット、ならびにＣＩＦ装置を設計する方法である。例えば、ＣＩＦのための方法は流体中の所望サイズの粒子の濃度を調節し得る。粒子を含有する流体は中央チャネルを通じて流路に沿って流されて、少なくとも１つの隣接したサイドチャネル網に中央チャネルを流体的に連結する複数の間隙に接触し得る。流れ抵抗は、粒子の濃度を調節するのに効果的な流路の少なくとも一部に沿って減少され得る。本方法は、複数の間隙を粒子より大きくなるように選択することを含む。本方法は、中央チャネル内の一貫した流れ分画ｆｇａｐが複数の間隙内の各間隙を横切り、かつ流路に沿って少なくとも１つのサイドチャネル網を通じて流れるようにすることを含み得る。【選択図】図１Ａ
2017510450.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ流体流１０４中の所望サイズの粒子１０２の濃度を調節するために構成された制御漸次濾過（ＣＩＦ）装置１００であって、前記ＣＩＦ装置１００が、
少なくとも１つのＣＩＦモジュール１０８を含む基板１０６であって、前記基板１０６が各ＣＩＦモジュール１０８内に、
中央チャネル１１０であって、中央チャネル流入力１１４と中央チャネル流出力１１６との間で流路１１２に沿って延在する、中央チャネル１１０と、
前記中央チャネル１１０に隣接した複数のマイクロ特徴１２２であって、前記複数のマイクロ特徴１２２が複数の間隙１２４を画定し、前記複数のマイクロ特徴１２２が少なくとも１つのサイドチャネル網１１７から前記中央チャネル１１０を分離し、前記複数の間隙１２４が前記少なくとも１つのサイドチャネル網１１７に前記中央チャネル１１０を流体的に連結するように構成され、前記少なくとも１つのサイドチャネル網１１７が少なくとも１つのサイドチャネル出力１２０まで前記中央チャネル１１０に沿って延在し、前記少なくとも１つのサイドチャネル網１１７が：
第１のサイドチャネル網部分１１７ａであって：前記中央チャネル１１０に隣接した複数のサイドチャネル湾曲部１１９と、前記複数のマイクロ特徴の少なくとも一部１２２ａと、前記複数の間隙の少なくとも一部１２４ａとを含み；前記複数のサイドチャネル湾曲部１１９が前記流路１１２に沿って減少する複数の長さ１２１ａによって特徴付けられていて、各サイドチャネル湾曲部１１９が前記第１のサイドチャネル網部分１１７ａ内の前記複数の間隙１２４ａのうちの少なくとも１つの間隙を：前記複数の間隙１２４ａ内の隣接した間隙および前記複数の湾曲部１１９内の隣接した湾曲部、のうちの１つ以上に流体的に連結する、第１のサイドチャネル網部分１１７ａ、ならびに
第２のサイドチャネル網部分１１７ｂであって：前記中央チャネル１１０に隣接したサイドチャネル１１８と、前記複数のマイクロ特徴の少なくとも一部１２２ｂと、前記複数の間隙の少なくとも一部１２４ｂとを含み；前記サイドチャネル１１８が流れ断面１３９によって特徴付けられていて、前記流れ断面１３９が前記流路１１２に沿って増大し、それにより第２のサイドチャネル網部分１１７ｂ内の前記複数の間隙１２４ｂが：一貫した流れ分画ｆｇａｐおよび複数の異なる間隙体積流量、のうちの１つ以上によって特徴付けられる、第２のサイドチャネル網部分１１７ｂ
のうちの１つ以上を含む、複数のマイクロ特徴１２２と
前記マイクロ流体流１０４中の前記所望サイズの粒子１０２の前記濃度を調節するのに効果的な前記流路１１２の少なくとも一部に沿って減少する流れ抵抗によって特徴付けられている前記少なくとも１つのサイドチャネル網１１７と
を画定する、基板１０６
を備える、制御漸次濾過（ＣＩＦ）装置１００。
【請求項２】
前記少なくとも１つのサイドチャネル網１１７が、前記流路１１２に沿って順に前記第１のサイドチャネル網部分１１７ａ続いて前記第２のサイドチャネル網部分１１７ａを含む、請求項１に記載のＣＩＦ装置。
【請求項３】
前記サイドチャネル網１１７、１１７’の２つを含み、前記２つのサイドチャネル網１１７、１１７’が前記中央チャネル１１０に隣接していてかつ前記２つのサイドチャネル網１１７、１１７’が前記中央チャネル１１０によって分離されている、請求項１に記載のＣＩＦ装置。
【請求項４】
各ＣＩＦモジュール１０８内の前記複数の間隙１２４が前記流路１１２に平行な平均間隙断面積１２６によって特徴付けられていて、前記平均間隙断面積１２６が：
前記粒子１０２による前記複数の間隙１２４の汚損を軽減または除外すること；および
前記複数の間隙１２４による前記粒子１０２の立体排除を軽減または除外すること
のうちの１つ以上に効果的な所望サイズの前記粒子１０２と比較してサイズを調整される、
請求項１に記載のＣＩＦ装置。
【請求項５】
各ＣＩＦモジュール１０８内の前記中央チャネル１１０が前記中央チャネル流入力１１４を通じて入力源１２８に流体的に連結されている、請求項１に記載のＣＩＦ装置。
【請求項６】
前記少なくとも１つのサイドチャネル網１１７が前記中央チャネル１１０へ前記複数の間隙１２４を通じて前記入力源１２８に流体的に連結されている、請求項５に記載のＣＩＦ装置。
【請求項７】
各ＣＩＦモジュール１０８内の前記複数の間隙１２４が：５０、７５、１００、１５０、２００、２５０、５００、７５０、１，０００、２，５００、５，０００、７，５００、１０，０００、５０，０００、１００，０００、５００，０００、および１，０００，０００、のうちの少なくとも約１つ以上の多数の間隙１２４を含む、請求項１に記載のＣＩＦ装置。
【請求項８】
前記第１のサイドチャネル網１１７ａおよび前記第２のサイドチャネル網１１７ｂのうちの１つ以上の内の前記複数の間隙１２４内の各間隙が前記流路１１２に平行な平面内の実質的に同じ断面の流量範囲１２６によって特徴付けられている、請求項１に記載のＣＩＦ装置。
【請求項９】
前記第１のサイドチャネル網１１７ａおよび前記第２のサイドチャネル網１１７ｂのうちの１つ以上の内の前記複数の間隙１２４が：前記流路１１２に沿って実質的に等間隔である、および前記流路１１２に沿って間隔が増加している、のうちの１つ以上である、請求項１に記載のＣＩＦ装置。
【請求項１０】
前記第１のサイドチャネル網１１７ａおよび前記第２のサイドチャネル網１１７ｂのうちの１つ以上の内の前記複数の間隙１２４が、約：１６：１、１５：１、１０：１、５：１、４：１、３：１、２：１、１：１、１：２、１：３、１：４、１：５、１：１０、１：１５、１：２０、１：２５、および１：３０のうちの約１つ以上より小さい、前記流路１１２に平行な各間隙１２４の幅１４４対、前記基板１０６内の各間隙１２４の深さ１４２の平均アスペクト比によって特徴付けられている、請求項１に記載のＣＩＦ装置。
【請求項１１】
前記第１のサイドチャネル網１１７ａおよび前記第２のサイドチャネル網１１７ｂのうちの１つ以上の内の前記複数の間隙１２４が前記基板１０６内の平均間隙深さ１４２によって特徴付けられており、前記基板１０６内の前記平均間隙深さ１４２が：５、６、７、８、９、１０、１５、２０、２５、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、および１００のうちの約１つ以上の前記基板１０６内の前記中央チャネル１１０の深さ１４０の百分率を上回る、請求項１に記載のＣＩＦ装置。
【請求項１２】
前記第１のサイドチャネル網１１７ａおよび前記第２のサイドチャネル網１１７ｂのうちの１つ以上の内の前記中央チャネル１１０が、約：５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、７５、１００、１２５、１５０、２００、２５０、３００、４００、および５００のうちの１つ以上を上回るμｍ値の前記基板１０６内の深さ１４０によって特徴付けられている、請求項１に記載のＣＩＦ装置。
【請求項１３】
前記中央チャネル１１０ならびに前記第１のサイドチャネル網１１７ａおよび前記第２のサイドチャネル網１１７ｂのうちの１つ以上の内の前記複数の間隙１２４が、それぞれ（１）前記流路１１２および前記基板１０６内の前記中央チャネル１１０の前記深さ１４０の両方に垂直な中央チャネル幅１３６ならびに（２）前記流路１１２に平行な平均間隙幅１４４によって特徴付けられており、かつ
前記平均間隙幅１４４が、約：１０、２０、２１、２２、２３、２４、２５、３０、３５、４０、４５、および５０のうちの１つ以上の前記中央チャネル１１０の前記幅１３６の百分率を上回る、
請求項１に記載のＣＩＦ装置。
【請求項１４】
各ＣＩＦモジュール１０８内の前記中央チャネル１１０が残余分出力貯蔵器１３０に流体的に連結されている、および
各ＣＩＦモジュール１０８内の前記少なくとも１つのサイドチャネル網１１７が濾液出力貯蔵器１３２に流体的に連結されている、
のうちの１つ以上である、
請求項１に記載のＣＩＦ装置。
【請求項１５】
各ＣＩＦモジュール１０８内の前記流路１１２が前記基板１０６内に１つ以上の曲がり目１３４を含む、請求項１に記載のＣＩＦ装置。
【請求項１６】
各ＣＩＦモジュール１０８が、約：０．１、０．５、０．７５、１、２、２．５、５、７．５、１０、１５、２０、２５、５０、７５、１００、２５０、５００、および１０００のうちの少なくとも１つ以上のｃｍで流路長を提供するように構成されている、請求項１に記載のＣＩＦ装置。
【請求項１７】
前記第２のサイドチャネル網部分１１７ｂが前記少なくとも１つのサイドチャネル１１８の断面積１３９対、前記中央チャネル１１０の断面積１３７の比率によって特徴付けられていて、前記断面積１３７、１３９が前記流路１１２に垂直であり、前記比率が前記流路１１２の少なくとも一部に沿って増加する、請求項１に記載のＣＩＦ装置。
【請求項１８】
前記少なくとも１つのサイドチャネル１１８の前記流れ断面積１３９対、前記中央チャネル１１０の前記流れ断面積１３７の前記比率が前記少なくとも１つのサイドチャネル１１８の幅１３８および前記中央チャネル１１０の幅１３６に従い前記流路１１２に沿って増加し、各幅１３６、１３８が前記流路１１２および前記基板１０６内の前記中央チャネル１１０の深さ１４０の両方に垂直である、請求項１７に記載のＣＩＦ装置。
【請求項１９】
前記中央チャネル１１０の前記流れ断面積１３７が前記第２のサイドチャネル網部分１１７ｂに沿って前記流路１１２に沿って一定であり、前記少なくとも１つのサイドチャネル１１８の前記流れ断面積１３９が前記流路１１２に沿って増加する、請求項１７に記載のＣＩＦ装置。
【請求項２０】
各ＣＩＦモジュール１０８が前記流路１１２に垂直な前記中央チャネル１１０の流れ断面積１３７により前記第２のサイドチャネル網部分１１７ｂに沿って特徴付けられ、前記中央チャネル１１０の前記流れ断面積１３７が前記流路１１２に沿って一定であるか、増加するか、または減少する、請求項１に記載のＣＩＦ装置。
【請求項２１】
各ＣＩＦモジュール１０８が前記流路１１２に垂直な前記少なくとも１つのサイドチャネル１１８の流れ断面積１３９により前記第２のサイドチャネル網部分１１７ｂに沿って特徴付けられており、前記少なくとも１つのサイドチャネル１１８の前記流れ断面積１３９が前記流路１１２に沿って一定であるか、増加するか、または減少する、請求項１に記載のＣＩＦ装置。
【請求項２２】
【数１】
2017510450.tif 000012
および
【数２】
2017510450.tif 000013
に従いｆｇａｐの関数として少なくとも一部が特徴付けられており、
式中、
Ｒｃが前記中央チャネル１１０の流れ抵抗を表し、
Ｒｓ（ｉ−１）が前記複数の間隙１２４内の間隙ｉ−１と間隙ｉとの間の前記少なくとも１つのサイド網１１７の一部の内の流れ抵抗を表し、ｉが前記流路１１２に沿って前記複数の間隙１２４内の各間隙に対して１だけ増加され、
Ｒｓ（ｉ）が前記複数の間隙１２４内の前記間隙ｉと間隙ｉ＋１との間の前記少なくとも１つのサイド網１１７の一部の内の流れ抵抗を表し、
Ｒ（ｗ，ｄ，μ，Ｌ）が前記中央チャネル１１０または前記少なくとも１つのサイド網１１７の一部の内のチャネルセグメントの抵抗を表し、
ｗが前記チャネルセグメントの矩形チャネルとしての近似に対応する幅を表し、
ｄが前記チャネルセグメントの矩形チャネルとしての近似に対応する深さを表し、
Ｌが前記チャネルセグメントの矩形チャネルとしての近似に対応する長さを表し、かつ、
μが前記流体の粘性を表す、
請求項１に記載のＣＩＦ装置。
【請求項２３】
前記第１のサイドチャネル網１１７ａおよび前記第２のサイドチャネル網１１７ｂのうちの１つ以上の内の前記複数の間隙１２４が前記流路１１２に平行な複数の平均間隙断面積１２６によって特徴付けられており、
各間隙断面積１２６がｗ＊ｄに従う面積に対応し、かつ
各Ｌが：前記複数のサイドチャネル湾曲部１１９に対応する前記複数の長さ１２１ａの１つ、および前記複数の間隙１２４内の対応する一対の間隙の間の前記サイドチャネル１１８に沿う前記チャネルセグメントの長さ、のうちの１つに対応する、
請求項２２に記載のＣＩＦ装置。
【請求項２４】
２５℃の温度および各ＣＩＦモジュール１０８を通る２ＰＳＩの流れ圧力にて水中で１％  ｗ／ｗ  ４μｍポリスチレンミクロビーズの混合物を使用してマイクロ流体流を操作すると、前記複数の間隙１２４の少なくとも一部が間隙ｉにおいて前記中央チャネル１１０を通る体積流量Ｑｃ（ｉ）と比較した流れ分画ｆｇａｐによって特徴付けられ、前記流れ分画ｆｇａｐが、約：０．０１、０．００７５、０．００５、０．００２５、０．００１、０．０００７５、０．０００５、０．０００２５、０．０００１、０．００００７５、０．００００５、０．００００２５、および０．００００１のうちの１つ以上より小さい、請求項１に記載のＣＩＦ装置。
【請求項２５】
２５℃の温度および各ＣＩＦモジュール１０８を通る２ＰＳＩの流れ圧力にて水中で１％  ｗ／ｗ  ４μｍポリスチレンミクロビーズの混合物を使用してマイクロ流体流を操作すると、前記複数の間隙１２４が流れ分画ｆｇａｐによって特徴付けられ、前記流れ分画ｆｇａｐが、約±１、２．５、５、７．５、１０、１５、および２０未満の前記複数の間隙１２４の間での百分率標準偏差によって特徴付けられた平均である、請求項１に記載のＣＩＦ装置。
【請求項２６】
各ＣＩＦモジュール１０８が、２５℃の温度および２ＰＳＩの流れ圧力にて水中で１％  ｗ／ｗ  ４μｍポリスチレンミクロビーズの混合物を使用して前記マイクロ流体流を操作する際に、前記中央チャネル流入力１１４における開始粒子濃度から前記中央チャネル流出力１１６における最終濃度へと、約：１．５：１、２：１、２．５：１、３：１、３．５：１、４：１、５：１、７，５：１、１０：１、１５：１、２０：１、２５：１、５０：１、７５：１、１００：１、１２５：１、１５０：１、２００：１、および２５０：１のうちの１つ以上の濃縮係数によって前記マイクロ流体流１０４中の前記所望サイズの前記粒子１０２を濃縮するように構成される、請求項１に記載のＣＩＦ装置。
【請求項２７】
各ＣＩＦモジュール１０８が、２５℃の温度および２ＰＳＩの流れ圧力にて水中で１％  ｗ／ｗ  ４μｍポリスチレンミクロビーズの混合物を使用して前記マイクロ流体流を操作する際に、前記マイクロ流体流１０４中の前記粒子１０２の百分率を維持するように構成され、維持される粒子１０２の前記百分率が、約：５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、９７．５、９９、および１００のうちの少なくとも１つ以上である、請求項１に記載のＣＩＦ装置。
【請求項２８】
前記粒子１０２の前記所望サイズが、約：０．５、１、１．２、１．４、１．６、１．８、２、２．５、３、３．５、４、４．５、５、７．５、１０、１５、２０、２５、５０、７５、１００、１２５、および１５０のうちの１つ以上より大きいμｍの有効平均直径によって特徴付けられている、請求項１に記載のＣＩＦ装置。
【請求項２９】
前記平均間隙断面積１２６が、約：２：１、３：１、４：１、５：１、７．５：１、１０：１、１５：１、および２０：１のうちの１つ以上の係数で前記粒子１０２の前記所望サイズを上回る、請求項１に記載のＣＩＦ装置。
【請求項３０】
前記複数の間隙１２４が前記流路１１２に平行な平均間隙断面積１２６で各ＣＩＦモジュール１０８内に構成され、前記平均間隙断面積１２６が前記マイクロ流体流から分離すべき前記粒子１０２の前記所望サイズより大きい、請求項１に記載のＣＩＦ装置。
【請求項３１】
前記粒子１０２が：赤血球、血小板、白血球、末梢循環腫瘍細胞、幹細胞、無効な保存赤血球、自己Ｔ細胞増殖由来のＴ細胞、有機微粒子、無機微粒子、有機金属微粒子、金属微粒子、エアロゾル粒子、細菌、酵母、真菌、藻類、ウイルス、微小無脊椎動物またはその卵、花粉、細胞または組織片、細胞集団、細胞残屑、バイオリアクター生成細胞または微粒子、タンパク質、タンパク質集合体、プリオン、小胞、リポソーム、沈殿物、発酵食品からの微粒子または細胞、巨大分子、巨大分子集合体、ＤＮＡ、細胞小器官、胞子、幹細胞、気泡、液滴、およびエキソソーム、のうちの１つ以上を含む、請求項１に記載のＣＩＦ装置。
【請求項３２】
前記マイクロ流体流１０４が：全血またはその分画；羊水；臍帯血；胆汁；脳脊髄液；皮膚細胞；滲出液；糞便；胃液；リンパ；乳；粘液；腹水；血漿；胸水；膿；唾液；皮脂；精液；汗；滑液；涙；尿；水；緩衝液；地下水；海水；雨水；樹液；動物組織のホモジネート、抽出物、または圧搾物；植物組織のホモジネート、抽出物、または圧搾物；廃水；産業プロセス流体または液体製品；発酵ブロス；結晶化または沈殿物流体；食品または食品加工中間物；油；無機溶媒；有機溶媒；イオン性溶媒；蜂蜜；シロップ；リンパ液；血清；および溶解物；のうちの１つ以上を含む流体中に粒子１０２を含む、請求項１に記載のＣＩＦ装置。
【請求項３３】
各ＣＩＦモジュール１０８が：重力指向流、真空指向流、電気浸透指向流、電気運動指向流、および機械的ポンプ圧送流、のうちの１つ以上として前記マイクロ流体流を操作できるように構成される、請求項１に記載のＣＩＦ装置。
【請求項３４】
前記基板１０６が前記ＣＩＦモジュール１０８、１０８’の２つ以上を含み、前記ＣＩＦモジュール１０８、１０８’の前記２つ以上が：流体的に独立している、流体的に直列に連結されている、および、流体的に並列に連結されている、のうちの１つ以上である、請求項１に記載のＣＩＦ装置。
【請求項３５】
少なくとも１つの追加の分離装置３０２をさらに含み、前記少なくとも１つの分離装置３０２が：前記中央チャネル流入力１１４、前記中央チャネル流出力１１６、および前記少なくとも１つのサイドチャネル出力１２０、のうちの１つ以上に流体的に連結されている、請求項１に記載のＣＩＦ装置。
【請求項３６】
前記少なくとも１つの追加の分離装置が：フィルタ、遠心分離器、電気泳動装置、クロマトグラフィーカラム、流体蒸発器、沈殿装置、決定論的側方変位装置、血漿スキマー（ｐｌａｓｍａ  ｓｋｉｍｍｅｒ）、辺縁趨向装置（ｍａｒｇｉｎａｔｉｏｎ  ｄｅｖｉｃｅ）、磁気分離器、超音波集束装置、および密度勾配分離装置、のうちの１つ以上を含む、請求項３７に記載のＣＩＦ装置。
【請求項３７】
前記基板１０６が：ガラス、ポリマー、金属、セラミック、および半導体、のうちの１つ以上を含む、請求項１に記載のＣＩＦ装置。
【請求項３８】
前記基板１０６が熱可塑性ポリマーまたはエストラマーゴムを含む、請求項１に記載のＣＩＦ装置。
【請求項３９】
使い捨て可能、無菌、および殺菌可能、のうちの１つ以上であるように構成された、請求項１に記載のＣＩＦ装置。
