(57)【要約】【解決手段】特にマイクロ流体装置における流体の流れを制御する装置が記載される。装置は、気体／液体の界面を利用して用途の要件にしたがって液体流を制御する。オン／オフ流れ切り換え、遠心分離、混合、計量およびアリコーティング用の装置が記載される。【選択図】図２
2012506315.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体流れ制御チャンバと、
前記チャンバ内に液体を注入して液膜を形成し該液膜の両側の区画に前記チャンバを分割する手段と、
区画間に圧力差を発生させて注入された液体の偏向を制御する手段と、
を備える流体流れ制御システム。
【請求項２】
前記液体を注入する手段は、液体に作用する遠心力を生成する手段を含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記圧力差を発生させる手段は、前記液体を注入する手段を含むことを特徴とする請求項１または２に記載のシステム。
【請求項４】
容器から前記制御チャンバへの液体の注入を可能にする液体通路によって、または前記制御チャンバから容器に通気する通気通路によって、前記制御チャンバに接続される液体容器を備えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のシステム。
【請求項５】
注入される液体を前記通気通路内へと偏向させて前記通気通路内に液体プラグを形成することによって、前記容器から前記制御チャンバへの液体の流れを停止する手段を備えることを特徴とする請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記流れを停止する手段は、前記容器から前記チャンバに液体が流れるとき、前記通気通路内に圧力低下を生成する手段を含むことを特徴とする請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記液体プラグに作用する力を変更することによって液体の流れを再開させる手段を備えることを特徴とする請求項５または６に記載のシステム。
【請求項８】
重い方の液体成分を前記容器内に閉じ込め、軽い方の液体成分を前記制御チャンバに注入する手段を備えることを特徴とする請求項４ないし７のいずれかに記載のシステム。
【請求項９】
前記液体流れ制御チャンバ内に重い方の液体成分を閉じ込める手段を備えることを特徴とする請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記制御チャンバ内に液体が注入されるとき液体をアリコーティングする手段を備えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のシステム。
【請求項１１】
液体を注入して前記制御チャンバ内に複数の液膜を形成する手段を備えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のシステム。
【請求項１２】
前記チャンバは前記液膜を収容するように二つの表面の間に画成され、前記表面が１ｍｍ未満、好ましくは０．５ｍｍ未満離れていることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれかに記載のシステム。
【請求項１３】
請求項１ないし１２のいずれかに記載のシステムとともに使用される、流体を閉じ込めるための装置であって、
前記装置は気体を閉じ込める第１体積と第１ポートとを画成し、該第１ポートを通して液体を前記第１体積内に注入して該第１体積を液体の両側の別個の区画に分割可能であり、
前記第１体積への液体の流れを前記区画間の圧力差に変換し、これにより液体を偏向させるように構成されることを特徴とする装置。
【請求項１４】
前記第１ポートと流体連通するとともに前記第１ポートの一端への通気通路によって前記第１体積と流体的に接続される第２体積を画成し、前記第１体積内に液体が注入されるとき前記第２体積に気体を放出可能に構成されることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
使用時に前記第２体積の液面が低下するとき、前記通気通路内に圧力低下を生成するように構成されることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項１６】
前記装置が回転軸を画成し、液体の注入を遠心力で駆動するように前記装置が前記回転軸の周りに回転可能であることを特徴とする請求項１３ないし１５のいずれかに記載の装置。
【請求項１７】