【請求項４０】
流体中の所望サイズの粒子の濃度を調節するための制御漸次濾過（ＣＩＦ）のための方法４００であって、
前記所望サイズの前記粒子を含有する前記流体を供給する４０２と、
前記所望サイズの前記粒子を含有する前記流体を少なくとも１つの隣接したサイドチャネル網に流体的に連結する複数の間隙を含む中央チャネルを通じて流路に沿って流す４０４と、
前記所望サイズの前記粒子を含有する前記流体を前記複数の間隙に接触させることにより粒子の前記濃度を調節するのに効果的な前記流路の少なくとも一部に沿って流れ抵抗を減少させる４０６であって：
前記所望サイズの前記粒子よりも大きい平均流れ断面を含む前記複数の間隙を選択する４０８Ａ、
前記複数の間隙の少なくとも一部の間で異なる間隙体積流量を生じさせる４０８Ｂ、および
前記中央チャネル内の一貫した流れ分画ｆｇａｐを、前記複数の間隙内の各間隙を横切らせかつ前記流路に沿って前記少なくとも１つのサイドチャネル網を通って流す４０８Ｃ
のうちの１つ以上の４０８を含む４０６と
を含む、方法４００。
【請求項４１】
前記中央チャネルに隣接した複数のサイドチャネル湾曲部を含む第１のチャネル網部分であって、前記複数のサイドチャネル湾曲部が前記流れ抵抗を減少させるのに効果的な前記流路に沿って長さを減少させることによって特徴付けられる、第１のチャネル網部分、および
前記中央チャネルに隣接したサイドチャネルを含む第２のサイドチャネル網部分であって、前記サイドチャネルが：前記一貫した流れ分画ｆｇａｐおよび前記複数の異なる間隙体積流量、のうちの１つ以上を生じさせる効果がある前記流路に沿って前記増加する流れ断面によって特徴付けられる、第２のサイドチャネル網部分、
のうちの１つ以上を含む、前記少なくとも１つのサイドチャネル網を提供することを含む、請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
前記流路に沿って順に前記第１のサイドチャネル網部分その後に前記第２のサイドチャネル網部分を通じて前記流体を流すことを含む、請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
前記粒子による前記複数の間隙の汚損を軽減または除外すること、および
前記複数の間隙による前記粒子の立体排除を軽減または除外すること、
のうちの１つ以上に対して効果的な前記所望サイズの前記粒子と比較して大きい平均間隙断面積を含む前記複数の間隙を選択することを含む、請求項４０に記載の方法。
【請求項４４】
１６：１、１５：１、１０：１、５：１、４：１、３：１、２：１、１：１、１：２、１：３、１：４、１：５、１：１０、１：１５、１：２０、１：２５、および１：３０のうちの約１つ以上より小さい前記流路に沿った各間隙の幅対、各間隙の深さの平均アスペクト比を提供することを含む、請求項４０に記載の方法。
【請求項４５】
約：５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、７５、１００、１２５、１５０、２００、２５０、３００、４００、および５００のうちの１つ以上を上回るμｍ値の深さで前記中央チャネルを提供することを含む、請求項４０に記載の方法。
【請求項４６】
前記複数の間隙の平均の深さを、約：５、６、７、８、９、１０、１５、２０、２５、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、および１００のうちの１つ以上の百分率だけ前記中央チャネルの深さよりも大きくなるように提供することを含む、請求項４０に記載の方法。
【請求項４７】
前記複数の間隙の前記流路に沿った平均間隙幅を、約：２０、２１、２２、２３、２４、２５、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、および１００のうちの１つ以上の百分率だけ前記中央チャネルの幅よりも大きくなるように提供することを含む、請求項４０に記載の方法。
【請求項４８】
前記平均間隙流れ断面を、約：２：１、３：１、４：１、５：１、７．５：１、１０：１、１５：１、および２０：１のうちの１つ以上の係数だけ前記所望サイズの前記粒子よりも大きくなるように提供することを含む、請求項４０に記載の方法。
【請求項４９】
前記流路に沿って前記中央チャネルに隣接した２つのサイドチャネル網を提供することを含む、請求項４０に記載の方法。
【請求項５０】
約：０．１、０．５、０．７５、１、２、２．５、５、７．５、１０、１５、２０、２５、５０、７５、１００、２５０、５００、および１０００、のうちの少なくとも１つ以上のｃｍで流路長を提供することを含む、請求項４０に記載の方法。
【請求項５１】
少なくとも１つのサイドチャネル網の各々に対して：５０、７５、１００、１５０、２００、２５０、５００、７５０、１，０００、２，５００、５，０００、７，５００、１０，０００、５０，０００、１００，０００、５００，０００、および１，０００，０００、のうちの少なくとも約１つ以上の多数の間隙を含む前記複数の間隙を提供することを含む、請求項４０に記載の方法。
【請求項５２】
前記少なくとも１つのサイドチャネルの断面積対、前記中央チャネルの断面積の比率を前記流路に沿って増加させることを含む、請求項４０に記載の方法。
【請求項５３】
前記少なくとも１つのサイドチャネルの流体抵抗対、前記中央チャネルの流体抵抗の比率を前記流路に沿って増加させることを含む、請求項４０に記載の方法。
【請求項５４】
前記少なくとも１つのサイドチャネルの前記断面積対、前記中央チャネルの前記断面積の前記比率が前記少なくとも１つのサイドチャネルの幅および前記中央チャネルの幅に従い前記流路に沿って増加する、請求項５３に記載の方法。
【請求項５５】
前記流路に沿って前記比率を増加させることが前記流路に沿って前記中央チャネルの前記断面積を一定に保つことと前記流路に沿って前記少なくとも１つのサイドチャネルの前記断面積を増加させることとを含む、請求項５３に記載の方法。
【請求項５６】
前記流路に沿って前記比率を増加させることが前記流路に沿って一定な前記中央チャネルの前記断面積を減少させることと前記流路に沿って前記少なくとも１つのサイドチャネルの前記断面積を維持するか、または増加させることとを含む、請求項５３に記載の方法。
【請求項５７】
前記流路に沿って前記比率を増加させることが前記流路に沿って前記中央チャネルの前記断面積を維持するか、増加させるか、または減少させることを含む、請求項５３に記載の方法。
【請求項５８】
前記流路に沿って前記比率を増加させることが前記流路に沿って前記少なくとも１つのサイドチャネルの前記断面積を維持するか、増加させるか、または減少させることを含む、請求項５３に記載の方法。
【請求項５９】
前記流体を流すことが：
【数３】
2017510450.tif 000014
および
【数４】
2017510450.tif 000015
のうちの１つ以上に従うｆｇａｐの関数として少なくとも一部が特徴付けられており、
式中、
Ｒｃが前記中央チャネルの流れ抵抗を表し、
Ｒｓ（ｉ−１）が前記複数の間隙内の間隙ｉ−１と間隙ｉとの間の前記少なくとも１つのサイド網の一部の内の流れ抵抗を表し、ｉが前記流路に沿って前記複数の間隙内の各間隙に対して１だけ増加され、
Ｒｓ（ｉ）が前記複数の間隙内の前記間隙ｉと間隙ｉ＋１との間の前記少なくとも１つのサイド網の一部の内の流れ抵抗を表し、かつ
Ｒ（ｗ，ｄ，μ，Ｌ）が前記中央チャネルまたは前記少なくとも１つのサイド網の一部の内のチャネルセグメントの抵抗を表し、
ｗが前記チャネルセグメントの矩形チャネルとしての近似に対応する幅を表し、
ｄが前記チャネルセグメントの矩形チャネルとしての近似に対応する深さを表し、
Ｌが前記チャネルセグメントの矩形チャネルとしての近似に対応する長さを表し、かつ、
μが前記流体の粘性を表す、
請求項４０に記載の方法。
【請求項６０】
間隙ｉにおける前記流れ分画ｆｇａｐが、約：０．０１、０．００７５、０．００５、０．００２５、０．００１、０．０００７５、０．０００５、０．０００２５、０．０００１、０．００００７５、０．００００５、０．００００２５、および０．００００１のうちの１つ以上より小さい前記間隙ｉにおける前記中央チャネルを通る体積流量Ｑｃ（ｉ）の分画である、請求項５９に記載の方法。
【請求項６１】
前記流れ分画ｆｇａｐが前記複数の間隙の間で、±１、２．５、５、７．５、１０、１５、および２０、のうちの約１つ以上より小さい百分率標準偏差を有するようにさせることを含む、請求項５９に記載の方法。
【請求項６２】
前記複数の間隙内の各間隙に実質的に同じ流れ断面を提供することを含む、請求項４０に記載の方法。
【請求項６３】
前記流路に沿って実質的に等間隔であるか、または間隔が増加する前記複数の間隙を提供することを含む、請求項４０に記載の方法。
【請求項６４】
少なくとも１つの追加の分離を実施することをさらに含み、前記少なくとも１つの追加の分離が前記中央チャネルを通じて前記所望サイズの前記粒子を含有する前記流体を流す前または後に実施される、請求項４０に記載の方法。
【請求項６５】
前記少なくとも１つの追加の分離が：濾過、遠心分離、電気泳動、クロマトグラフィー、流体蒸発、沈降、決定論的側方変位、血漿スキミング、辺縁趨向、磁気分離、超音波集束装置、および密度勾配分離、のうちの１つ以上を含む、請求項６４に記載の方法。
【請求項６６】
前記中央チャネル内の前記流体中の前記所望サイズの前記粒子を、約：１．５：１、２：１、２．５：１、３：１、３．５：１、４：１、５：１、７，５：１、１０：１、１５：１、２０：１、２５：１、５０：１、７５：１、１００：１、１２５：１、１５０：１、２００：１、および２５０：１、のうちの１つ以上の濃縮係数によって濃縮することを含む、請求項４０に記載の方法。
【請求項６７】
約：５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、９７．５、９９、および１００のうちの少なくとも１つ以上の前記中央チャネル内の前記流体中の前記所望サイズの前記粒子の百分率を維持することを含む、請求項４０に記載の方法。
【請求項６８】
前記粒子の前記所望サイズが、約：０．５、１、１．２、１．４、１．６、１．８、２、２．５、３、３．５、４、４．５、５、７．５、１０、１５、２０、２５、５０、７５、１００、１２５、および１５０のうちの１つ以上より大きいμｍの有効平均直径によって特徴付けられている、請求項４０に記載の方法。
【請求項６９】
所望サイズの前記粒子が：赤血球、血小板、白血球、末梢循環腫瘍細胞、幹細胞、無効な保存赤血球、自己Ｔ細胞増殖由来のＴ細胞、有機微粒子、無機微粒子、有機金属微粒子、金属微粒子、エアロゾル粒子、細菌、酵母、真菌、藻類、ウイルス、微小無脊椎動物またはその卵、花粉、細胞または組織片、細胞集団、細胞残屑、バイオリアクター生成細胞または微粒子、タンパク質、タンパク質集合体、プリオン、小胞、リポソーム、沈殿物、発酵食品からの微粒子または細胞、巨大分子、巨大分子集合体、ＤＮＡ、細胞小器官、胞子、幹細胞、気泡、液滴、およびエキソソーム、のうちの１つ以上を含む、請求項４０に記載の方法。
【請求項７０】
前記流体が：全血またはその分画；羊水；臍帯血；胆汁；脳脊髄液；皮膚細胞；滲出液；糞便；胃液；リンパ；乳；粘液；腹水；血漿；胸水；膿；唾液；皮脂；精液；汗；滑液；涙；尿；水；緩衝液；地下水；海水；雨水；樹液；動物組織のホモジネート、抽出物、または圧搾物；植物組織のホモジネート、抽出物、または圧搾物；廃水；産業プロセス流体または液体製品；発酵ブロス；結晶化または沈殿物流体；食品または食品加工中間物；油；無機溶媒；有機溶媒；イオン性溶媒；蜂蜜；シロップ；リンパ液；血清；および溶解物、のうちの１つ以上を含む、請求項４０に記載の方法。
【請求項７１】
前記中央チャネルからの残余分画および前記少なくとも１つのサイド網からの濾液分画のうちの１つ以上を収集することを含む、請求項４０に記載の方法。
【請求項７２】
前記所望サイズの前記粒子の増加または減少した濃度を含む前記流体の分画を収集することを含む、請求項４０に記載の方法。
【請求項７３】
前記流体を流すことが：重力流、真空流、電気浸透流、電気運動流、および機械的ポンプ圧送流、のうちの１つ以上を実施することを含む、請求項４０に記載の方法。
【請求項７４】
前記中央チャネル流の出力および前記少なくとも１つのサイドチャネルの出力において前記流体の実質的に等しい体積流量を提供することを含む。請求項４０に記載の方法。
【請求項７５】
前記方法の２つ以上のインスタンスを：並列操作および順次操作のうちの１つ以上で操作することを含む、請求項４０に記載の方法。
【請求項７６】
前記所望サイズの前記粒子を含有する前記流体を流すことが前記流路内の１つ以上の曲がり目に沿って流すことを含む、請求項４０に記載の方法。
【請求項７７】
流体中の所望サイズの粒子の濃度を調節するための制御漸次濾過（ＣＩＦ）装置を設計するための方法５００であって、
ＣＩＦ装置のための設計を準備する５０２であって：
中央チャネルであって、中央チャネル流入力と中央チャネル流出力との間で流路に沿って延在する前記中央チャネルと、
前記中央チャネルに隣接した少なくとも１つのサイドチャネル網であって、前記少なくとも１つのサイドチャネル網が少なくとも１つのサイドチャネル出力まで前記流路に沿って延在し、前記中央チャネルが複数のマイクロ特徴によって前記少なくとも１つのサイドチャネルから分離される、少なくとも１つのサイドチャネル網と、
前記複数のマイクロ特徴が複数の間隙ｉを画定し、前記複数の間隙が前記複数のマイクロ特徴を通じて前記中央チャネルと前記少なくとも１つのサイドチャネルを流体的に連結するように構成されている、前記複数のマイクロ特徴と
を含む、５０２と、
前記ＣＩＦ装置に対して所望の流れ分画ｆｇａｐを選択する５０４と、
前記流路に沿って複数の調整寸法を決定する５０６と、
前記流体中の前記所望サイズの粒子の前記濃度を調節するのに効果的な前記流路の少なくとも一部に沿って減少する流れ抵抗を提供するのに効果的な前記複数の前記調整寸法を組み込むように前記ＣＩＦ装置設計を適合させる５０８と
を含み、
それにより前記ＣＩＦ装置のための前記設計を提供する、
方法５００。
【請求項７８】
前記流路に沿って前記調整された寸法が：
第１のサイド網部分内における、複数のサイドチャネル湾曲部の各々の減少する長さであって、前記複数のサイドチャネル湾曲部が前記第１のサイドチャネル網部分内で前記中央チャネルに隣接している、複数のサイドチャネル湾曲部の各々の減少する長さ、および
第２のサイド網部分内における、少なくとも１つのサイドチャネルの断面積対、前記中央チャネルの断面積の増加する比率であって、前記少なくとも１つのサイドチャネルが前記第２のサイド網部分内で前記中央チャネルに隣接している、少なくとも１つのサイドチャネルの断面積対前記中央チャネルの断面積の増加する比率、
のうちの１つ以上を含む、
請求項７７に記載の方法。
【請求項７９】
１つ以上の検査ＣＩＦ装置を提供することであって、前記１つ以上の検査ＣＩＦ装置の各々が対応する検査流れ分画ｆｇａｐによって特徴付けられる、１つ以上の検査ＣＩＦ装置を提供することと、
前記１つ以上の検査ＣＩＦ装置を通じて前記流体中の前記所望サイズの前記粒子を流すことと、
前記１つ以上の検査ＣＩＦ装置における各対応する検査流れ分画ｆｇａｐに基づき前記ＣＩＦ装置のための前記設計に対する前記所望の流れ分画ｆｇａｐを決定することと
を含む、請求項７７に記載の方法。
【請求項８０】
前記複数の調整寸法を：
（ａ）中央チャネル流れ抵抗Ｒｃを決定することと、
（ｂ）前記流路に沿った前記複数の間隙内の隣接した間隙の第１の対の間の第１のサイドチャネルセグメントに対応する第１のサイドチャネルセグメント流れ抵抗を決定することであって、前記第１の流れ抵抗が：前記流体の粘性；前記第１のサイドチャネルセグメントにおける第１の断面積に対応する第１の有効サイドチャネル幅ｗおよび第１の有効チャネル深さｄ；ならびに前記第１のサイドチャネルセグメントの長さＬ；の間の第１の関数関係に従って決定される、第１のサイドチャネルセグメント流れ抵抗を決定することと、
（ｃ）前記流路に沿った前記複数の間隙内の隣接した間隙の第２の対の間の第２のサイドチャネルセグメントに対応する第２のサイドチャネルセグメント流れ抵抗を決定することであって、前記第２のサイドチャネルセグメントが前記第１のサイドチャネルセグメントのすぐ下流に配置され、前記第２のサイドチャネルセグメント流れ抵抗が：前記中央チャネル流れ抵抗、前記第１のサイドチャネルセグメント流れ抵抗、および前記ＣＩＦ装置に対する前記所望の流れ分画ｆｇａｐ、の間の第２の関数関係に従って決定される、第２のサイドチャネルセグメント流れ抵抗を決定することと、
（ｄ）第２の有効サイドチャネル幅ｗ；第２の有効チャネル深さｄ；および第２のサイドチャネル長Ｌ；のうちの１つ以上を含む１つ以上の調整寸法を使用して前記第１の関数関係を再計算することであって、前記１つ以上の調整寸法が前記第２の関数関係に従う前記第２のサイドチャネルセグメント流れ抵抗を所望の量だけ前記第１のサイドチャネルセグメント流れ抵抗より低くするのに効果的な、前記第１の関数関係を再計算することと、
（ｅ）前記複数の前記調整寸法を計算するためにステップ（ｂ）、（ｃ）、および（ｄ）を複数の反復に対して実施することと
によって決定することを含む、
請求項７７に記載の方法。
【請求項８１】
前記増加した比率が：前記第２の有効サイドチャネル幅ｗの増加；および前記第２のサイドチャネル長Ｌの減少、のうちの１つ以上に従って増加するように前記流路および各有効チャネル深さｄに沿って前記中央チャネルの前記断面積を一定に維持することを含む、請求項８０に記載の方法。
【請求項８２】
前記サイドチャネル網が複数のサイドチャネル湾曲部長によって特徴付けられた複数のサイドチャネル湾曲部を含み、前記複数のサイドチャネル湾曲部が前記中央チャネルに隣接しており、前記方法が前記流路に沿って前記複数のサイドチャネル湾曲部長を徐々に減少させることを含む、請求項８０に記載の方法。
【請求項８３】
前記サイドチャネル網が前記中央チャネルに隣接したサイドチャネルを含み、前記方法が前記流路に沿って前記サイドチャネルの幅を徐々に増加させることを含む、請求項８０に記載の方法。
【請求項８４】
各関数関係が矩形チャネルとして各チャネルセグメントを近似する、請求項８０に記載の方法。
【請求項８５】
前記第１の関数関係を再計算することが前記１つ以上の調整寸法について前記第１の関数関係を数値的に解くことを含む、請求項８０に記載の方法。
【請求項８６】
前記第１および第２の関数関係がそれぞれ：
【数５】
2017510450.tif 000016
および
【数６】
2017510450.tif 000017
によって表され、
式中、
Ｒｓ（ｉ−１）が前記第１のサイドチャネルセグメント流れ抵抗を表し、
Ｒｓ（ｉ）が前記第２のサイドチャネルセグメント流れ抵抗を表す、
請求項８０に記載の方法。
【請求項８７】
前記流路に沿った前記中央チャネルに平行な平均間隙断面積によって特徴付けられた前記ＣＩＦ装置のための前記設計において前記複数の間隙を選択することを含み、前記平均間隙断面積が、
前記粒子による前記複数の間隙の汚損を軽減または除外すること、および
前記複数の間隙による前記粒子の立体排除を軽減または除外すること、
のうちの１つ以上に対して効果的な所望サイズの前記粒子と比較して大きくなるように選択される、
請求項７７に記載の方法。
【請求項８８】
前記ＣＩＦ装置のための前記設計が前記中央チャネルに隣接した少なくとも２つのサイドチャネル網および少なくとも２つの対応する複数の前記マイクロ特徴を含み、前記中央チャネルが各複数のマイクロ特徴によって前記少なくとも２つのサイドチャネルの各々から分離され、前記少なくとも２つの複数のマイクロ特徴が少なくとも２つの複数の間隙を画定し、前記少なくとも２つの複数の間隙が前記少なくとも２つの複数のマイクロ特徴を通じて前記中央チャネルおよび前記少なくとも２つのサイドチャネルを流体的に連結するように構成されている、請求項７７に記載の方法。
【請求項８９】
前記ＣＩＦ装置のための前記設計が前記流路内の１つ以上の曲がり目を含む、請求項７７に記載の方法。
【請求項９０】
前記ＣＩＦ装置のための前記設計における前記複数の間隙内の各間隙が前記流路に平行な平面内の実質的に前記同じ断面の流量範囲によって特徴付けられている、請求項７７に記載の方法。
【請求項９１】
前記ＣＩＦ装置のための前記設計における前記複数の間隙が：前記流路に沿って実質的に等間隔である、および前記流路に沿って間隔が増加している、のうちの１つである、請求項７７に記載の方法。
【請求項９２】
前記ＣＩＦ装置のための前記設計が、約：０．１、０．５、０．７５、１、２、２．５、５、７．５、１０、１５、２０、２５、５０、７５、１００、２５０、５００、および１０００、のうちの少なくとも１つ以上のｃｍで流路長を提供するように構成されている、請求項７７に記載の方法。
【請求項９３】
前記ＣＩＦ装置のための前記設計に対する前記複数の間隙が：５０、７５、１００、１５０、２００、２５０、５００、７５０、１，０００、２，５００、５，０００、７，５００、１０，０００、５０，０００、１００，０００、５００，０００、および１，０００，０００、のうちの少なくとも約１つ以上の多数の間隙を含む、請求項７７に記載の方法。
【請求項９４】
前記ＣＩＦ装置のための前記設計が前記流路に垂直な前記中央チャネルの断面積によって特徴付けられており、前記中央チャネルの前記断面積が前記流路に沿って一定であるか、増加するか、または減少する、請求項７７に記載の方法。
【請求項９５】
前記ＣＩＦ装置のための前記設計が前記流路に垂直な前記少なくとも１つのサイドチャネルの断面積によって特徴付けられており、前記少なくとも１つのサイドチャネルの前記断面積が前記流路に沿って一定であるか、増加するか、または減少する、請求項７７に記載の方法。
【請求項９６】
前記ＣＩＦ装置のための前記設計における前記複数の間隙が、約：１６：１、１５：１、１０：１、５：１、４：１、３：１、２：１、１：１、１：２、１：３、１：４、１：５、１：１０、１：１５、１：２０、１：２５、および１：３０のうちの約１つ以上より小さい前記流路に平行な各間隙の幅対、各間隙の深さの平均アスペクト比によって特徴付けられている、請求項７７に記載の方法。
【請求項９７】
前記ＣＩＦ装置のための前記設計における前記複数の間隙が平均間隙深さによって特徴付けられており、前記平均間隙深さが：５、６、７、８、９、１０、１５、２０、２５、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、および１００のうちの約１つ以上の前記中央チャネルの深さの百分率より大きい、請求項７７に記載の方法。
【請求項９８】
前記ＣＩＦ装置のための前記設計における前記中央チャネルが、約：５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、７５、１００、１２５、１５０、２００、２５０、３００、４００、および５００のうちの１つ以上より大きいμｍ値の深さによって特徴付けられている、請求項７７に記載の方法。
【請求項９９】
前記ＣＩＦ装置のための前記設計が、
（１）前記流路および前記基板内の前記中央チャネルの前記深さの両方に垂直な中央チャネル幅、ならびに（２）前記流路に平行な平均間隙幅、によってそれぞれ特徴付けられた前記中央チャネルおよび前記複数の間隙と、
約：１０、２０、２１、２２、２３、２４、２５、３０、３５、４０、４５、および５０のうちの１つ以上の前記中央チャネルの前記幅の百分率を上回る前記平均間隙幅と
を含む、請求項７７に記載の方法。
【請求項１００】
前記ＣＩＦ装置のための前記設計が、間隙ｉにおいて前記中央チャネルを通る体積流量Ｑｃ（ｉ）と比較して、前記所望の流れ分画ｆｇａｐが、約：０．０１、０．００７５、０．００５、０．００２５、０．００１、０．０００７５、０．０００５、０．０００２５、０．０００１、０．００００７５、０．００００５、０．００００２５、および０．００００１のうちの１つ以上より小さいように選択されるように構成される、請求項７７に記載の方法。
【請求項１０１】
前記ＣＩＦ装置のための前記設計が、約±１、２．５、５、７．５、１０、１５、および２０未満の百分率標準偏差によって特徴付けられた前記複数の間隙間で実現される流れ分画ｆｇａｐを提供するのに効果的であるように構成される、請求項７７に記載の方法。
【請求項１０２】
前記ＣＩＦ装置のための前記設計が、前記中央チャネル流入力における開始粒子濃度から前記中央チャネル流出力における最終濃度へと、約：１．５：１、２：１、２．５：１、３：１、３．５：１、４：１、５：１、７，５：１、１０：１、１５：１、２０：１、２５：１、５０：１、７５：１、１００：１、１２５：１、１５０：１、２００：１、および２５０：１、のうちの１つ以上の濃縮係数によって前記マイクロ流体流中の前記所望サイズの前記粒子を濃縮するのに効果的であるように構成される、請求項７７に記載の方法。
【請求項１０３】
前記ＣＩＦ装置のための前記設計が前記マイクロ流体流中の前記粒子の百分率を維持するのに効果的であるように構成され、維持される粒子の前記百分率が、約：５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、９７．５、９９、および１００のうちの少なくとも１つ以上である、請求項７７に記載の方法。
【請求項１０４】
前記複数の間隙が前記流路に平行な平均間隙断面積を有して前記ＣＩＦ装置のための前記設計において構成され、前記平均間隙断面積が前記粒子の前記所望サイズよりも大きい、請求項７７に記載の方法。
【請求項１０５】
前記粒子の前記所望サイズが、約：０．５、１、１．２、１．４、１．６、１．８、２、２．５、３、３．５、４、４．５、５、７．５、１０、１５、２０、２５、５０、７５、１００、１２５、および１５０のうちの１つ以上より大きいμｍの有効平均直径で選択される、請求項７７に記載の方法。
【請求項１０６】
前記平均間隙断面積が、約：２：１、３：１、４：１、５：１、７．５：１、１０：１、１５：１、および２０：１のうちの１つ以上の係数によって前記粒子の前記所望サイズを上回る、請求項１０５に記載の方法。
【請求項１０７】
前記粒子が：赤血球、血小板、白血球、末梢循環腫瘍細胞、幹細胞、無効な保存赤血球、自己Ｔ細胞増殖由来のＴ細胞、有機微粒子、無機微粒子、有機金属微粒子、金属微粒子、エアロゾル粒子、細菌、酵母、真菌、藻類、ウイルス、微小無脊椎動物またはその卵、花粉、細胞または組織片、細胞集団、細胞残屑、バイオリアクター生成細胞または微粒子、タンパク質、タンパク質集合体、プリオン、小胞、リポソーム、沈殿物、発酵食品からの微粒子または細胞、巨大分子、巨大分子集合体、ＤＮＡ、細胞小器官、胞子、幹細胞、気泡、液滴、およびエキソソーム、のうちの１つ以上を含む、請求項７７に記載の方法。
【請求項１０８】
前記流体が：全血またはその分画；羊水；臍帯血；胆汁；脳脊髄液；皮膚細胞；滲出液；糞便；胃液；リンパ；乳；粘液；腹水；血漿；胸水；膿；唾液；皮脂；精液；汗；滑液；涙；尿；水；緩衝液；地下水；海水；雨水；樹液；動物組織のホモジネート、抽出物、または圧搾物；植物組織のホモジネート、抽出物、または圧搾物；廃水；産業プロセス流体または液体製品；発酵ブロス；結晶化または沈殿物流体；食品または食品加工中間物（例えば、発酵飲料）；油；無機溶媒；有機溶媒；イオン性溶媒；蜂蜜；シロップ；リンパ液；血清；および溶解物；のうちの１つ以上を含む、請求項７７に記載の方法。
【請求項１０９】
前記ＣＩＦ装置に対する前記設計が：重力流、真空流、電気浸透流、電気運動流、および機械的ポンプ圧送流、のうちの１つ以上としてマイクロ流体流を受動的に実施するのに効果的であるように構成される、請求項７７に記載の方法。
【請求項１１０】
前記ＣＩＦ装置に対する前記設計が、前記中央チャネル流出力の体積流量および前記少なくとも１つのサイドチャネル出力の体積流量が実質的に等しくなるように構成される、請求項７７に記載の方法。
【請求項１１１】
マイクロ流体流１０４中の所望サイズの粒子１０２の濃度を調節するために構成された制御漸次濾過（ＣＩＦ）装置１００であって、少なくとも１つのＣＩＦモジュール１０８を含む基板１０６を含み、前記基板１０６が各ＣＩＦモジュール１０８内に、
中央チャネル１１０であって、中央チャネル流入力１１４と中央チャネル流出力１１６との間で流路１１２に沿って延在する、中央チャネル１１０と、
前記中央チャネル１１０に隣接した複数のマイクロ特徴１２２であって、前記複数のマイクロ特徴１２２が複数の間隙１２４を画定し、前記複数のマイクロ特徴１２２が少なくとも１つのサイドチャネル網１１７から前記中央チャネル１１０を分離し、前記複数の間隙１２４が前記少なくとも１つのサイドチャネル網１１７に前記中央チャネル１１０を流体的に連結するように構成され、前記少なくとも１つのサイドチャネル網１１７が少なくとも１つのサイドチャネル出力１２０まで前記中央チャネル１１０に沿って延在し、前記少なくとも１つのサイドチャネル網１１７が：
第１のサイドチャネル網部分１１７ａであって：前記中央チャネル１１０に隣接した複数のサイドチャネル湾曲部１１９と、前記複数のマイクロ特徴の少なくとも一部１２２ａと、前記複数の間隙の少なくとも一部１２４ａとを含み；前記複数のサイドチャネル湾曲部１１９が前記流路１１２に沿って減少する複数の長さ１２１ａによって特徴付けられていて、各サイドチャネル湾曲部１１９が：前記複数の間隙１２４ａ内の隣接した間隙および前記複数の湾曲部１１９内の隣接した湾曲部、のうちの１つ以上に前記第１のサイドチャネル網部分１１７ａ内の前記複数の間隙１２４ａのうちの少なくとも１つの間隙を流体的に連結する、第１のサイドチャネル網部分１１７ａ、ならびに
第２のサイドチャネル網部分１１７ｂであって：前記中央チャネル１１０に隣接したサイドチャネル１１８と、前記複数のマイクロ特徴の少なくとも一部１２２ｂと、前記複数の間隙の少なくとも一部１２４ｂとを含み；前記サイドチャネル１１８が流路１１２に沿って増大する流れ断面１３９によって特徴付けられていて、それにより第２のサイドチャネル網部分１１７ｂ内の前記複数の間隙１２４ｂが：一貫した流れ分画ｆｇａｐおよび複数の異なる間隙体積流量、のうちの１つ以上によって特徴付けられる、第２のサイドチャネル網部分１１７ｂ
のうちの１つ以上を含み、
前記少なくとも１つのサイドチャネル網１１７が前記マイクロ流体流１０４中の前記所望サイズの粒子１０２の前記濃度を調節するのに効果的な前記流路１１２の少なくとも一部に沿って減少する流れ抵抗によって特徴付けられている、複数のマイクロ特徴１２２と
を画定する、制御漸次濾過（ＣＩＦ）装置１００と、
１組の命令６０２であって、前記１組の命令６０２が
前記所望サイズの前記粒子を含有する前記流体を供給すること；
前記中央チャネルを通じて前記流路に沿って前記所望サイズの前記粒子を含有する前記流体を流すこと；
前記所望サイズの前記粒子を含有する前記流体を前記複数の間隙に接触させることによって粒子の前記濃度を調節するのに効果的な前記流路の少なくとも一部に沿って流れ抵抗を減少させることであって：
前記所望サイズの前記粒子に関してより大きい平均流れ断面を含む前記複数の間隙を選択すること；
前記複数の間隙の少なくとも一部の間で異なる間隙体積流量を生じさせること；および
前記中央チャネル内の一貫した流れ分画ｆｇａｐを、前記複数の間隙内の各間隙を横切らせ、かつ前記流路に沿って前記少なくとも１つのサイドチャネル網を通って流すこと；
のうちの１つ以上を含む、流れ抵抗を減少させること
を行うためのユーザーに対する指示を含む、１組の命令６０２と
を含む、キット６００。
【請求項１１２】
前記ＣＩＦ装置が請求項１〜請求項３９のいずれかに記載の前記ＣＩＦ装置である、請求項１１１に記載のキット。
【請求項１１３】
前記命令が請求項４０〜請求項７６のいずれかに記載の前記方法を実行するためのユーザーに対する指示を含む、請求項１１１に記載のキット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１４年１月２０日に出願された、米国仮特許出願第６１／９２９，３５７号に対する優先権を主張し、それは、参照により全体として本明細書に組み込まれる。
【０００２】
連邦政府資金による研究開発の記載
本発明は、合衆国国防総省によって授与された連邦ＳＴＴＲ契約第Ｗ８１ＸＷＨ−１１−Ｃ−０００８号の下に、合衆国政府支援を受けてなされたものである。合衆国政府は本発明に対して一定の権利を有し得る。
【背景技術】
【０００３】
水性懸濁液またはスラリー中のサイズによる粒子の操作には幅広い用途があり得る。粒子は、後の処理、診断検査、または貯蔵のため、例えば、藻類胞子濃縮、末梢循環腫瘍細胞（ＣＴＣ）富化、全血処理などのために、濃縮されるか、または保持される。望ましくない粒子は、他の成分から分離され得、例えば、発酵ブロスからの抗生物質の抽出、ＤＮＡ精製、血漿洗浄、排水処理などである。
【０００４】
全量濾過および遠心分離などの、巨視的方法は、多大な時間を必要とし得、連続処理に向いていない可能性があり、大きなせん断力または異種表面との長期間にわたる接触などの望ましくない状態に粒子を曝露し得、フィルタ汚損を引き起こし得、かつ、かさばって費用のかかる備品を必要とし得る。接線流または十字流濾過は、多くの用途で、特に、例えば、血球分離など、汚染または無菌が懸念事項であるために１回限りの使用要件に対して、費用効率が高くない可能性がある。
【０００５】
連続的マイクロ流体技術は、磁気、音響、誘電泳動、または他の力を使用する能動装置を含み得るが、複雑な機器または望ましくない溶液調製ステップを含み得、かつ、処理量が少ない可能性もある。受動的技術は、決定論的側方変位（ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｓｔｉｃ  ｌａｔｅｒａｌ  ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ）（ＤＬＤ）、Ｚｗｅｉｆａｃｈ−Ｆｕｎｇ効果、ピンチドフロー分画（ｐｉｎｃｈｅｄ  ｆｌｏｗ  ｆｒａｃｔｉｏｎ）、流体力学的濾過などの、マイクロ流体現象、またはチューブラピンチ効果およびディーンフロー分画（ｄｅａｎ  ｆｌｏｗ  ｆｒａｃｔｉｏｎａｔｉｏｎ）などの慣性集束を使用し得る。しかし、マイクロ流体工学は、約５μｍ未満の小粒子に対して問題があり得、血小板または細胞などの、敏感な粒子を損傷し得る高圧の使用につながる。マイクロ流体装置は、特に、特定サイズの粒子の操作に対して、計算流体力学（ＣＦＤ）シミュレーションを必要とし得る。かかるＣＦＤ技術は複雑で、時間がかかり得、粒子不均一性（特に、生物学的用途において）、ならびに限られた計算力の制約によって制限され得る。
【０００６】
改善された粒子分離技術を必要としている１つの領域は、血球分離である。３つの主な血液成分−赤血球（ＲＢＣ）、濃厚血小板（ＰＣ）、および血漿−の３千万を超える個々の単位が、毎年米国で輸血されている。米国内で提供される全血（ＷＢ）全体のほぼ７０％が献血車で収集され、中央血液バンク施設から１００マイル以上離れている場合も多い。最適な保管条件（ＲＢＣに対しては１〜６℃、血小板に対しては２２±２℃、血漿に対しては−１８℃）が大幅に異なっているので、ＷＢは素早く分離すべきである。ＷＢを血液成分に処理するために現在使用されている遠心分離ベースの機器は、特に献血車にとっては、不必要に高額で、かさばり、面倒で、かつ大量にエネルギーを消費し得る。
【０００７】
さらに、ＷＢ分離のための高速遠心分離は、ダメージを与える物理的力を血球にかけ得、ＷＢを濃縮ＲＢＣと多血小板血漿（ＰＲＰ）に、その後ＰＲＰをＰＣと乏血小板血漿（ＰＰＰ）に分離するための２段階の遠心分離を必要とし得る。
【０００８】
本出願は、水性懸濁液またはスラリー中のサイズによる粒子の操作は困難な試みであると理解する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
一実施形態では、制御漸次濾過（ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  ｉｎｃｒｅｍｅｎｔａｌ  ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ）（ＣＩＦ）装置が提供される。ＣＩＦ装置は、マイクロ流体流中の所望サイズの粒子の濃度を調節するために構成され得る。ＣＩＦ装置は、基板を含み得る。基板は、少なくとも１つのＣＩＦモジュールを含み得る。基板は、各ＣＩＦモジュール内に中央チャネルを画定し得る。中央チャネルは、中央チャネル流入力と中央チャネル流出力との間で流路に沿って延在し得る。基板は、中央チャネルに隣接した複数のマイクロ特徴を画定し得る。複数のマイクロ特徴は、複数の間隙を画定し得る。複数のマイクロ特徴は、中央チャネルを少なくとも１つのサイドチャネル網から分離し得る。複数の間隙は、中央チャネルを少なくとも１つのサイドチャネル網に流体的に連結するように構成され得る。少なくとも１つのサイドチャネル網は、中央チャネルに沿って少なくとも１つのサイドチャネル出力まで延在し得る。少なくとも１つのサイドチャネル網は、第１のサイドチャネル網部分および第２のサイドチャネル網部分のうちの１つ以上を含み得る。
【００１０】
ＣＩＦ装置では、第１のサイドチャネル網部分は：中央チャネルに隣接した複数のサイドチャネル湾曲部、複数のマイクロ特徴の少なくとも一部、および複数の間隙の少なくとも一部を含み得る。複数のサイドチャネル湾曲部は、流路に沿って減少する、対応する複数の長さによって特徴付けられ得る。各サイドチャネル湾曲部は、第１のサイドチャネル網部分内の複数の間隙のうちの少なくとも１つの間隙を：複数の間隙内の隣接した間隙および複数の湾曲部内の隣接した湾曲部、のうちの１つ以上に流体的に連結し得る。
【００１１】
ＣＩＦ装置では、第２のサイドチャネル網部分は：中央チャネルに隣接したサイドチャネル、複数のマイクロ特徴の少なくとも一部、および複数の間隙の少なくとも一部を含み得る。サイドチャネルは、流れ断面によって特徴付けられ得る。流れ断面は流路に沿って増大し得、それにより第２のサイドチャネル網部分内の複数の間隙が：一貫した流れ分画ｆｇａｐおよび複数の異なる間隙体積流量、のうちの１つ以上によって特徴付けられる。
【００１２】
ＣＩＦ装置では、少なくとも１つのサイドチャネル網は、マイクロ流体流中の所望サイズの粒子の濃度を調節するのに効果的な、流路の少なくとも一部に沿って減少する流れ抵抗によって特徴付けられ得る。
【００１３】