前記第１体積が前記第２体積の半径方向外側に配置され、前記通気通路が前記第１ポートの半径方向外側で前記第１体積と接続することを特徴とする、請求項１４に従属する請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記第１体積と接続する前記通気通路の一端が、該通気通路の半径方向の最も外側の部分であることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記第２体積は、半径方向で前記第２体積を前記第１ポートに接続する第２ポートと前記第１体積との間の部分を含むことを特徴とする請求項１７または１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記第１体積は第３ポートを通して第３体積と流体連通し、前記第１体積の一部が半径方向に前記第３ポートを越えて配置されることを特徴とする請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
前記第３体積が計量装置を画成することを特徴とする請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
前記第２体積は、通路によって接続される二つのチャンバを備えることを特徴とする請求項１４に記載の装置。
【請求項２３】
前記第１ポートの反対側のその一端に複数の計量構造を画成し、ジェットが偏向されるときに計量構造が連続的に液体によって満たされることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項２４】
前記装置がサンプルを複数の成分に遠心分離するように、例えば血液サンプルから血漿を分離するように構成され、前記サンプルが１〜２０マイクロリットルの体積を有することを特徴とする請求項１３ないし２１のいずれかに記載の装置。
【請求項２５】
前記区画を分離する液体を収容するように二つの表面の間に前記第１体積が画成され、前記表面が１ｍｍ未満、好ましくは０．５ｍ未満離れていることを特徴とする請求項１３ないし２３のいずれかに記載の装置。
【請求項２６】
チャンバ内の流体流れを制御する方法であって、
前記チャンバ内に液体を注入し、注入された液体の両側の区画に前記チャンバを分割し、
前記区画間に圧力差を発生させて注入された液体の偏向を制御することを含む方法。
【請求項２７】
前記液体を前記チャンバ内に注入することによって圧力差を生成することを含む請求項２４に記載の方法。
【請求項２８】
前記チャンバと容器の間で圧力を平衡させる通気孔によって前記チャンバに接続される容器から液体を注入し、
注入される液体を前記通路内に偏向させて液体プラグを形成することによって、液体の注入を停止することを含む請求項２４または２５に記載の方法。
【請求項２９】
前記容器およびチャンバに第１遠心力を与えて前記液体プラグを形成し、
好ましくは第１遠心力と同一である第２遠心力を与えて液体の成分を遠心分離し、
第１および第２遠心力とは異なる第３遠心力を与えて前記液体プラグを除去し、前記容器内の液体の部分を前記チャンバに移送することを含む請求項２６に記載の方法。
【請求項３０】
前記容器から前記チャンバ内に液体を注入することによって、前記通気通路内に負圧を生成することを含む請求項２８または２９に記載の方法。
【請求項３１】
遠心力を使用して液体を注入することを含む請求項２６ないし２８のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体ハンドリング用の装置およびこの装置を用いて様々な流体操作動作を行う方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
流体ハンドリングは、流体を使う全ての分析手順、特に流体内に存在する微量の化学物質または生物学的物質を操作または判定する必要がある分析手順の主要技術である。部分的には半導体産業で観察される微細化の流れに動かされて、多数の新規な微細化マイクロシステムが分析目的のために開発されてきており、今日ではmicro total analysis system（μＴＡＳ）またはLab-on-a-Chip技術と一般に呼ばれているものを生み出している。この流れは、サブミリリットルの容量を扱う自動化された流体ハンドリング手順を求める新たな挑戦へと流体力学を駆り立てており、ポイント・オブ・ケア／ポイント・オブ・ユース（point-of-care / point-of-use）技術に基づくマイクロ流体力学の分野を急速に成長させている。
【０００３】
マイクロ流体装置は、典型的に、サブミリメートル長さスケールの少なくとも一つの特徴的な寸法を有する様々な形状の流路のネットワークのことを指す。圧力ポンプ、音響、動電学、および遠心分離を含む様々な方法で流体推進を実現することができる。これらのネットワークは、弁調節、計量、サンプル分割、デカンテーション、混合および反応などの様々な実験操作を液体に対して実行することができる。マイクロ流体技術の重要な側面は流体ゲーティング（gating）である。多くの実施形態では、流れネットワークの小さな長さスケールでは表面力の優越性が増大することを利用して受動的な弁を作製する。典型的に、液体通路の断面の急変によって、または液体−固体間の濡れ挙動の急変に対して局所的な表面改質を意図的に施すことによって（またはその両方によって）、これが達成される。受動弁の一般的な代替物は、流路を一時的に塞ぐために使用される外部駆動バルブを用いることである。しかしながら、後者は追加の材料（例えば柔軟膜）の使用とバルブを操作する制御回路とを必要とするので、装置の複雑度を増大させてしまう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