別の実施形態では、制御漸次濾過（ＣＩＦ）装置のための方法が提供される。本方法は、流体中の所望サイズの粒子の濃度を調節し得る。本方法は、所望サイズの粒子を含有する流体を提供することを含み得る。本方法は、所望サイズの粒子を含有する流体を中央チャネルを通じ流路に沿って流すことを含み得る。中央チャネルは、中央チャネルを少なくとも１つの隣接したサイドチャネル網に流体的に連結する複数の間隙を含み得る。本方法は、所望サイズの粒子を含有する流体を複数の間隙に接触させることによって粒子の濃度を調節するのに効果的な流路の少なくとも一部に沿って、流れ抵抗を減少させることを含み得る。本方法は、所望サイズの粒子よりも大きい平均流れ断面を含む、複数の間隙を選択することを含み得る。本方法は、複数の間隙の少なくとも一部の間で、異なる間隙体積流量を生じさせることを含み得る。本方法は、中央チャネル内の一貫した流れ分画ｆｇａｐを、複数の間隙内の各間隙を横切らせ、かつ流路に沿って少なくとも１つのサイドチャネル網を通じて流すことを含み得る。
【００１４】
一実施形態では、制御漸次濾過（ＣＩＦ）装置を設計するための方法が提供される。ＣＩＦ装置は、流体中の所望サイズの粒子の濃度を調節し得る。本方法は、ＣＩＦ装置のための設計を準備することを含み得る。ＣＩＦ装置のための設計は、中央チャネルを含み得る。中央チャネルは、中央チャネル流入力と中央チャネル流出力との間で流路に沿って延在し得る。ＣＩＦ装置のための設計は、中央チャネルに隣接した少なくとも１つのサイドチャネル網を含み得る。少なくとも１つのサイドチャネル網は、流路に沿って少なくとも１つのサイドチャネル出力まで延在し得る。中央チャネルは、複数のマイクロ特徴によって少なくとも１つのサイドチャネル網から分離され得る。複数のマイクロ特徴は、複数の間隙ｉを画定し得る。複数の間隙は、中央チャネルと少なくとも１つのサイドチャネルを複数のマイクロ特徴を通じて流体的に連結するように構成され得る。本方法は、ＣＩＦ装置に対して所望の流れ分画ｆｇａｐを選択することを含み得る。本方法は、流路に沿って複数の調整された寸法を決定することを含み得る。本方法は、流体中の所望サイズの粒子の濃度を調節するのに効果的な流路の少なくとも一部に沿って減少する流れ抵抗を提供するのに効果的な、複数の調整寸法を組み込むようにＣＩＦ装置設計を適合させることを含み得る。
【００１５】
別の実施形態では、キットが提供される。キットは、マイクロ流体流中の所望サイズの粒子の濃度を調節するために構成された制御漸次濾過（ＣＩＦ）装置を含み得る。ＣＩＦ装置は、基板を含み得る。基板は、少なくとも１つのＣＩＦモジュールを含み得る。基板は、各ＣＩＦモジュール内に中央チャネルを画定し得る。中央チャネルは、中央チャネル流入力と中央チャネル流出力との間で流路に沿って延在し得る。基板は、中央チャネルに隣接した複数のマイクロ特徴を画定し得る。複数のマイクロ特徴は、複数の間隙を画定し得る。複数のマイクロ特徴は、中央チャネルを少なくとも１つのサイドチャネル網から分離し得る。複数の間隙は、中央チャネルを少なくとも１つのサイドチャネル網に流体的に連結するように構成され得る。少なくとも１つのサイドチャネル網は、中央チャネルに沿って少なくとも１つのサイドチャネル出力まで延在し得る。少なくとも１つのサイドチャネル網は、第１のサイドチャネル網部分および第２のサイドチャネル網部分のうちの１つ以上を含み得る。
【００１６】
ＣＩＦ装置では、第１のサイドチャネル網部分は：中央チャネルに隣接した複数のサイドチャネル湾曲部、複数のマイクロ特徴の少なくとも一部、および複数の間隙の少なくとも一部を含み得る。複数のサイドチャネル湾曲部は、流路に沿って減少する、対応する複数の長さによって特徴付けられ得る。各サイドチャネル湾曲部は、第１のサイドチャネル網部分内の複数の間隙のうちの少なくとも１つの間隙を：複数の間隙内の隣接した間隙および複数の湾曲部内の隣接した湾曲部、のうちの１つ以上に流体的に連結し得る。
【００１７】
ＣＩＦ装置では、第２のサイドチャネル網部分は：中央チャネルに隣接したサイドチャネル、複数のマイクロ特徴の少なくとも一部、および複数の間隙の少なくとも一部を含み得る。サイドチャネルは、流れ断面によって特徴付けられ得る。流れ断面は流路に沿って増大し得、それにより第２のサイドチャネル網部分内の複数の間隙が：一貫した流れ分画ｆｇａｐおよび複数の異なる間隙体積流量、のうちの１つ以上によって特徴付けられる。
【００１８】
ＣＩＦ装置では、少なくとも１つのサイドチャネル網は、マイクロ流体流中の所望サイズの粒子の濃度を調節するのに効果的な、流路の少なくとも一部に沿って減少する流れ抵抗によって特徴付けられ得る。
【００１９】
キットは、１組の命令を含み得る。１組の命令は、所望サイズの粒子を含有する流体を供給するためのユーザーに対する指示を含み得る。１組の命令は、所望サイズの粒子を含有する流体を中央チャネルを通じて流路に沿って流すためのユーザーに対する指示を含み得る。１組の命令は、所望サイズの粒子を含有する流体を複数の間隙に接触させることによって粒子の濃度を調節するのに効果的な流路の少なくとも一部に沿って流れ抵抗を減少させるための、ユーザーに対する指示を含み得る。１組の命令は、所望サイズの粒子に関して、より大きい平均流れ断面を含む複数の間隙を選択するためのユーザーに対する指示を含み得る。１組の命令は、複数の間隙の少なくとも一部の間で異なる間隙体積流量を生じさせるための、ユーザーに対する指示を含み得る。１組の命令は、中央チャネル内の一貫した流れ分画ｆｇａｐを、複数の間隙内の各間隙を横切らせ、かつ流路に沿って少なくとも１つのサイドチャネル網を通すための、ユーザーに対する指示を含み得る。
【００２０】
本明細書に組み込まれてその一部を構成する、添付の図は、方法および装置の例を図示し、実施形態例を説明するためにだけ使用される。
【００２１】
図１−Ａ、図１−Ｂ、図１−Ｃ、図１−Ｄ、図１−Ｅ、図１−Ｆ、図１−Ｇ、および図１−Ｈは、例示的ＣＩＦ装置の様々な図を示す。
【００２２】
図１０−Ａ〜図１０−Ｄは、装置長およびサイドチャネル幅の、所望の装置の深さｄおよび流れ分画ｆｇａｐの度合いなどの入力パラメータへの依存を示す一連のグラフである。
【００２３】
図１２−Ａ〜図１２−Ｃは、血小板濃縮装置の効率的な作製のための２ステップのプロセスを示す。
【００２４】
図１３−Ａ〜図１３−Ｃは、ＣＩＦ装置を示す。ｆｇａｐに対する値が、５．９μｍ〜８．３μｍの間の保持する粒子直径に対応して選択され、約９０％の総濾過率をもつ完全長装置をパターニングするために使用された。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１−Ａ】例示的ＣＩＦ装置を示すブロック図である。
【図１−Ｂ】例示的ＣＩＦ装置の第１のサイドチャネル網部分を示す略図である。
【図１−Ｃ】例示的ＣＩＦ装置の第１のサイドチャネル網部分を示す略図である。
【図１−Ｄ】例示的ＣＩＦ装置の流路に沿った側面の断面図である。
【図１−Ｅ】例示的ＣＩＦ装置の流路に沿ったクローズアップ上面図である。
【図１−Ｆ】例示的ＣＩＦ装置のクローズアップ斜視図である。
【図１−Ｇ】例示的ＣＩＦ装置の流路に沿った上面図である。
【図１−Ｈ】例示的ＣＩＦ装置の流路に垂直な断面図である。
【図２−Ａ】直列に流体連結された２つのＣＩＦモジュールを含むＣＩＦ装置のブロック図である。
【図２−Ｂ】並列に流体連結された２つのＣＩＦモジュールを含むＣＩＦ装置のブロック図である。
【図３】少なくとも１つの追加の分離装置を含むＣＩＦ装置のブロック図である。
【図４】制御漸次濾過のための例示的方法を示す流れ図である。
【図５】ＣＩＦ装置を設計するための例示的方法を示す流れ図である。
【図６】ＣＩＦ装置および制御漸次濾過のための例示的方法を実施するための命令を含む例示的キットを示すブロック図である。
【図７Ａ】ＷＢの等価体積（３ｍＬ）に対する様々な容器のアスペクト比に従うＷＢの沈降を示す。
【図７Ｂ】ＷＢの等価体積（３ｍＬ）に対する容器のアスペクト比への沈降速度の依存を示すグラフである。
【図８】沈降の５５分後に、３ｍＬのシリンジ中に押し出された例示的ＰＲＰ層を示す。
【図９】１×ｇ沈降を使用して５００ｍＬ単位のＷＢをＲＢＣとＰＲＰに分離するための例示的ステージ１モジュールを示す。
【図１０−Ａ】粒子濾過／濃縮の所与の総度合いを達成するための間隙の総数とｆｇａｐの値との間の逆相関を示すグラフであり、それは左から右に曲線内で５．７６×１０−３から９．６×１０−５まで直線的に減少する。
【図１０−Ｂ】図１０−Ａにおけるのと同じｆｇａｐの値に対して、サイドチャネル流対中央チャネル流の比率がユニット終点条件に向かって増加する間に、サイドチャネル幅ｗｓ（ｉ）が各後続の間隙で増加し得ることを示すグラフである。
【図１０−Ｃ】ｆｇａｐが１．７６×１０−４で一定に保たれる間に、様々な深さ（左から右に：１５０μｍ、１００μｍ、５０μｍ、２５μｍ、１０μｍ、５μｍ）について、ｗｓ（ｉ）湾曲部の深さ依存を示すグラフである。
【図１０−Ｄ】ｆｇａｐが一定である場合に、図１０−Ｃの６事例が、装置の深さとは無関係に、同じ相対流れ分画曲線を生成することを示すグラフである。
【図１１】中央チャネル幅の流れ分画ｆｇａｐへの影響を示す棒グラフである。
【図１２−Ａ】ある範囲の流れ分画ｆｇａｐ値および所与のｗｃ値をもつ検査装置セグメントの平行配列において、中央チャネル内での血小板保持（左パネル）と血小板損失（右パネル）との間の遷移を示す顕微鏡写真である。
【図１２−Ｂ】所与のパラメータをもつ長尺装置がフォトマスク作成のために容易にパターニングされることを示す概略図である。
【図１２−Ｃ】血小板の８５％以上が中央チャネル内に保持され得ることを示す、操作中の代表的な装置の出力の顕微鏡写真であり、粒子濃度における約３倍の濃縮を表す。
【図１３−Ａ】中央チャネルの幅よりもずっと長い端部サイドチャネル幅をもつＣＩＦ装置を示す概略図である。
【図１３−Ｂ】中央チャネル内の１．５〜４μｍ血小板および８．３μｍ粒子を示すＣＩＦ装置の入力の画像である。
【図１３−Ｃ】血小板と比較して大きい８．３μｍ直径粒子の選択的保持および濃縮を示すＣＩＦ装置の出力の画像である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図１−Ａ、図１−Ｂ、図１−Ｃ、図１−Ｄ、図１−Ｅ、図１−Ｆ、図１−Ｇ、および図１−Ｈは、例示的ＣＩＦ装置１００またはその部分の様々な図を示す。図１Ａは、例示的ＣＩＦ装置１００の様々な態様を示すブロック図１０１Ａである。ＣＩＦ装置１００は、マイクロ流体流１０４中の所望サイズの粒子１０２の濃度を調節するために構成され得る。マイクロ流体流１０４は、例えば、かなりの量の所望サイズの粒子１０２が存在するかどうかを測定する試験のための流体を含み得ることを理解されたい。ＣＩＦ装置１００は、基板１０６を含み得る。基板１０６は、少なくとも１つのＣＩＦモジュール１０８を含み得る。基板１０６は、各ＣＩＦモジュール１０８内に中央チャネル１１０を画定し得る。中央チャネル１１０は、中央チャネル流入力１１４と中央チャネル流出力１１６との間で流路１１２に沿って延在し得る。基板１０６は、中央チャネル１１０に隣接した複数のマイクロ特徴１２２を画定し得る。複数のマイクロ特徴１２２は、複数の間隙１２４を画定し得る。複数のマイクロ特徴１２２は、中央チャネル１１０を少なくとも１つのサイドチャネル網１１７から分離し得る。複数の間隙１２４は、中央チャネル１１０をサイドチャネル網１１７に流体的に連結するように構成され得る。サイドチャネル網１１７は、中央チャネル１１０に沿って少なくとも１つのサイドチャネル出力１２０まで延在し得る。サイドチャネル網１１７は、第１のサイドチャネル網部分１１７ａおよび第２のサイドチャネル網部分１１７ｂのうちの１つ以上を含み得る。ＣＩＦ装置１００では、サイドチャネル網１１７は、マイクロ流体流１０４中の所望サイズの粒子１０２の濃度を調節するのに効果的な、流路１１２の少なくとも一部に沿って減少する流れ抵抗によって特徴付けられ得る。様々な実施形態では、第１のサイドチャネル網部分１１７ａ内の複数の間隙１２４ａが：一貫した流れ分画ｆｇａｐおよび複数の異なる間隙体積流量、のうちの１つ以上によって特徴付けられる。いくつかの実施形態では、サイドチャネル網１１７内の複数の間隙１２４が：一貫した流れ分画ｆｇａｐおよび複数の異なる間隙体積流量、のうちの１つ以上によって特徴付けられる。
【００２７】
図１−Ｂは、マイクロ流体流１０４、基板１０６、ＣＩＦモジュール１０８、中央チャネル１１０、流路１１２、複数のマイクロ特徴１２２ａ、および複数の間隙１２４ａなどの、図１−Ａにブロック形式で例示された特徴を含む、第１のサイドチャネル網部分１１７ａの様々な態様を示す上面図の概略図１０１Ｂである。さらに、例えば、第１のサイドチャネル網部分１１７ａは、中央チャネル１１０に隣接した複数のサイドチャネル湾曲部１１９を含み得る。第１のサイドチャネル網部分１１７ａは、複数のマイクロ特徴１２２ａの少なくとも一部、および複数の間隙１２４ａの少なくとも一部を含み得る。複数のサイドチャネル湾曲部１１９は、流路１１２に沿って減少する、対応する複数の長さ１２１ａによって特徴付けられ得る。各サイドチャネル湾曲部１１９は、第１のサイドチャネル網部分１１７ａ内の複数の間隙１２４ａのうちの少なくとも１つの間隙を：複数の間隙１２４ａ内の隣接した間隙および複数の湾曲部１１９内の隣接した湾曲部、のうちの１つ以上に流体的に連結し得る。
【００２８】
図１−Ｃは、粒子１０２、マイクロ流体流１０４、基板１０６、ＣＩＦモジュール１０８、中央チャネル１１０、流路１１２、中央チャネル流入力１１４、中央チャネル流出力１１６、複数のマイクロ特徴１２２ａ、複数の間隙１２４ａ、およびサイドチャネル出力１２０などの、図１−Ａにブロック形式で例示された特徴を含む、第２のサイドチャネル網部分１１７ｂの様々な態様を示す上面図の概略図１０１Ｃである。さらに、例えば、第２のサイドチャネル網部分１１７ｂは、中央チャネル１１０に隣接した複数のサイドチャネル１１８を含み得る。第２のサイドチャネル網部分１１７ｂは、複数のマイクロ特徴１２２ｂの少なくとも一部を含み得る。第２のサイドチャネル網部分１１７ｂは、複数の間隙１２４ｂの少なくとも一部を含み得る。サイドチャネル１１８は、流れ断面１３９によって特徴付けられ得る（図１−Ｈを参照）。流れ断面１３９は流路１１２に沿って増大し得、それにより第２のサイドチャネル網部分１１７ｂ内の複数の間隙１２４ｂが：一貫した流れ分画ｆｇａｐおよび複数の異なる間隙体積流量、のうちの１つ以上によって特徴付けられる。
【００２９】
図１−Ａを再度参照すると、いくつかの実施形態では、サイドチャネル網１１７は、流路１１２に沿って順に、第１のサイドチャネル網部分１１７ａ、その後に第２のサイドチャネル網部分１１７ｂを含み得る。いくつかの実施形態では、ＣＩＦ装置１００は、サイドチャネル網１１７、１１７’の２つを含み得る。サイドチャネル網１１７、１１７’は、中央チャネル１１０に隣接し得る。例えば、２つのサイドチャネル網１１７、１１７’は中央チャネル１１０によって分離され得、かつ中央チャネル１１０の両側に配置され得る。
【００３０】
図１−Ｂを参照すると、例えば、２つのサイドチャネル網１１７、１１７’に対して、基板１０６は、中央チャネル１１０に隣接した少なくとも２つの複数のサイドチャネル湾曲部１１９、１１９’および少なくとも２つの複数のマイクロ特徴１２２ａ、１２２ａ’を含む、２つの第１のサイドチャネル網１１７ａ、１１７ａ’を画定し得る。少なくとも２つの複数のサイドチャネル湾曲部１１９、１１９’は、流路１１２に沿って減少する、少なくとも２つの対応する複数の長さ１２１ａ、１２１ａ´によって特徴付けられ得る。中央チャネル１１０は、少なくとも２つの複数のサイドチャネル湾曲部１１９、１１９’の各々から、各複数のマイクロ特徴１２２ａ、１２２ａ’によって分離され得る。少なくとも２つの複数のマイクロ特徴１２２ａ、１２２ａ’は、少なくとも２つの複数の間隙１２４ａ、１２４ａ’を画定し得る。少なくとも２つの複数の間隙１２４ａ、１２４ａ’は、複数のマイクロ特徴１２２ａ、１２２ａ’を通じて中央チャネル１１０および複数のサイドチャネル湾曲部１１９、１１９’を流体的に連結するように構成され得る。複数のサイドチャネル湾曲部１１９、１１９’の各々は、第１のサイドチャネル網部分１１７ａ内の複数の間隙１２４ａ、１２４ａ’の少なくとも１つの対応する間隙を：複数の間隙１２４ａ、１２４ａ’内の隣接した対応する間隙および複数のサイドチャネル湾曲部１１９、１１９’内の隣接した対応する湾曲部、のうちの１つ以上に流体的に連結し得る。
【００３１】
図１−Ｃを参照すると、例えば、サイドチャネル網１１７、１１７’に対して、基板１０６は、中央チャネル１１０に隣接した少なくとも２つのサイドチャネル１１８、１１８’および少なくとも２つの複数のマイクロ特徴１２２ｂ、１２２ｂ’を含む、２つの第２のサイドチャネル網部分１１７ｂ、１１７ｂ’を画定し得る。中央チャネル１１０は、サイドチャネル１１８、１１８’の各々から、各複数のマイクロ特徴１２２ｂ、１２２ｂ’によって分離され得る。複数のマイクロ特徴１２２ｂ、１２２ｂ’は、少なくとも２つの複数の間隙１２４ｂ、１２４ｂ’を画定し得る。複数の間隙１２４ｂ、１２４ａ’は、複数のマイクロ特徴１２２ｂ、１２２ｂ’を通じて中央チャネル１１０およびサイドチャネル１１８、１１８’を流体的に連結するように構成され得る。
【００３２】
様々な実施形態では、対応する関連付けられた特徴は、各図において同様の特徴番号および同様の記述例証によって示され得る（例えば、マイクロ特徴１２２および１２２’）が、ダッシュ記号によって区別される。例えば、基板１０６は、少なくとも２つのサイドチャネル１１８、１１８’を画定し得、本明細書で、少なくとも１つのサイドチャネル１１８、またはマイクロ特徴１２２’などの、少なくとも１つのサイドチャネル１１８と関連付けられた特徴を参照する任意の記述は、少なくとも１つのサイドチャネル１１８’、またはマイクロ特徴１２２’などの、その対応する特徴まで相応に及ぶ。さらに、例えば、基板１０６が少なくとも２つのサイドチャネル１１８、１１８’を画定し得るとき、各サイドチャネル１１８、１１８’および対応するその関連付けられた特徴は、同じであるか、または異なり得る。例えば、サイドチャネル１１８およびその関連付けられた特徴は、流路１１２の少なくとも一部に沿って中央チャネル１１０に渡り、サイドチャネル１１８’および対応するその関連付けられた特徴に関して鏡像であり得る。例えば、深さ１４２および１４２’は、同じであるか、または異なっていてよく、例えば、同じである。さらに、例えば、複数のマイクロ特徴１２２および複数の間隙１２４は、流路１１２の少なくとも一部に沿って複数のマイクロ特徴１２２’および複数の間隙１２４’と比較して、同じまたは異なる寸法を有し得、例えば、同じ寸法である。また、例えば、複数のマイクロ特徴１２２および複数の間隙１２４は、複数のマイクロ特徴１２２’および複数の間隙１２４’に関して流路１１２の少なくとも一部に沿って、位置合わせまたはオフセットされ得、例えば、位置合わせされる。様々な実施形態では、中央チャネル１１０の対応する特徴は、サイドチャネル１１８および／または１１８’の対応する特徴と、同じであるか、または異なっていてよく、例えば、同じである。例えば、深さ１４０、１４２、および１４２’は、同じであるか、または異なっていてよく、例えば、同じである。本明細書で同様の特徴番号によって示され、かつダッシュ記号によって区別される全ての対応する関連付けられた特徴は、このような様式で同じであるか、または異なり得ると明確に考えられる。
【００３３】
図１−Ｄは、例示的ＣＩＦ装置１００の様々な態様を示す、流路１１２に沿った断面図１０１Ｄである。図１−Ｅは、例示的ＣＩＦ装置１００の様々な態様を詳細に示す、流路１１２に沿ったクローズアップ上面図１０１Ｅである。各ＣＩＦモジュール１０８内の複数の間隙１２４は、流路１１２に平行な平均間隙断面積１２６によって特徴付けられ得る。平均間隙断面積１２６は、粒子１０２による複数の間隙１２４の汚損を軽減または除外するのに効果的な所望サイズの粒子１０２と比較してサイズを調整され得る。例えば、所望サイズに相当するサイズの間隙は、粒子１０２によって汚損され得るか、または塞がれ得る。粒子１０２と比較して大きくなるように平均間隙断面積１２６を選択すると、かかる汚損を軽減または除外し得る。平均間隙断面積１２６は、複数の間隙１２４による粒子１０２の立体排除を軽減または除外するのに効果的な所望サイズの粒子１０２と比較してサイズを調整され得る。例えば、従来のサイズ排除フィルタは、排除されるべき粒子より小さい間隙を使用して、サイズに基づき物理的または立体的に粒子を排除することにより機能する。粒子１０２と比較して大きくなるように平均間隙断面積１２６を選択すると、かかる立体サイズ排除を軽減または除外し得、これにより間隙１２４は、たとえ平均間隙断面積１２６が粒子１０２と比較して大きくても、ＣＩＦ装置１００内でのマイクロ流体流挙動に基づき、粒子１０２を排除し得る。第１のサイドチャネル網１１７ａおよび第２のサイドチャネル網１１７ｂのうちの１つ以上の内の複数の間隙１２４内の各間隙は、流路１１２に平行な平面内の実質的に同じ断面の流量範囲１２６によって特徴付けられ得る。例えば、第１のサイドチャネル網１１７ａおよび第２のサイドチャネル網１１７ｂのうちの１つ以上の内の複数の間隙１２４は、流路１１２に沿って実質的に等間隔であり得る。各ＣＩＦモジュール１０８内の複数の間隙１２４は：５０、７５、１００、１５０、２００、２５０、５００、７５０、１，０００、２，５００、５，０００、７，５００、１０，０００、５０，０００、１００，０００、５００，０００、および１，０００，０００、のうちの少なくとも約１つ以上、または前述値の任意の２つの間の範囲、の数の間隙１２４を含み得る。
【００３４】
様々な実施形態では、第１のサイドチャネル網１１７ａおよび第２のサイドチャネル網１１７ｂのうちの１つ以上の内の複数の間隙１２４は、流路１１２に平行な各間隙１２４の幅１４４対、基板１０６内の各間隙１２４の深さ１４２の平均アスペクト比によって特徴付けられ得る。幅１４４対深さ１４２のアスペクト比は、約：１６：１、１５：１、１０：１、５：１、４：１、３：１、２：１、１：１、１：２、１：３、１：４、１：５、１：１０、１：１５、１：２０、１：２５、および１：３０のうちの約１つ以上より小さくてよい。複数の間隙１２４は、基板１０６内の平均間隙深さ１４２によって特徴付けられ得る。チャネル１１０は、基板１０６内の深さ１４０によって特徴付けられ得る。平均間隙深さ１４２は：５、６、７、８、９、１０、１５、２０、２５、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、および１００のうちの約１つ以上の深さ１４０の百分率であり得る。深さ１４０は約：５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、７５、１００、１２５、１５０、２００、２５０、３００、４００、および５００のうちの１つ以上より大きいμｍ値であり得る。
【００３５】
いくつかの実施形態では、中央チャネル１１０および複数の間隙１２４は、第１のサイドチャネル網１１７ａおよび第２のサイドチャネル網１１７ｂのうちの１つ以上の内で、流路１１２および中央チャネル１１０の深さ１４０の両方に垂直な中央チャネル幅１３６によってそれぞれ特徴付けられ得る。中央チャネル１１０および複数の間隙１２４は、流路１１２に並行な平均間隙深さ１４４によって特徴付けられ得る。平均間隙幅１４４は、約：１０、２０、２１、２２、２３、２４、２５、３０、３５、４０、４５、および５０のうちの１つ以上の幅１３６の百分率を上回り得る。
【００３６】
図１−Ｆは、例示的ＣＩＦ装置１００の様々な態様を示す、流路１１２に沿ったクローズアップ斜視図１０１Ｆである。様々な実施形態では、各ＣＩＦモジュール１０８内の中央チャネル１１０は、中央チャネル流入力１１４を通じて入力源１２８に流体的に連結され得る。さらに、例えば、サイドチャネル網１１７は、中央チャネル１１０への複数の間隙１２４を通じて入力源１２８に流体的に連結され得る。中央チャネル１１０は、残余分出力貯蔵器１３０に流体的に連結され得る。サイドチャネル網１１７は、濾液出力貯蔵器１３２に流体的に連結され得る。
【００３７】
図１−Ｇを参照すると、流路１１２は、基板１０６内に１つ以上の曲がり目１３４を含み得る。各ＣＩＦモジュール１０８は、約：０．１、０．５、０．７５、１、２、２．５、５、７．５、１０、１５、２０、２５、５０、７５、１００、２５０、５００、および１０００、の少なくとも１つ以上、または前述値の任意の２値間の範囲、のｃｍで流路長を提供するように構成され得る。
【００３８】
図１−Ｈは、例示的ＣＩＦ１００装置内の第２のサイドチャネル網部分１１７ｂの様々な態様を示す、流路１１２に垂直な断面図１０１Ｈである。いくつかの実施形態では、第２のサイドチャネル網部分１１７ｂは、サイドチャネル１１８の断面積１３９対、中央チャネル１１０の断面積１３７の比率によって特徴付けられ得る。断面積１３７、１３９は、流路１１２に垂直であり得る。断面積１３７、１３９の比率は、流路１１２の少なくとも一部に沿って増加し得る。いくつかの実施形態では、断面積１３７、１３９の比率は、少なくとも１つのサイドチャネル１１８の幅１３８および中央チャネル１１０の幅１３６に従い、流路１１２の少なくとも一部に沿って増加し得る。各幅１３６、１３８は、流路１１２および基板１０６内の中央チャネル１１０の深さ１４０の両方に垂直であり得る。流れ断面積１３７は、流路１１２に沿って、例えば、第２のサイドチャネル網部分１１７ｂに沿って、一定であり得る。さらに、例えば、サイドチャネル１１８の流れ断面積１３９は、流路１１２に沿って増加し得る。各ＣＩＦモジュール１０８は、流路１１２に垂直な中央チャネル１１０の流れ断面積１３７により、第２のサイドチャネル網部分１１７ｂに沿って特徴付けられ得る。流れ断面積１３７は、例えば、流路１１２に沿って、一定であり得るか、増加し得るか、または減少し得る。さらに、例えば、サイドチャネル１１８の断面積１３９は、流路１１２に沿って、一定であり得るか、増加し得るか、または減少し得る。
【００３９】
いくつかの実施形態では、ＣＩＦ装置１００は： 
【数１】
2017510450.tif 000003
および
【数２】
2017510450.tif 000004
に従い、少なくとも一部がｆｇａｐの関数として特徴付けられ得る。
【００４０】
記号Ｒｃは、中央チャネル１１０の流れ抵抗を表し得る。記号Ｒｓ（ｉ−１）は、複数の間隙１２４内の間隙ｉ−１と間隙ｉとの間の少なくとも１つのサイド網１１７の一部内の流れ抵抗を表し得る。増分記号ｉは、流路１１２に沿った複数の間隙１２４内の各間隙に対して１だけ増加され得る。記号Ｒｓ（ｉ）は、複数の間隙１２４内の間隙ｉと間隙ｉ＋１との間の、少なくとも１つのサイド網１１７の一部内の流れ抵抗を表し得る。記号Ｒ（ｗ，ｄ，μ，Ｌ）は、中央チャネル１１０または少なくとも１つのサイド網１１７の一部内のチャネルセグメントの抵抗を表し得る。記号ｗは、チャネルセグメントの矩形チャネルとしての近似に対応する幅を表し得る。記号ｄは、チャネルセグメントの矩形チャネルとしての近似に対応する深さを表し得る。記号Ｌは、チャネルセグメントの矩形チャネルとしての近似に対応する長さを表し得る。記号μは、流体の粘性を表し得る。各Ｌは、複数のサイドチャネル湾曲部１１９に対応する複数の長さ１２１ａのうちの１つに対応し得る。各Ｌは、複数の間隙１２４内の対応する一対の間隙間の、サイドチャネル１１８に沿ったチャネルセグメントの長さに対応し得る。
【００４１】
様々な実施形態では、ＣＩＦ装置１００は、以下のように特徴付けられ得る。複数の間隙１２４の少なくとも一部は、間隙ｉにおいて中央チャネル１１０を通る体積流量Ｑｃ（ｉ）と比較した流れ分画ｆｇａｐによって特徴付けられ得る。流れ分画ｆｇａｐは、約：０．０１、０．００７５、０．００５、０．００２５、０．００１、０．０００７５、０．０００５、０．０００２５、０．０００１、０．００００７５、０．００００５、０．００００２５、および０．００００１のうちの１つ以上より小さくてよい。２５℃の温度および各ＣＩＦモジュール１０８を通る２ＰＳＩの流れ圧力にて水中で１％  ｗ／ｗ  ４μｍポリスチレンミクロビーズの混合物を使用してマイクロ流体流を操作すると、流れ分画ｆｇａｐは、約±１、２．５、５、７．５、１０、１５、および２０未満の複数の間隙１２４の間での百分率標準偏差によって特徴付けられる平均であり得る。各ＣＩＦモジュール１０８は、２５℃の温度および２ＰＳＩの流れ圧力にて水中で１％  ｗ／ｗ  ４μｍポリスチレンミクロビーズの混合物を使用してマイクロ流体流を操作する際に、マイクロ流体流１０４中の所望サイズの粒子１０２を濃縮するように構成され得る。中央チャネル流入力１１４における開始粒子濃度から、中央チャネル流出力１１６における最終濃度への濃縮は、約：１．５：１、２：１、２．５：１、３：１、３．５：１、４：１、５：１、７，５：１、１０：１、１５：１、２０：１、２５：１、５０：１、７５：１、１００：１、１２５：１、１５０：１、２００：１、および２５０：１のうちの１つ以上の濃縮係数を含み得る。各ＣＩＦモジュール１０８は、マイクロ流体流１０４中の粒子１０２の百分率を維持するように構成され得る。維持される粒子１０２の百分率は、約：５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、９７．５、９９、および１００のうちの少なくとも１つ以上であり得る。
【００４２】
様々な実施形態では、粒子１０２の所望サイズは、約：０．５、１、１．２、１．４、１．６、１．８、２、２．５、３、３．５、４、４．５、５、７．５、１０、１５、２０、２５、５０、７５、１００、１２５、および１５０のうちの１つ以上より大きいμｍの有効平均直径によって特徴付けられ得る。複数の間隙１２４は、流路１１２に並行な平均間隙断面積１２６を有して各ＣＩＦモジュール１０８内に構成され得る。平均間隙断面積１２６は、マイクロ流体流から分離されるべき粒子１０２の所望サイズを上回り得る。平均間隙断面積１２６は、約：２：１、３：１、４：１、５：１、７．５：１、１０：１、１５：１、および２０：１のうちの１つ以上の係数によって、粒子１０２の所望サイズを上回り得る。
【００４３】
様々な実施形態では、粒子１０２は：赤血球、血小板、白血球、末梢循環腫瘍細胞、幹細胞、無効な保存赤血球（ｅｆｆｅｔｅ  ｓｔｏｒｅｄ  ｅｒｙｔｈｒｏｃｙｔｅ）、自己Ｔ細胞増殖由来のＴ細胞、有機微粒子、無機微粒子、有機金属微粒子、金属微粒子、エアロゾル粒子、細菌、酵母、真菌、藻類、ウイルス、微小無脊椎動物またはその卵、花粉、細胞または組織片、細胞集団、細胞残屑（例えば、ＤＮＡまたはＲＮＡ精製に関連した細胞残屑）、バイオリアクター生成細胞または微粒子、タンパク質、タンパク質集合体、プリオン、小胞、リポソーム、沈殿物（例えば、血液または血液分画物からの沈殿物、産業プロセス沈殿物、廃水沈殿物など）、発酵食品からの微粒子または細胞（例えば、発酵飲料からの微粒子または細胞）、巨大分子、巨大分子集合体、ＤＮＡ、細胞小器官、胞子、幹細胞、気泡、液滴、およびエキソソーム、のうちの１つ以上を含み得る。マイクロ流体流１０４は、流体中に粒子１０２を含み得る。流体は：全血またはその分画；羊水；臍帯血；胆汁；脳脊髄液；皮膚細胞；滲出液；糞便；胃液；リンパ；乳；粘液；腹水；血漿；胸水；膿；唾液；皮脂；精液；汗；滑液；涙；尿；水；緩衝液；地下水；海水；雨水；樹液；動物組織のホモジネート、抽出物、または圧搾物；植物組織のホモジネート、抽出物、または圧搾物；廃水；産業プロセス流体または液体製品；発酵ブロス；結晶化または沈殿物流体；食品または食品加工中間物（例えば、発酵飲料）；油；無機溶媒；有機溶媒；イオン性溶媒；蜂蜜；シロップ；リンパ液；血清；および溶解物；のうちの１つ以上を含み得る。
【００４４】
様々な実施形態では、ＣＩＦモジュール１０８は、マイクロ流体流を：重力指向流、真空指向流、電気浸透指向流、電気運動指向流、機械的ポンプ圧送流（例えば、シリンジポンプを使用する）など、のうちの１つ以上として操作できるように構成され得る。各ＣＩＦモジュール１０８は、中央チャネル流出力１１６の体積流量と、少なくとも１つのサイドチャネル出力１２０の体積流量とが実質的に等しくなるように、構成され得る。
【００４５】
いくつかの実施形態では、基板１０６は、ＣＩＦモジュール１０８、１０８’の２つ以上を含み得る。基板１０６は、直列または流体的に並列に連結された、２つ以上のＣＩＦモジュール１０８、１０８’の配列を含み得る。例えば、基板１０６は、図２Ａに示すように、流体的に直列に連結された、２つ以上のＣＩＦモジュール１０８、１０８’の配列２００Ａを含み得る。基板１０６は、図２−Ｂに示すように、流体的に並列に連結された、２つ以上のＣＩＦモジュール１０８、１０８’の配列２００Ｂを含み得る。図２−Ａおよび図２−Ｂに示す構成および流れは例示に過ぎず、他の構成および流れが考えられる。
【００４６】
ＣＩＦ装置１００は、図３に示すように、少なくとも１つの追加の分離装置３０２をさらに含み得る。分離装置３０２、３０２’、３０２”は：中央チャネル流入力１１４、中央チャネル流出力１１６、および少なくとも１つのサイドチャネル流出力１２０、のうちの１つ以上に流体的に連結され得る。追加の分離装置３０２、３０２’、３０２”は：フィルタ、遠心分離器、電気泳動装置、クロマトグラフィーカラム、流体蒸発器、沈殿装置、決定論的側方変位装置、血漿スキマー（ｐｌａｓｍａ  ｓｋｉｍｍｅｒ）、辺縁趨向装置（ｍａｒｇｉｎａｔｉｏｎ  ｄｅｖｉｃｅ）、磁気分離器、超音波集束装置、密度勾配分離装置など、のうちの１つ以上を含み得る。
【００４７】
基板１０６は：ガラス、ポリマー、金属、セラミック、および半導体、のうちの１つ以上を含み得る。基板１０６は、熱可塑性ポリマー（例えば、ポリカーボネート）、またはエストラマーゴム（例えば、ポリジメチルシロキサン）を含み得る。ＣＩＦ装置１００は：使い捨て可能、無菌、および殺菌可能、の１つ以上であるように構成され得る。
【００４８】
図４は、制御漸次濾過のための方法４００を示す流れ図である。様々な実施形態では、方法４００は、流体中の所望サイズの粒子を濃縮し得る。方法４００は、所望サイズの粒子を含有する流体を供給すること（４０２）を含み得る。「所望サイズの粒子を含有する流体」は、例えば、かなりの量の所望サイズの粒子が存在するかどうかを測定する試験のための流体を含み得ることを理解されたい。方法４００は、中央チャネルを通じて流路に沿って所望サイズの粒子を含有する流体を流すこと（４０４）を含み得る。中央チャネルは、中央チャネルを少なくとも１つの隣接したサイドチャネル網に流体的に連結する複数の間隙を含み得る。方法４００は、所望サイズの粒子を含有する流体を複数の間隙に接触させることにより粒子の濃度を調節するのに効果的な、流路の少なくとも一部に沿って流れ抵抗を減少させること（４０６）を含み得る。方法４００は、所望サイズの粒子よりも大きい平均流れ断面を含む複数の間隙を選択すること（４０８、４０８Ａ）を含み得る。方法４００は、複数の間隙の少なくとも一部の間で異なる間隙体積流量を生じさせること（４０８、４０８Ｂ）を含み得る。方法４００は、中央チャネル内の一貫した流れ分画ｆｇａｐを、複数の間隙内の各間隙を横切らせ、かつ流路に沿って少なくとも１つのサイドチャネル網を通って流すこと（４０８、４０８Ｃ）を含み得る。
【００４９】
方法４００は、少なくとも１つのサイドチャネル網を提供することを含み得る。少なくとも１つのサイドチャネル網は、第１のチャネル網部分を含み得る。第１のチャネル網部分は、中央チャネルに隣接した複数のサイドチャネル湾曲部を含み得る。複数のサイドチャネル湾曲部は、流れ抵抗を減少させるのに効果的な、流路に沿って長さを減少させることによって特徴付けられ得る。少なくとも１つのサイドチャネル網は、第２のサイドチャネル網部分を含み得る。第２のサイドチャネル網部分は、中央チャネルに隣接したサイドチャネルを含み得る。サイドチャネルは：一貫した流れ分画ｆｇａｐおよび複数の異なる間隙体積流量、のうちの１つ以上を生じさせるのに効果的な流路に沿って増加する流れ断面によって特徴付けられ得る。本方法は、流体を、流路に沿って順に第１のサイドチャネル網部分を通り、次に第２のサイドチャネル網部分を通って流すことを含み得る。
【００５０】
いくつかの実施形態では、方法４００は、所望サイズの粒子と比較して大きい平均間隙断面積を含む複数の間隙を選択することを含み得る。粒子より小さい間隙に比べて、より大きい平均間隙断面積は、粒子による複数の間隙の汚損を軽減または除外するのに効果的であり得る。より大きい平均間隙断面積は、複数の間隙による粒子の立体排除を軽減または除外するのに効果的でもあり得る。
【００５１】
いくつかの実施形態では、方法４００は、約：１６：１、１５：１、１０：１、５：１、４：１、３：１、２：１、１：１、１：２、１：３、１：４、１：５、１：１０、１：１５、１：２０、１：２５、および１：３０のうちの約１つ以上より小さい、流路に沿った各間隙の幅対、各間隙の深さの平均アスペクト比を提供することを含み得る。中央チャネルは、約：５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、７５、１００、１２５、１５０、２００、２５０、３００、４００、および５００のうちの１つ以上より大きいμｍ値の深さを含み得る。複数の間隙の平均の深さは、中央チャネルの深さよりも、約：５、６、７、８、９、１０、１５、２０、２５、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、および１００のうちの１つ以上の百分率だけ、大きい可能性がある。複数の間隙の流路に沿った平均間隙幅は、中央チャネルの幅よりも、約：２０、２１、２２、２３、２４、２５、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、および１００のうちの１つ以上の百分率だけ、大きい可能性がある。平均間隙流れ断面は、所望サイズの粒子よりも、約：２：１、３：１、４：１、５：１、７．５：１、１０：１、１５：１、および２０：１のうちの１つ以上の係数だけ、大きい可能性がある。
【００５２】
様々な実施形態では、方法４００は、流路に沿って中央チャネルに隣接した２つのサイドチャネル網を提供することを含み得る。本方法は、約：０．１、０．５、０．７５、１、２、２．５、５、７．５、１０、１５、２０、２５、５０、７５、１００、２５０、５００、および１０００、のうちの少なくとも１つ以上のｃｍで流路長を提供することを含み得る。本方法は、各少なくとも１つのサイドチャネル網に対して：５０、７５、１００、１５０、２００、２５０、５００、７５０、１，０００、２，５００、５，０００、７，５００、１０，０００、５０，０００、１００，０００、５００，０００、および１，０００，０００、のうちの少なくとも約１つ以上の多数の間隙を含む、複数の間隙を提供することを含み得る。本方法は、少なくとも１つのサイドチャネルの断面積対、中央チャネルの断面積の比率を流路に沿って増加させることを含み得る。少なくとも１つのサイドチャネルの断面積対、中央チャネルの断面積の比率は、少なくとも１つのサイドチャネルの幅および中央チャネルの幅に従い、流路に沿って増加し得る。本方法は、中央チャネルの断面積を流路に沿って一定に保つこと、および少なくとも１つのサイドチャネルの断面積を流路に沿って増加させることを含む、比率を流路に沿って増加させることを含み得る。本方法は、一定な中央チャネルの断面積を流路に沿って減少させること、および少なくとも１つのサイドチャネルの断面積を流路に沿って維持するか増加させることを含む、比率を流路に沿って増加させることを含み得る。本方法は、中央チャネルの断面積を流路に沿って維持するか、増加させるか、または減少させることを含む、比率を流路に沿って増加させることを含み得る。本方法は、少なくとも１つのサイドチャネルの断面積を流路に沿って維持するか、増加させるか、または減少させることを含む、比率を流路に沿って増加させることを含み得る。
【００５３】
様々な実施形態では、本方法は、少なくとも１つのサイドチャネルの流体抵抗対、中央チャネルの流体抵抗の比率を流路に沿って増加させることを含み得る。
【００５４】
いくつかの実施形態では、方法４００は：
【数３】
2017510450.tif 000005
および
【数４】
2017510450.tif 000006
のうちの１つ以上に従うｆｇａｐの関数として少なくとも一部が特徴付けられた流体を流すことを含み得る。
【００５５】
記号Ｒｃは、中央チャネル１１０の流れ抵抗を表し得る。記号Ｒｓ（ｉ−１）は、複数の間隙内の間隙ｉ−１と間隙ｉとの間の少なくとも１つのサイド網１１７の一部内の流れ抵抗を表し得る。増分記号ｉは、流路に沿った複数の間隙内の各間隙に対して１だけ増加され得る。記号Ｒｓ（ｉ）は、複数の間隙内の間隙ｉと間隙ｉ＋１との間の少なくとも１つのサイド網の一部の内の流れ抵抗を表し得る。記号Ｒ（ｗ，ｄ，μ，Ｌ）は、中央チャネルまたは少なくとも１つのサイド網の一部の内のチャネルセグメントの抵抗を表し得る。記号ｗは、チャネルセグメントの矩形チャネルとしての近似に対応する幅を表し得る。記号ｄは、チャネルセグメントの矩形チャネルとしての近似に対応する深さを表し得る。記号Ｌは、チャネルセグメントの矩形チャネルとしての近似に対応する長さを表し得る。記号μは、流体の粘性を表し得る。
【００５６】
方法４００のいくつかの実施形態では、間隙ｉにおける流れ分画ｆｇａｐは、約：０．０１、０．００７５、０．００５、０．００２５、０．００１、０．０００７５、０．０００５、０．０００２５、０．０００１、０．００００７５、０．００００５、０．００００２５、および０．００００１のうちの１つ以上より小さい間隙ｉにおいて中央チャネルを通る体積流量Ｑｃ（ｉ）であり得る。本方法は、流れ分画ｆｇａｐが、複数の間隙の間で、±１、２．５、５、７．５、１０、１５、および２０、のうちの約１つ以上より小さい百分率標準偏差を有するようにすることを含み得る。本方法は、複数の間隙内の各間隙に、実質的に同じ流れ断面を提供することを含み得る。本方法は、流路に沿って実質的に等間隔な複数の間隙を提供することを含み得る。
【００５７】
様々な実施形態では、方法４００は、少なくとも１つの追加の分離を実施することを含み得る。少なくとも１つの追加の分離は、中央チャネルを通じて所望サイズの粒子を含有する流体を流す前、または後に実施され得る。追加の分離は：濾過、遠心分離、電気泳動、クロマトグラフィー、流体蒸発、沈降、決定論的側方変位、血漿スキミング、辺縁趨向、磁気分離、超音波集束装置、密度勾配分離など、のうちの１つ以上を含み得る。
【００５８】
いくつかの実施形態では、方法４００は、中央チャネル内の流体中の所望サイズの粒子を、約：１．５：１、２：１、２．５：１、３：１、３．５：１、４：１、５：１、７，５：１、１０：１、１５：１、２０：１、２５：１、５０：１、７５：１、１００：１、１２５：１、１５０：１、２００：１、および２５０：１のうちの１つ以上の濃縮係数で、濃縮することを含み得る。本方法は、約：５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、９７．５、９９、および１００のうちの少なくとも１つ以上の中央チャネル内の流体中の所望サイズの粒子の百分率を維持することを含み得る。
【００５９】
方法４００のいくつかの実施形態では、粒子の所望サイズは、約：０．５、１、１．２、１．４、１．６、１．８、２、２．５、３、３．５、４、４．５、５、７．５、１０、１５、２０、２５、５０、７５、１００、１２５、および１５０のうちの１つ以上より大きいμｍの有効平均直径によって特徴付けられ得る。粒子は：赤血球、血小板、白血球、末梢循環腫瘍細胞、幹細胞、無効な保存赤血球、自己Ｔ細胞増殖由来のＴ細胞、有機微粒子、無機微粒子、有機金属微粒子、金属微粒子、エアロゾル粒子、細菌、酵母、真菌、藻類、ウイルス、微小無脊椎動物またはその卵、花粉、細胞または組織片、細胞集団、細胞残屑（例えば、ＤＮＡまたはＲＮＡ精製に関連した細胞残屑）、バイオリアクター生成細胞または微粒子、タンパク質、タンパク質集合体、プリオン、小胞、リポソーム、沈殿物（例えば、血液または血液分画物からの沈殿物、産業プロセス沈殿物、廃水沈殿物など）、発酵食品からの微粒子または細胞（例えば、発酵飲料からの微粒子または細胞）、巨大分子、巨大分子集合体、ＤＮＡ、細胞小器官、胞子、幹細胞、気泡、液滴、エキソソームなど、のうちの１つ以上を含み得る。流体は：全血またはその分画；羊水；臍帯血；胆汁；脳脊髄液；皮膚細胞；滲出液；糞便；胃液；リンパ；乳；粘液；腹水；血漿；胸水；膿；唾液；皮脂；精液；汗；滑液；涙；尿；水；緩衝液；地下水；海水；雨水；樹液；動物組織のホモジネート、抽出物、または圧搾物；植物組織のホモジネート、抽出物、または圧搾物；廃水；産業プロセス流体または液体製品；発酵ブロス；結晶化または沈殿物流体；食品または食品加工中間物（例えば、発酵飲料）；油；無機溶媒；有機溶媒；イオン性溶媒；蜂蜜；シロップ；リンパ液；血清；溶解物など、のうちの１つ以上を含み得る。
【００６０】
様々な実施形態では、方法４００は、中央チャネルからの残余分画および少なくとも１つのサイド網からの濾液分画のうちの１つ以上を収集することを含み得る。本方法は、所望サイズの粒子の増加または減少した濃度を含む流体の分画を収集することを含み得る。本方法は：重力流、真空流、電気浸透流、電気運動流、機械的ポンプ圧送流（例えば、シリンジポンプを使用）など、のうちの１つ以上を実施することを含む、流体を流すことを含み得る。本方法は、中央チャネル流の出力および少なくとも１つのサイドチャネルの出力において、実質的に等しい流体の体積流量を提供することを含み得る。本方法は、本方法の２つ以上のインスタンスを：並列操作および順次操作のうちの１つ以上で操作することを含み得る。本方法は、所望サイズの粒子を含有する流体を、流路内の１つ以上の曲がり目に沿って流すことにより、流すことを含み得る。
【００６１】
図５は、ＣＩＦ装置を設計するための方法５００を示す流れ図である。ＣＩＦ装置は、流体中の所望サイズの粒子の濃度を調節し得る。方法５００は、ＣＩＦ装置のための設計を準備すること（５０２）を含み得る。ＣＩＦ装置設計は、中央チャネルを含み得る。中央チャネルは、中央チャネル流入力と中央チャネル流出力との間で流路に沿って延在し得る。ＣＩＦ装置設計は、中央チャネルに隣接した少なくとも１つのサイドチャネルを含み得る。少なくとも１つのサイドチャネルは、少なくとも１つのサイドチャネル出力まで流路に沿って延在し得る。中央チャネルは、複数のマイクロ特徴によって少なくとも１つのサイドチャネルから分離され得る。複数のマイクロ特徴は、複数の間隙ｉを画定し得る。複数の間隙は、複数のマイクロ特徴を通じて中央チャネルと少なくとも１つのサイドチャネルを流体的に連結するように構成され得る。方法５００は、ＣＩＦ装置に対して所望の流れ分画ｆｇａｐを選択すること（５０４）を含み得る。方法５００は、流路に沿って複数の調整された寸法を決定すること（５０６）を含み得る。方法５００は、複数の調整寸法を組み込むようにＣＩＦ装置設計を適合させること（５０８）を含み得る。調整寸法を組み込むことは、ＣＩＦ装置のための設計に対して、流体中の所望サイズの粒子の濃度を調節するのに効果的な流路の少なくとも一部に沿って減少する流れ抵抗を提供するのに効果的であり得る。
【００６２】
方法５００の様々な実施形態では、流路に沿って調整された寸法は、第１のサイド網部分において、複数のサイドチャネル湾曲部の各々の減少する長さを含み得る。複数のサイドチャネル湾曲部は、第１のサイドチャネル網部分内で中央チャネルに隣接し得る。流路に沿って調整された寸法は、第２のサイド網部分において、少なくとも１つのサイドチャネルの断面積対、中央チャネルの断面積の増加する比率を含み得る。少なくとも１つのサイドチャネルは、第２のサイド網部分内で中央チャネルに隣接し得る。
【００６３】
いくつかの実施形態では、方法５００は、１つ以上の検査ＣＩＦ装置を提供することを含み得る。検査ＣＩＦ装置の各々は、対応する検査流れ分画ｆｇａｐによって特徴付けられ得る。本方法は、１つ以上の検査ＣＩＦ装置を通じて流体中の所望サイズの粒子を流すことを含み得る。本方法は、１つ以上の検査ＣＩＦ装置における各対応する検査流れ分画ｆｇａｐに基づき、ＣＩＦ装置のための設計に対する所望の流れ分画ｆｇａｐを決定することを含み得る。
【００６４】
いくつかの実施形態では、方法５００は、中央チャネル流れ抵抗Ｒｃを決定することにより複数の調整寸法を決定することを含み得る。本方法は、流路に沿った複数の間隙内の隣接した間隙の第１の対の間の第１のサイドチャネルセグメントに対応する第１のサイドチャネルセグメント流れ抵抗を決定することを含み得る。第１の流れ抵抗は：流体の粘性；第１のサイドチャネルセグメントにおける第１の断面積に対応する第１の有効サイドチャネル幅ｗおよび第１の有効チャネル深さｄ；ならびに第１のサイドチャネルセグメントの長さＬ；の間の第１の関数関係に従って決定され得る。本方法は、流路に沿った複数の間隙内の隣接した間隙の第２の対の間の第２のサイドチャネルセグメントに対応する第２のサイドチャネルセグメント流れ抵抗を決定することを含み得る。第２のサイドチャネルセグメントは、第１のサイドチャネルセグメントのすぐ下流に配置され得る。第２のサイドチャネルセグメント流れ抵抗は：中央チャネル流れ抵抗、第１のサイドチャネルセグメント流れ抵抗、およびＣＩＦ装置に対する所望の流れ分画ｆｇａｐ、の間の第２の関数関係に従って決定され得る。本方法は：第２の有効サイドチャネル幅ｗ；第２の有効チャネル深さｄ；および第２のサイドチャネル長Ｌ；のうちの１つ以上を含む１つ以上の調整寸法を使用して、第１の関数関係を再計算することを含み得る。１つ以上の調整寸法は、第１の関数関係に従う第１のサイドチャネルセグメント流れ抵抗を、第２のサイドチャネルセグメント流れ抵抗と等しくするのに効果的であり得る。１つ以上の調整寸法は、第２の関数関係に従う第２のサイドチャネルセグメント流れ抵抗を、第１のサイドチャネルセグメント流れ抵抗より、第２の関数関係に従って決定された量だけ低くするのに効果的であり得る。本方法は、複数の調整寸法を計算するために、前述ステップの１つ以上を複数の反復に対して実施することを含み得る。
【００６５】
様々な実施形態では、方法５００は、比率が：第２の有効サイドチャネル幅ｗの増加；および第２のサイドチャネル長Ｌの減少、のうちの１つ以上に従って増加するように、中央チャネルの断面積を流路および各有効チャネル深さｄに沿って一定に維持することを含み得る。サイドチャネル網は、複数のサイドチャネル湾曲部長によって特徴付けられた複数のサイドチャネル湾曲部を含み得る。複数のサイドチャネル湾曲部は、中央チャネルに隣接し得る。本方法は、流路に沿って複数のサイドチャネル湾曲部長を徐々に減少させることを含み得る。サイドチャネル網は、中央チャネルに隣接したサイドチャネルを含み得る。本方法は、流路に沿ってサイドチャネルの幅を徐々に増加させることを含み得る。本方法は、各関数関係に対して、各チャネルセグメントを矩形チャネルとして近似することを含み得る。本方法は、１つ以上の調整寸法に対する第１の関数関係を数値的に解くことにより、第１の関数関係を再計算することを含み得る。
【００６６】
方法５００のいくつかの実施形態では、第１の関数関係は：
【数５】
2017510450.tif 000007
によって表され得る。
【００６７】
第２の関数関係は：
【数６】
2017510450.tif 000008
によって表され得る。
【００６８】
記号Ｒｓ（ｉ−１）は、第１のサイドチャネルセグメント流れ抵抗を表し得る。記号Ｒｓ（ｉ）は、第２のサイドチャネルセグメント流れ抵抗を表し得る。
【００６９】
いくつかの実施形態では、方法５００は、流路に沿って中央チャネルに平行な平均間隙断面積によって特徴付けられるＣＩＦ装置のための設計において、複数の間隙を選択することを含み得る。平均間隙断面積は、粒子による複数の間隙の汚損を軽減または除外するのに効果的である、所望サイズの粒子と比較して大きいものを選択し得る。平均間隙断面積は、複数の間隙による粒子の立体排除を軽減または除外するのに効果的である、所望サイズの粒子と比較して大きいものを選択し得る。
【００７０】
方法５００の様々な実施形態では、ＣＩＦ装置のための設計は、中央チャネルに隣接した少なくとも２つのサイドチャネル網および少なくとも２つの対応する複数のマイクロ特徴を含み得る。中央チャネルは、少なくとも２つのサイドチャネルの各々から各複数のマイクロ特徴によって分離され得る。少なくとも２つの複数のマイクロ特徴は、少なくとも２つの複数の間隙を画定し得る。少なくとも２つの複数の間隙は、少なくとも２つの複数のマイクロ特徴を通じて中央チャネルおよび少なくとも２つのサイドチャネルを流体的に連結するように構成され得る。ＣＩＦ装置のための設計は、流路内に１つ以上の曲がり目を含み得る。
【００７１】
方法５００のいくつかの実施形態では、ＣＩＦ装置のための設計における複数の間隙内の各間隙は、流路に平行な平面内の実質的に同じ断面の流量範囲によって特徴付けられ得る。例えば、ＣＩＦ装置のための設計における複数の間隙は、流路に沿って実質的に等間隔であり得る。ＣＩＦ装置のための設計は、約：０．１、０．５、０．７５、１、２、２．５、５、７．５、１０、１５、２０、２５、５０、７５、１００、２５０、５００、および１０００、のうちの少なくとも１つ以上のｃｍで流路長を提供するように構成され得る。ＣＩＦ装置のための設計に対する複数の間隙は：５０、７５、１００、１５０、２００、２５０、５００、７５０、１，０００、２，５００、５，０００、７，５００、１０，０００、５０，０００、１００，０００、５００，０００、および１，０００，０００、のうちの少なくとも約１つ以上の数の間隙を含み得る。ＣＩＦ装置のための設計は、流路に垂直な中央チャネルの断面積によって特徴付けられ得る。中央チャネルの断面積は、流路に沿って一定であり得るか、増加し得るか、または減少し得る。ＣＩＦ装置のための設計は、流路に垂直な少なくとも１つのサイドチャネルの断面積によって特徴付けられ得る。少なくとも１つのサイドチャネルの断面積は、流路に沿って一定であり得るか、増加し得るか、または減少し得る。ＣＩＦ装置のための設計における複数の間隙は、約：１６：１、１５：１、１０：１、５：１、４：１、３：１、２：１、１：１、１：２、１：３、１：４、１：５、１：１０、１：１５、１：２０、１：２５、および１：３０のうちの約１つ以上より小さい、流路に平行な各間隙の幅対、各間隙の深さの平均アスペクト比によって特徴付けられ得る。ＣＩＦ装置のための設計における複数の間隙は、平均間隙深さによって特徴付けられ得る。平均間隙深さは：５、６、７、８、９、１０、１５、２０、２５、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、および１００のうちの約１つ以上の中央チャネルの深さの百分率より大きい可能性がある。中央チャネルは、約：５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、７５、１００、１２５、１５０、２００、２５０、３００、４００、および５００のうちの１つ以上より大きいμｍ値の深さによって特徴付けられ得る。
【００７２】
方法５００のいくつかの実施形態では、中央チャネルおよび複数の間隙は、それぞれ（１）流路および基板内の中央チャネルの深さの両方に垂直な中央チャネル幅、ならびに（２）流路に平行な平均間隙幅、によって特徴付けられ得る。平均間隙幅は、約：１０、２０、２１、２２、２３、２４、２５、３０、３５、４０、４５、および５０のうちの１つ以上の中央チャネルの幅の百分率を上回り得る。ＣＩＦ装置のための設計は、間隙ｉにおいて中央チャネルを通る体積流量Ｑｃ（ｉ）と比較して、所望の流れ分画ｆｇａｐが、約：０．０１、０．００７５、０．００５、０．００２５、０．００１、０．０００７５、０．０００５、０．０００２５、０．０００１、０．００００７５、０．００００５、０．００００２５、および０．００００１のうちの１つ以上より小さいように選択されるように構成され得る。ＣＩＦ装置のための設計は、約±１、２．５、５、７．５、１０、１５、および２０未満の百分率標準偏差によって特徴付けられる複数の間隙の間で実現される流れ分画ｆｇａｐを提供するのに効果的であるように構成され得る。ＣＩＦ装置のための設計は、マイクロ流体流中の所望サイズの粒子を、中央チャネル流入力における開始粒子濃度から、中央チャネル流出力における最終濃度へ、約：１．５：１、２：１、２．５：１、３：１、３．５：１、４：１、５：１、７，５：１、１０：１、１５：１、２０：１、２５：１、５０：１、７５：１、１００：１、１２５：１、１５０：１、２００：１、および２５０：１、のうちの１つ以上の濃縮係数によって濃縮するのに効果的であるように構成され得る。ＣＩＦ装置のための設計は、マイクロ流体流中の粒子の百分率を維持するのに効果的であるように構成され得、維持される粒子の百分率は、約：５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、９７．５、９９、および１００のうちの少なくとも１つ以上である。
【００７３】
方法５００の様々な実施形態では、複数の間隙は、流路に平行な平均間隙断面積で構成され得る。平均間隙断面積は、粒子の所望サイズを上回り得る。粒子の所望サイズは、約：０．５、１、１．２、１．４、１．６、１．８、２、２．５、３、３．５、４、４．５、５、７．５、１０、１５、２０、２５、５０、７５、１００、１２５、および１５０のうちの１つ以上より大きいμｍの有効平均直径で選択され得る。平均間隙断面積は、約：２：１、３：１、４：１、５：１、７．５：１、１０：１、１５：１、および２０：１のうちの１つ以上の係数によって、粒子の所望サイズを上回り得る。粒子は：赤血球、血小板、白血球、末梢循環腫瘍細胞、幹細胞、無効な保存赤血球、自己Ｔ細胞増殖由来のＴ細胞、有機微粒子、無機微粒子、有機金属微粒子、金属微粒子、エアロゾル粒子、細菌、酵母、真菌、藻類、ウイルス、微小無脊椎動物またはその卵、花粉、細胞または組織片、細胞集団、細胞残屑（例えば、ＤＮＡまたはＲＮＡ精製に関連した細胞残屑）、バイオリアクター生成細胞または微粒子、タンパク質、タンパク質集合体、プリオン、小胞、リポソーム、沈殿物（例えば、血液または血液分画物からの沈殿物、産業プロセス沈殿物、廃水沈殿物など）、発酵食品からの微粒子または細胞（例えば、発酵飲料からの微粒子または細胞）、巨大分子、巨大分子集合体、ＤＮＡ、細胞小器官、胞子、幹細胞、気泡、液滴、エキソソームなど、のうちの１つ以上を含み得る。流体は：全血またはその分画；羊水；臍帯血；胆汁；脳脊髄液；皮膚細胞；滲出液；糞便；胃液；リンパ；乳；粘液；腹水；血漿；胸水；膿；唾液；皮脂；精液；汗；滑液；涙；尿；水；緩衝液；地下水；海水；雨水；樹液；動物組織のホモジネート、抽出物、または圧搾物；植物組織のホモジネート、抽出物、または圧搾物；廃水；産業プロセス流体または液体製品；発酵ブロス；結晶化または沈殿物流体；食品または食品加工中間物（例えば、発酵飲料）；油；無機溶媒；有機溶媒；イオン性溶媒；蜂蜜；シロップ；リンパ液；血清；溶解物など；のうちの１つ以上を含み得る。
【００７４】
方法５００のいくつかの実施形態では、ＣＩＦ装置に対する設計は、マイクロ流体流を：重力流、真空流、電気浸透流、電気運動流、機械的ポンプ圧送流（例えば、シリンジポンプを使用）など、のうちの１つ以上として受動的に実施するのに効果的であるように構成され得る。ＣＩＦ装置に対する設計は、中央チャネル流出力の体積流量および少なくとも１つのサイドチャネル出力の体積流量が実質的に等しくなるように構成され得る。
【００７５】
図６は、キット６００を示すブロック図である。キット６００は、本明細書に記述するＣＩＦ装置の任意の態様、例えば、ＣＩＦ装置１００を含み得る。例えば、キット６００は、マイクロ流体流１０４中の所望サイズの粒子１０２の濃度を調節するために構成されたＣＩＦ装置１００を含み得る。ＣＩＦ装置１００は、基板１０６を含み得る。基板１０６は、少なくとも１つのＣＩＦモジュール１０８を含み得る。基板１０６は、各ＣＩＦモジュール１０８内に中央チャネル１１０を画定し得る。中央チャネル１１０は、中央チャネル流入力１１４と中央チャネル流出力１１６との間で流路１１２に沿って延在し得る。基板１０６は、中央チャネル１１０に隣接した複数のマイクロ特徴１２２を画定し得る。複数のマイクロ特徴１２２は、複数の間隙１２４を画定し得る。複数のマイクロ特徴１２２は、中央チャネル１１０を少なくとも１つのサイドチャネル網１１７から分離し得る。複数の間隙１２４は、中央チャネル１１０を少なくとも１つのサイドチャネル網１１７に流体的に連結するように構成され得る。サイドチャネル網１１７は、中央チャネル１１０に沿って少なくとも１つのサイドチャネル出力１２０まで延在し得る。サイドチャネル網１１７は、第１のサイドチャネル網部分１１７ａおよび第２のサイドチャネル網部分１１７ａのうちの１つ以上を含み得る。
【００７６】
ＣＩＦ装置１００では、第１のサイドチャネル網部分１１７ａは：中央チャネル１１０に隣接した複数のサイドチャネル湾曲部１１９、複数のマイクロ特徴１２２ａの少なくとも一部、および複数の間隙１２４ａの少なくとも一部を含み得る。複数のサイドチャネル湾曲部１１９は、流路１１２に沿って減少する、対応する複数の長さ１２１ａによって特徴付けられ得る。各サイドチャネル湾曲部１１９は、第１のサイドチャネル網部分１１７ａ内の複数の間隙１２４ａのうちの少なくとも１つの間隙を：複数の間隙１２４ａ内の隣接した間隙および複数の湾曲部１１９内の隣接した湾曲部、のうちの１つ以上に流体的に連結し得る。
【００７７】
ＣＩＦ装置１００では、第２のサイドチャネル網部分１１７ｂは：中央チャネル１１０に隣接したサイドチャネル１１８、複数のマイクロ特徴１２２ｂの少なくとも一部、および複数の間隙１２４ｂの少なくとも一部を含み得る。サイドチャネル１１８は、流れ断面１３９によって特徴付けられ得る。流れ断面１３９は流路１１２に沿って増大し得、それにより第２のサイドチャネル網部分１１７ｂ内の複数の間隙１２４ｂが：一貫した流れ分画ｆｇａｐおよび複数の異なる間隙体積流量、のうちの１つ以上によって特徴付けられる。
【００７８】
ＣＩＦ装置１００では、少なくとも１つのサイドチャネル網１１７は、マイクロ流体流１０４中の所望サイズの粒子１０２の濃度を調節するのに効果的である、流路１１２の少なくとも一部に沿って減少する流れ抵抗によって特徴付けられ得る。
【００７９】
キット６００は、１組の命令６０２を含み得る。命令６０２は、本明細書に記述のように、ＣＩＦ装置を操作する任意の態様、例えば、方法４００の任意の態様を実施するためのユーザーに対する指示を含み得る。例えば、１組の命令６０２は、所望サイズの粒子１０２を含有する流体を供給するためのユーザーに対する指示を含み得る。命令６０２は、中央チャネルを通じて流路に沿って所望サイズの粒子を含有する流体を流すための、ユーザーに対する指示を含み得る。１組の命令６０２は、所望サイズの粒子を含有する流体を複数の間隙に接触させることによって粒子の濃度を調節するのに効果的である、流路の少なくとも一部に沿って流れ抵抗を減少させるための、ユーザーに対する指示を含み得る。１組の命令６０２は、所望サイズの粒子に関して、それより大きい平均流れ断面を含む複数の間隙を選択するための、ユーザーに対する指示を含み得る。１組の命令６０２は、複数の間隙の少なくとも一部の間で異なる間隙体積流量を生じさせるための、ユーザーに対する指示を含み得る。１組の命令６０２は、中央チャネル内の一貫した流れ分画ｆｇａｐを、複数の間隙内の各間隙を横切らせ、流路に沿って少なくとも１つのサイドチャネル網を通って流すための、ユーザーに対する指示を含み得る。
【００８０】
様々な実施形態では、本明細書に記述するＣＩＦ装置は、例えば、少なくとも２つのサイドチャネルを含む実施形態において、中央チャネルから各サイドチャネル網によって等量の流体が取られることを可能にすることにより、中央チャネル内の粒子濃縮の効率および予測可能性を促進し得る。
【００８１】
いくつかの実施形態では、本明細書に記述するＣＩＦ装置設計の方法は、ソフトリソグラフィー、マイクロＣＮＣ機械加工、レーザー焼灼術、または他の周知の型取り技術を使用して、ＣＩＦ装置型を作製するために使用され得る。かかる技術は、設計プロセスを単純化し得、少数の、例えば、１つまたは２つのパラメータを変更することにより、装置の作製を可能にし得る。本明細書に記述するＣＩＦ装置設計の方法は、ラピッドプロトタイピングを促進し得る。本明細書に記述するＣＩＦ装置設計の方法は、より短い流路に比べて、より大きな粒子濃縮を可能にする、より長いＣＩＦ装置流路の作製を容易にし得る。本明細書に記述するＣＩＦ装置設計の方法は、数ダースの濾過ポイントまたは間隙に計算的に制限され得る複雑なＣＦＤモデリング技術よりも単純であり得る。比較すると、本明細書に記述するＣＩＦ装置設計の方法は、計算的に要求が少ない可能性があり、何千もの濾過ポイントを含む設計を迅速に生成するために使用され得る。本明細書に記述するＣＩＦ装置設計の方法は、かかる複雑なＣＦＤモデリング技術と比べて、設計パラメータ数を減少し、所望のＣＩＦ装置に対するＣＡＤ製図を生成するための迅速で、再帰的な、数値的アプローチを容易にし得る。本明細書に記述するＣＩＦ装置設計の方法は、かかる複雑なＣＦＤモデリング技術よりも、特に、検討されたＣＩＦ設計の有効性の予測に関しても、効果的であり得る。本明細書に記述するＣＩＦ装置設計の方法は、中圧で受動的な方法によって、例えば、静水圧によって、駆動され得る、望ましい処理体積量の装置を可能にし得る。
【００８２】
いくつかの実施形態では、本明細書に記述するＣＩＦ装置は、隣接したサイドチャネルと比較して、中央フローチャネル内の所望サイズを上回る粒子を濃縮し得る。中央チャネルおよびサイドチャネルは間隙によって分離され得、間隙は、主に単純なサイズ排除に依存し得る、既知の十字流濾過とは対照的に、対象の粒子よりも数倍大きい可能性がある。本明細書に記述するＣＩＦ装置は、所望サイズの粒子に対応する濾過サイズカットオフを提供するために、装置の流路に沿って次第に増大する幅を有するサイドチャネルを含み得る。本アーキテクチャは、各間隙における一貫したフィルタ分画ｆｇａｐの提供に適した寸法の計算を容易にし得る。本明細書に記述するＣＩＦ装置設計の方法は、サイドチャネル幅を数値的に決定することにより、既知の設計技術と比較して、より大きな間隙を濾過ポイントとして可能にし得る。したがって、本明細書に記述するＣＩＦ装置設計の方法は、既知の設計技術と比較して、より深いチャネルをもつＣＩＦ装置の構築を可能にし得、それは、型から取り出す際に、特徴の崩壊または癒着を緩和または回避し得る。
【００８３】
様々な実施形態では、識別の後に実装が続く２ステップのプロセスでＣＡＤ製図を生成するために、分析的解法が使用され得る。流れ動態の予測は、例えば、既知のＣＦＤ技術においてしばしば失敗し、そのため、本明細書に記述する方法に従う検査ステップは、濾過／濃縮の所望の総度合いを有する完全設計の製造のためのｆｇａｐ値の選択を容易にし得る。多数の濾過ポイントをもつＣＡＤ設計の迅速な生成は、単一装置でより高い程度までの濾過および／またはより小さい粒子の濃縮を可能にする。
【００８４】
各濾過ポイント（ｆｇａｐ）を通って流れる中央チャネル流体の分画を制御することにより、本明細書に記述する方法および装置は、かなりの量の粒子を装置のサイドチャネルの方へ失うことなく、対象の粒子（複数可）よりもずっと大きい間隙の使用を可能にする。かかる大きな間隙は、より深い装置の製造を可能にし得、それは、処理量を増加させて、ＣＩＦ装置の利用可能な用途を拡張し得る。例えば、本明細書に記述するＣＩＦ装置設計の方法は、例えば、対象の関連粒子のサイズが、血小板などのように、ごく小さい可能性があるときでさえ、単なる「チップ上のラボ」用途以上を可能にする扱いやすい設置面積で効果的なＣＩＦ装置を提供し得る。本明細書に記述するＣＩＦ装置設計の方法は、巨視的な十字流濾過と比較して、より調節可能なＣＩＦ装置を提供し得る。本明細書に記述するＣＩＦ装置設計の方法は、高度に特殊化した濾過膜のない射出成形プラスチックなどの、安価な材料からＣＩＦ装置を作り上げることを可能にし得る。
【００８５】
［例］
装置設計および製造に対する実験的考察
本明細書に記述するＣＩＦ装置は、指定サイズの粒子を複雑な水性懸濁液またはスラリー中に維持するか、またはそれから除去し得る。図１−Ｅおよび図１−Ｆに示すように、中央フローチャネルは一定の幅（ｗｃ）を有し得、かつｆｇａｐの所望値に対応する間隙ｉのすぐ下流の幅ｗｓ（ｉ）、およびその前の間隙のすぐ下流のサイドチャネル幅ｗｓ（ｉ−１）を有するサイドチャネルが側面に置かれ得る。サイドチャネル幅を計算するためのこの再帰的アプローチは、少数の支配方程式および単純化した仮定を使用して、装置設計のＣＡＤ製図を迅速に作り上げることを可能にし得る。例えば、容易に実装可能なモデルを可能にする仮定は、間隙間の空間を、装置の幅にわたる均圧化を可能にし得るノードとして扱うことである。理論に縛られることを望むものではないが、比較的大きな口（約２０μｍ）の間隙が使用され得、それは、各間隙を通る流体の少量の流れに対して少しの抵抗のみを示し、例えば、約１００μｍの主チャネル幅で、圧力平衡を容易にすると考えられる。理論に縛られることを望むものではないが、各間隙（すなわち、ｆｇａｐ約５×１０−４）において流体の約０．０５％を中央チャネルから除去する装置が望ましいであろうと考えられる。したがって、間隙ｉにおけるサイドチャネルおよび中央チャネル内の体積流量に対する再帰方程式［それぞれ、Ｑｓ（ｉ）およびＱｃ（ｉ）］が使用され得る。一旦展開されると、再帰方程式は、サイドチャネル幅が、ある定数、例えば、定数ｆｇａｐに対応する装置の長さに沿って増加するのを記述し得る：
Ｑｓ（ｉ）＝Ｑｓ（ｉ−１）＋ｆｇａｐ・Ｑｃ（ｉ−１）
【００８６】
前述の関係は、間隙Ｉと間隙ｉ＋１との間の圧力差ΔＰ（ｉ）、間隙ｉのすぐ下流のサイドチャネルセグメントの抵抗Ｒｓ（ｉ）、および中央チャネルセグメント抵抗Ｒｃの観点から：
【数７】
2017510450.tif 000009
と表現され得る。
【００８７】
圧縮できない流体と仮定すると、２つのサイドチャネルをもつＣＩＦ装置の３つのチャネルセグメントを通る体積流量の合計は、定数に等しい。したがって、ΔＰ（ｉ−１）対ΔＰ（ｉ）の比率は（１−２・ｆｇａｐ）−１に等しくてよい。前述の関係は：
【数８】
2017510450.tif 000010
と再公式化され得る。
【００８８】
例えば、サイドチャネルの幅を決定するための方法は、ｉ＝１において、例えば、ゼロに近いか、またはゼロに等しい、任意のサイドチャネル幅から始め得る。続いて、以下の式２に従いＲｓ（ｉ）の値も式１を満たすまで、ｗｓ（ｉ−１）の値に少量を加算することにより、式１を使用して後続のサイドチャネルの幅Ｗｓ（ｉ）を決定し得る。このアプローチは、ＭＡＴＬＡＢ（ＭａｔｈＷｏｒｋｓ、米国マサチューセッツ州ナティック）などの、数値解法が可能な任意の数のソフトウェアパッケージ内にコード化され得る。
【００８９】
各チャネルセグメントの流体抵抗（Ｒ）は、矩形チャネルに対する解析的に導出された解法を用いて対応する幅（ｗ）および深さ（ｄ）から計算され得る：
【数９】
2017510450.tif 000011
【００９０】
ここでμは流体の粘性であり、Ｌはチャネル長であって、それは、一実施形態では、マイクロ特徴の、例えば、図１−Ｆに示すように、装置内のマイクロピラーの、流れの方向に沿った、長さに等しいと単純に仮定される。様々な例では、μおよびＬのいずれもサイドチャネル幅の計算に影響を及ぼさず、μおよびＬの値はチャネルセグメントにわたって一定であると考えられ得る。理論に縛られることを望むものではないが、μの値がチャネルセグメントにわたって一定であると考えられ得るという仮定は、中央チャネル内で高度に濃縮されサイドチャネル内で除去される、微粒子溶液に対応しないことがある。様々な例では、ｄおよびｗは、式（２）の有効性に影響を及ぼすことなく式中で逆にでき、従って、Ｒ（ｗ）の他の処理と対照的に、解をアスペクト比に依存させない。
【００９１】
図１０−Ａ〜図１０−Ｄは、装置の深さの関数として計算された、装置の長さに沿ったサイドチャネル幅における漸次的増加とｆｇａｐとの間の関係を示す一連のグラフである。図１０−Ａ〜図１０−Ｄにおける各曲線は、ゼロの初期サイドチャネル幅および１００μｍの中央チャネル幅を用い、上述の式１および式２のみを使用して生成された。
【００９２】
例１：ＣＩＦ装置製造
所望の装置パラメータが、特注されたＭＡＴＬＡＢソフトウェアに対して入力されて、得られた設計特徴座標が、各装置のＣＡＤを生成するためにエクスポートされた。ＣＡＤ装置設計のクロム・オン・グラス（ｃｈｒｏｍｅ−ｏｎ−ｇｌａｓｓ）フォトマスクが次いで使用され、標準的な４”シリコンウエハ上で回転されＵＶ（ｉ線）暴露を受けた、フォトレジスト（ＳＵ８  ３０５０、約１００〜１５０μｍ深さ）に、マイクロチャネルパターンをパターニングした。ウエハ／フォトレジストマスターの反転したポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ；ＳｙｌＧａｒｄ  １８４、Ｄｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇ、米国ミシガン州ミッドランド）型が作製されて、空気プラズマ酸化によりＰＤＭＳ被覆ガラススライドにシールされた。入力および出力流体ポートが、シールの前に生検パンチによって約５ｍｍの厚さのＰＤＭＳ内に作製された。ＰＤＭＳ装置は次いで、対象の粒子懸濁液を導入する前に、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）で処理された。流体が、入力ポートに適切な長さの直径１．５ｍｍのポリエチレンチューブを挿入することにより装置を通過して運ばれ、ポリエチレンチューブは１０ｍＬのプラスチック容器に取り付けられて、装置の上に１インチ〜５フィートの間の高さで吊るされた。チューブと容器の両方が、調査されている粒子タイプ（複数可）に適切な液体緩衝液で充填された。十分な量の流体が所与の装置を通過した後、サンプルが解析のために出力ポートの各々から収集された。
【００９３】
上述の方法は、ベンチスケールのマイクロ流体装置のラピッドプロトタイピングのための１つの標準的な方法を組み込むが、もっと大きくて、より耐久性のある金属種型も、例えば、電鋳法で作製され得る。ＰＤＭＳを硬化させることによる装置の製造は時間がかかり多くの用途で費用効率が良くないので、かかる金属種型は、例えば、射出成形または熱エンボス加工により、プラスチック装置を大量生産するのにより適し得る。ポリマー装置を大量生産するための当技術分野で周知の他の方法も使用され得る。
【００９４】
例２Ａ：ポリスチレンビーズ分離のためのＣＩＦの２ステップ設計プロセス
第１のステップでは、各々が異なるｆｇａｐ値をもつ、いくつかの濾過チャネルが並行して検査された。中央チャネル内のどの粒子が保持されたか、または保持されなかったかをｆｇａｐの関数として観察することにより、ステップ２で完全装置をパターニングする際に使用するための、適切なｆｇａｐ値が選択された。
【００９５】
図１１は、異なる中央チャネル幅（１００μｍ、１２５μｍ、および１５０μｍ）をもつ３つのマイクロチャネル配列内で様々な直径のビーズに関してステップ１を実行した結果を示す。いずれの場合も、３３の検査装置の平行配列が、６．４×１０−５（装置＃１）から５．７６×１０−４（装置＃３３）まで直線的に変動する装置ｆｇａｐ値を用いて、間隙ごとに広範囲の濾過度を調査するように設計された。所与のパラメータをもつ装置の配列が、式１および式２に従って設計され、検査のために作製された。様々な直径のポリスチレンビーズのためのｆｇａｐカットオフ閾値（ｆ＊ｇａｐ）に対する値が、それ未満でビーズが中央フローチャネル内に一貫して保持されたｆｇａｐを観察することにより視覚的に決定された。中央チャネルの幅が増大するか、または粒子のサイズが減少するにつれて、粒子が、間隙を通って流れる流体と共に引きずられ始めるｆｇａｐ限界が低下するのが観察された。対象の粒子に対する所望の値を決定するために、ｆｇａｐ値の範囲も検査された。
【００９６】
例２Ｂ：ポリスチレンビーズおよび血小板分離に基づくＣＩＦの２ステップ設計の適用
例２Ａの結果により、生理食塩水中の単純なビーズよりも複雑な粒子濃縮／濾過用途を調査するために有用なおおよその指標値が与えられる。強い実用上の関心を引く１つのかかる用途は、ＰＲＰの懸濁液中の血小板をＰＣに対するＡＡＢＢ標準を上回るレベルまでさらに濃縮することである。血小板は、約１．５〜４μｍの有効直径を有し、ほぼ円板状であるが、大きなばらつきがあり、不均一で動的な形状を有する。図１１での記述のように、同じ３つの配列を通って流れるＰＲＰの挙動が、約１〜２×１０−４のｆｇａｐ値に対応する、＃２〜＃１０の範囲の装置に特に注目して調査された。それぞれ、１．９２×１０−４、１．７６×１０−４、および１．２８×１０−４のｆ＊ｇａｐ値に対応する、＃９（ｗｃ＝１００μｍに対して）、＃８（１２５μｍ）、および＃５（１５０μｍ）を下回る装置に対して、調査した被験者の血小板は、中央フローチャネル内に一貫して保持された。図１２−Ａは、装置＃４および＃５を通って流れる血小板の間での差を示しており、濾過の無損失度合い（ｌｏｓｓｌｅｓｓ  ｄｅｇｒｅｅ）と、濾過の過剰度合い（ｅｘｃｅｓｓｉｖｅ  ｄｅｇｒｅｅ）との間の遷移が装置＃５（ｗｃ＝１５０μｍおよびｄ＝１５０μｍ）あたりで起こったことを示している。血小板は、左側のパネル（装置＃４）で障害物間の間隙内に存在しているとは観察されなかったが、右側のパネル（装置＃５）では観察され、それは、装置＃５でｆｇａｐが望ましい値よりも大きくなったことを示す。
【００９７】
例３Ａ：ＲＢＣ沈降後のＰＲＰ懸濁液中の血小板濃縮
例２Ａ、２Ｂにおいてビーズおよび血小板濃縮に対して確立されたｗｃおよびｆｇａｐに対する指標値が、収集のために中央チャネル内にＰＣを保持しながら所望の量の血漿をＰＲＰのサンプルから濾過することを目的として、上述の式１および式２を用いて、さらに長いＣＩＦ装置を設計するために使用された。このようにして設計されたＣＩＦ装置は、ＷＢをＲＢＣと多血小板血漿（ＰＲＰ）に分離するための次の沈降プロセスと併せて使用された。沈降動態が、異なる内径（ＷＢのカラム高さ：４０、１７および８ｍｍに対応する）をもつ円筒形容器内の、３ｍＬ量の新鮮なヒトのＷＢ［ヘマトクリット（ＨＣＴ）＝０．４２；血小板カウント（ＰＬＴ）＝４０９×１０３／μＬ］について比較された。短い／幅広い８ｍｍカラム中のＲＢＣは約３５分後に沈降を達成し、１７ｍｍ高さのカラム中では６０分後に沈降をほぼ終え、他方、長い／狭い４０ｍｍカラム中では、図７Ａに示しかつ図７Ｂにグラフ化したように、沈降し続けた。全ての３つの容器内で、濃縮ＲＢＣは、約０．７のＨＣＴおよび８３〜１２３×１０３／μＬの範囲のＰＬＴ（ＷＢより低い）を有した。ＰＲＰの層は、１，０９３〜１，１７４×１０３／μＬの範囲内のＰＬＴを有し、それは、沈降中に血小板が濃縮ＲＢＣの層から能動的に押し出されていたことを意味する。図９は、幅９０２および深さ９０４を含む、幅広いアスペクト比の容器９００を示す概略図である。この例は、図９に示すように、約２５ｃｍの直径の容器内で、ＷＢが約１０ｍｍの高さの円筒形カラムに広がる場合、５００ｍＬのＷＢが、６０分足らずで、１×ｇにて濃縮ＲＢＣおよびＰＲＰに完全に分離できることを示す。
【００９８】
７人の異なる提供者（男性４人、女性３人）からの８ｍＬ量（約１０ｍｍカラム高さ）のＷＢについて、改変された１４０ｍＬシリンジを使用して追加の実験が実施された。被験者の間でＷＢのパラメータは、大きく異なった（ＨＣＴ＝０．４２±０．０２、ＰＬＴ＝２２０±９６×１０３／μＬ、血小板活性化３．８％）。各実験について、沈降の５５分後、図８に示すように、ＰＲＰ層が３ｍＬシリンジ中に押し出された。得られた濃縮ＲＢＣ分画の平均ＨＣＴは０．６７±０．０６であり、上澄みＰＲＰは約５％の血小板活性化および５５２±１７４Ｋ／μＬの平均ＰＬＴ値を有しており、２．５倍濃縮に対応する。溶血は観察されなかった。
【００９９】
例３Ｂ：ＲＢＣ沈降のための装置設計
沈降時間ＴｓおよびＨＣＴＲＢＣ（ＲＢＣ分画のＨＣＴ）のＷＢカラムの高さへの依存が測定された。検査ＷＢカラムの高さは、同意したボランティア（ｎ＝１０、ＲＢＣ沈降の性別間差を捕捉するために男性と女性）から収集された１０ｍＬ量の新鮮なＷＢを使用して、円筒形容器内で５ｍｍ〜１５ｍｍの間で変動した。３０°〜１８０°に及ぶ円錐の開口角度をもつ伝統的な円錐または逆円錐として成形された容器を使用して、ＴｓおよびＨＣＴＲＢＣの、５ｍｍ、１０ｍｍ、または１５ｍｍのいずれかの所与のＷＢカラム高さの沈降容器の形状への依存が定量化された。円錐形状容器は、３Ｄプロトタイププリンタを使用してシリコンエラストマー（Ｒｈｏｄｏｒｓｉｌ  Ｖ−１０８２、スズベースの触媒を用いた凝縮・硬化ＰＤＭＳ、Ｂｌｕｅｓｔａｒ  Ｓｉｌｉｃｏｎｅｓ、米国サウスカロライナ州ヨーク）で作製された適切な形状の型を成型することにより製造された。一例では、ステージ１装置モジュールが、標準的な射出成形技術を用いて製造されて、ガンマ線を使用して殺菌された。ステージ１モジュールは、提供されたＷＢを直接、または標準の採血バッグから受け入れることが可能であった。ステージ１モジュールは、充填されると直ちにＲＢＣ分離を開始した。
【０１００】
例３Ｃ：ＲＢＣ沈降の生成物
Ｔｓ後約６０分間、標準重力で静止すると、全血が成分へと受動的に分離され、底にＲＢＣおよびオーバーレイヤー（ｏｖｅｒｌａｙｅｒ）にＰＲＰが濃縮される。沈降後に二相性溶液の混合を最小限にするために、ＲＢＣ沈降が完了した後、ＰＲＰが、わずかに先細にされた装置の最上部から押し出された。ＰＲＰは、例３Ｄで説明するように、さらなる処理のためにＣＩＦベースの装置に移動された。より重く、より粘性のあるＲＢＣ層は、低温保存のために標準血液バッグ中に押し出された。
【０１０１】
例３Ｄ：ＣＩＦ装置を使用するＰＲＰ濃縮
血小板濃縮用途のためのＣＩＦ装置設計の第２のステップでは、上述の例２Ａ、２Ｂからのステップ１で見出されたｆｇａｐの３つの閾値が、対応する中央チャネル幅の各々に対する完全装置をパターニングするために使用された。関連する最終サイドチャネル幅が、所与の装置を１回通過した後に所望レベルの粒子濃縮を生じるように選択された。入力ＰＲＰの全体積のほぼ７０％が除去の対象であり、最終サイドチャネル幅が上述の式２を使用して計算され、それによりサイドチャネル流れ抵抗対、中央チャネル流れ抵抗の比率が、装置の終端において各チャネル内で所望の相対体積流量を生じた。流体の全体積のほぼ７０％を入力サンプルから除去することで、除去された流体により粒子が失われなかった場合、主チャネル内の粒子カウントが約３．３３倍だけ増加すると予想された。図１２Ｂは、上述のモデリングアプローチに従って書かれたソフトウェアによって生成され、フォトリソグラフィーにより標準的な４”ウエハ上に適合するいくつかの曲がり目を各装置の流路に組み込む、スケーリングする３つの完全装置を示す。各曲がり目は、曲がり目の中心からより離れたチャネルよりも短い全流路長（および、従って、抵抗）をもつ曲がり目の内側チャネルによって回避するのに効果的である曲がり目を通じた、サイドチャネル幅の適切な修正を含み得る。
【０１０２】
ｆ＊ｇａｐの値がより小さければ、装置は、所望総量の濾過を達成するためにより長い必要がある。この例では、一般により高い値のｗｃを伴うさらなる処理量も検討した後、１．７６×１０−４のｆ＊ｇａｐ値をもつ１２５μｍ幅の中央チャネルが最適であるとして選択された。ずっと小さい有効サイズの所望粒子を有する用途では、間隙ごとにより保存的な濾過（ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｖｅ  ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ）分画を使用することが予期されるであろう。図１２−Ｃは、これらのパラメータに基づき作製された装置の出力の代表的な画像を示す。入力血小板カウント（ＰＬＴ）は３５４Ｋ／μＬであり、サイドチャネルの結合された出力ＰＬＴ値は６８Ｋ／μＬであり、中央チャネル出力は９９９Ｋ／μＬであった。これらの結果は、サンプルのＰＬＴが、サイドチャネルへの血小板の損失がほとんどなく（１５％未満）、約３倍増加したことを示す。
【０１０３】
例４：中央チャネル内の定義されたサイズのビーズの保持
全体として複雑な混合物内であるサイズを上回る粒子の濃度を示すために、４．５２×１０−４のｆｇａｐ値および１５０μｍのチャネル深さをもつ１２５μｍ幅の中央チャネルで装置が作製された。装置は、中央チャネルよりも約５倍高い流量に対応する、流路に沿って中央チャネルの２．５倍まで増加するサイドチャネル幅でパターニングされた。直径８．３μｍのビーズがＰＲＰ懸濁液に追加されて、装置を通過し、その結果、流体の元の体積の約９０％が除去された。
【０１０４】
図１３は、装置の概略図および出力収集チャネルへの流れの代表的な画像を示す。この例は、直径が通常４μｍ未満である血小板が、サイド／濾過チャネルに引き入れられ、その一方より大きな８．３μｍのビーズが中央／濃縮チャネル内に保持されたことを示し、図１１に示すステップ１の検査結果と一致する。従って、より大きな粒子は、より小さい血小板と比較して、対応するより大きなｆ＊ｇａｐ値に従い、同じ装置設置面積で、ＣＩＦアプローチを使用してより高度に濃縮された。この例は、サイズ固有の下位集団（ｓｕｂｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ）が、ＣＩＦベースの装置を使用して、様々なサイズの粒子の混合物から濃縮できることを示す。例えば、３μｍを上回りかつ１０μｍ未満の範囲の粒子を、例えば、分離するか濃縮するために、いくつかのかかる装置が直列に使用されて所望の範囲の粒子サイズのもっと複雑な選択的除去または濃縮を達成し得る。
【０１０５】
例５：大規模製造を容易にするためのＣＩＦ装置の入力設計
ＣＩＦ装置の始まりにおけるサイドチャネル幅は、ほぼゼロに近いか、またはゼロから始まるように設計され得る。図１３−Ｂに示す装置は、約８μｍの初期サイドチャネル幅を有する。しかし、かかる初期幅は、濃縮のために望ましい粒子を、サイドチャネルへ望ましくなく迂回させ得る。実際のところ、フォトリソグラフィーまたは他の方法によるマイクロ装置構造は、設計の範囲内で最小の特徴サイズによって制限され得る。装置製造を容易にするために最小特徴サイズを可能な限り大きくすることは有用であり得る。一般に、最小特徴サイズが大きいほど、実行可能な方法で製造できるチャネルの深さが増す。これは、種型製作と、例えば、ＰＤＭＳ、熱可塑性物質などの基材の成形された部品を型から確実に抜き出す技量との両方の技術的制約による、マイクロ装置のアスペクト比に対する実用の上限に対応し得る。
【０１０６】
ＣＩＦ装置の最小特徴サイズが増大する一例では、設計考慮事項が、その幅（前述例で説明した事例）ではなく、サイドチャネルの長さを調整することによって装置の入力部位で適合され得る。この結果は、ある特定のＣＡＤ設計に対する図１−Ｂに示されている。ここでは、各濾過ポイントにおけるサイドチャネル寸法を決定するために式１が使用された。サイドチャネル幅は当初は、設計された配列の間隙サイズと等しく設定された。サイドチャネル抵抗における漸次的減少は、装置アーキテクチャにおける１つおきの間隙での各濾過ポイントにおいてサイドチャネル全長を減少させることにより達成された。前の例で説明した幅依存の計算に類似して、サイドチャネル長の初期値から、少量が反復して減算され得る。初期長は、第１の開口部で最小限量の流体流をサイドチャネルへ供給するために、中央チャネル寸法に比べて、大きな値に設定された。式２で計算されたサイドチャネル抵抗の値が式１を満たすまで、少量がサイドチャネル長の初期値から反復して減算された。このプロセスは、各濾過ポイントで繰り返された。特注されたソフトウェアが、図ＸＹＺに示すように、その流体流を、装置の主フローからまず逸らし、次いで主フローに向かって戻す、サイドチャネルを描くことにより、計算された長さのサイドチャネルを構築した。式２のさらに高度な定式化により、サイドチャネル形状の非線形性を考慮して、サイドチャネル抵抗の正確な推定が容易になり得る。このアプローチは、計算されたサイドチャネルセグメント長が対応する中央チャネルセグメント長と同じくらいになるまで、装置の開始時に起こるように、ＣＩＦ装置設計ソフトウェア内にコード化され得る。ＣＩＦ装置プロセス中のその時点の後で、サイドチャネル幅を、上述の例で説明したように、徐々に増加させ得るであろう。
【０１０７】
机上の実験例６：減少する中央チャネル幅をもつＣＩＦ装置の設計
いくつかの用途または実施形態では、サイドチャネル幅を増加させながら、中央チャネル幅を徐々に減少させることも望ましいであろう。これは、全装置長を保持しながら、または保持せずに、のいずれかで行われ得る。このタイプの修正アプローチおよび類似の定式化が、上述した一定幅の中央チャネル例に対して説明された同じ増分計算を採用することにより、後続のＣＡＤ製図および装置製造用のソフトウェア中にコード化できる。
【０１０８】
用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」または「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」が明細書または特許請求の範囲で使用される範囲において、その用語は、用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」が請求項においてトランジショナルワード（ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎａｌ  ｗｏｒｄ）として使用される場合に解釈されるように、用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」と同様に包含的であることが意図される。さらに、用語「または（ｏｒ）」が使用される（例えば、ＡまたはＢ）範囲において、それは、「ＡもしくＢまたは両方」を意味すると意図される。出願者が、「ＡまたはＢだけで、両方ではない」と示すことを意図する場合には、用語「ＡまたはＢだけで、両方ではない」が使用されるであろう。従って、本明細書での「または（ｏｒ）」の使用は包括的であって、排他的使用ではない。Ｂｒｙａｎ  Ａ．Ｇａｒｎｅｒ，Ａ  Ｄｉｃｔｉｏｎａｒｙ  ｏｆ  Ｍｏｄｅｒｎ  Ｌｅｇａｌ  Ｕｓａｇｅ  ６２４（２ｄ．Ｅｄ．１９９５）を参照。また、用語「内（ｉｎ）」または「内へ（ｉｎｔｏ）」が明細書または特許請求の範囲で使用される範囲において、その用語は、追加として「上（ｏｎ）」または「上へ（ｏｎｔｏ）」を意味すると意図される。用語「選択的（ｓｅｌｅｃｔｉｖｅｌｙ）」が明細書または特許請求の範囲で使用される範囲において、その用語は、機器のユーザーが、その構成要素の特徴または機能を、その機器の使用における必要または要求に応じて、起動または動作停止し得る、構成要素の条件に言及することが意図される。用語「動作可能に連結された（ｏｐｅｒａｔｉｖｅｌｙ  ｃｏｕｐｌｅｄ）」または「動作可能に接続された（ｏｐｅｒａｔｉｖｅｌｙ  ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」が明細書または特許請求の範囲で使用される範囲において、その用語は、識別された構成要素が、指定された機能を実行する方法で接続されることを意味すると意図される。さらに、例えば、用語「流体的に連結された（ｆｌｕｉｄｉｃａｌｌｙ  ｃｏｕｐｌｅｄ）」または「流体的に接続された（ｆｌｕｉｄｉｃａｌｌｙ  ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」が明細書または特許請求の範囲で使用される範囲において、その用語は、例えば、流体流を供給するため、流圧を伝えるためなど、識別された構成要素が、流体または流体特性を交換または伝達するのを可能にする方法で接続されることを意味すると意図される。用語「実質的に（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ）」が明細書または特許請求の範囲で使用される範囲において、その用語は、識別された構成要素が、対象業界で容認可能であるような誤りの程度で示される関係または品質を有することを意味すると意図される。
【０１０９】
本明細書または特許請求の範囲で使用される場合、単数形「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、および「その（ｔｈｅ）」は、単数が明示的に指定されていない限り、複数を含む。例えば、「１つの化合物（ａ  ｃｏｍｐｏｕｎｄ）」は、単一の化合物だけでなく、２つ以上の化合物の混合物を含み得る。
【０１１０】
本明細書で使用される場合、数と併用された用語「約（ａｂｏｕｔ）」は、その数の±１０％を含むことが意図される。言い換えれば、「約１０」は９〜１１を意味し得る。
【０１１１】
本明細書で使用される場合、用語「任意選択（ｏｐｔｉｏｎａｌ）」および「任意選択で（ｏｐｔｉｏｎａｌｌｙ）」は、その後に記述される状況が起こることもあれば、起こらないこともあり、そのため、記述は、状況が起こる場合とそれが起こらない場合を含む。
【０１１２】
上述のように、本出願は、その実施形態の記述によって説明され、また、実施形態はかなり詳細に説明されてきたが、添付の特許請求の範囲をかかる詳細に限定することも、いかなる方法で制限することも、本出願者の意図ではない。追加の利点および改変が、本出願の恩恵にあずかる当業者には容易にわかるであろう。従って、本出願は、そのより広い態様において、特定の詳細、示された図示例、または言及されたいかなる装置にも制限されない。一般的な発明概念の精神または範囲から逸脱することなく、かかる詳細、例、および装置から新しい試みが行われ得る。
【０１１３】
本明細書で開示される様々な態様および実施形態は、説明のためであって、制限することを意図しておらず、真の範囲および精神は以下の特許請求の範囲によって示されている。
【図１Ａ】
2017510450.tif 000018
【図１Ｂ】
2017510450.tif 000019
【図１Ｃ】
2017510450.tif 000020
【図１Ｄ】
2017510450.tif 000021
【図１Ｅ】
2017510450.tif 000022
【図１Ｆ】
2017510450.tif 000023
【図１Ｇ】
2017510450.tif 000024
【図１Ｈ】
2017510450.tif 000025
【図２Ａ】
2017510450.tif 000026
【図２Ｂ】
2017510450.tif 000027
【図３】
2017510450.tif 000028
【図４】
2017510450.tif 000029
【図５】
2017510450.tif 000030
【図６】
2017510450.tif 000031
【図７Ａ】
2017510450.tif 000032
【図７Ｂ】
2017510450.tif 000033
【図８】
2017510450.tif 000034
【図９】
2017510450.tif 000035
【図１０】
2017510450.tif 000036
【図１１】
2017510450.tif 000037
【図１２Ａ】
2017510450.tif 000038
【図１２Ｂ】
2017510450.tif 000039
【図１２−Ｃ】
2017510450.tif 000040
【図１３Ａ】
2017510450.tif 000041
【図１３Ｂ】
2017510450.tif 000042
【図１３Ｃ】
2017510450.tif 000043
【国際調査報告】
2017510450.tif 000044
2017510450.tif 000045