自動化された柔軟な方法で全ての液体ハンドリング機能を実行する固有の能力を有する一方、流体推進／制御機構の複雑度を低減するマイクロ流体装置が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は独立項で規定される。実施形態の選択的な特徴は従属項で規定される。
【０００６】
本発明の基本的な着想は、流れの間に生じる気体−液体結合を活用することである。これにより、液体流れを制御する可動部または独立したシステムを必要とせずに流体の動的な挙動を操作する機会が提供される。
【０００７】
一部の実施形態では、流体制御システムが提供される。このシステムは、流体流れチャンバ内に液体を注入してチャンバ内に液膜を形成し、液膜の両側の区画にチャンバを分割する手段と、区画間に圧力差を発生させて注入された液体ジェットの偏向を制御する手段と、を備える。注入手段は、液体に作用する遠心力を生成する手段を含んでもよい。圧力差を発生させる手段が液体を注入する手段を含んでもよい。注入される液体は、通気孔によってチャンバに接続された容器から注入されてもよい。液体が注入されるとき、制御チャンバ内の液体体積を増加させるか、および／または容器内の液体体積を減少させることによって、圧力差を発生させてもよい。
【０００８】
一部の実施形態では、注入される液体を通気孔の中に偏向させて液体プラグを形成することによって流れが停止されてもよく、制御チャンバと（液体を供給する）容器の間の通気が防止されると流れが止まる。液体プラグに作用する力を変更して液体プラグを維持する圧力に不均衡を生成することで流れを再開することができ、この結果流れが再開される。
【０００９】
重い方の液体成分を容器の中に閉じ込め、軽い方の液体成分を制御チャンバ内に注入するように容器の形状が作られてもよい。したがって、上述のように流れが止まると液体を複数の部分に分割することができ、流れが再開されると分割された軽い方の部分を制御チャンバに戻すことができる。液体の重い方の部分を閉じ込めて、プラグが形成されるまでの初期液体流れが分割された部分を後で汚染しないような形状に制御チャンバ自身が作られていてもよい。疑いを避けるため、相対的な用語である「重い方」「軽い方」というのは互いに対してのものであると理解される。成分または部分の重い方と軽い方を分けるカットオフまたは閾値は、各実施形態の特定の設計と操作パラメータによって決定される。
【００１０】
一部の実施形態は、液体が制御チャンバ内に注入されるとき液体をアリコーティング（aliquoting）する手段を提供してもよいし、または制御チャンバ内に複数の膜を形成するように液体を注入する手段を提供してもよい。
【００１１】
上述の実施形態のシステムとともに使用される装置は、一部の実施形態において体積とポートとを備えており、ポートを通して液体を体積内に注入して体積を液体の両側に分割可能であり、体積への液体の流れを区画間の圧力差に変換して（すなわち体積内部の液体の量が増加する）液体を偏向させるように構成される。
【００１２】
装置が回転軸周りに回転可能であり注入を遠心力で駆動してもよい。例えば、既知のＣＤプレーヤと同様に「リーダ」内に挿入可能である光学ディスクと類似した、「lab on a disc」基板の形態で装置を提供してもよい。体積間の流れをオンオフに切り換えられるように互いに接続された体積を適切な形状にすることで成分の遠心分離が可能となるように装置を構成してもよい。
【００１３】
一部の実施形態では、サンプルを別個の部分に遠心分離するように、例えば血液サンプルから血漿を分離するように装置が構成されてもよい。サンプルは例えば１〜２０マイクロリットルの範囲であってもよい。
【００１４】
装置は、計量装置などの他の体積画成流体素子を備えてもよい。混合チャンバまたはアリコーティング構造を提供するように装置の体積がさらに構成されてもよい。
【００１５】
さらに、一部の実施形態は、圧力差を用いて液体ジェットを偏向させることによって流体流れを制御する方法を提供する。一部の実施形態では、液体自体をチャンバ内に注入することで圧力差を形成し、液体の偏向を用いて通気孔を塞ぎその後開放することによって液体の流れを開始または停止する方法がさらに提供される。
【００１６】
以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態を例示として説明する。同様の参照符号は同様の部分を指す。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１ａ】ジェット偏向装置における基本のジェット偏向機構を示す図である。
【図１ｂ】ジェット偏向装置における基本のジェット偏向機構を示す図である。
【図１ｃ】ジェット偏向装置における基本のジェット偏向機構を示す図である。
【図２】ジェット偏向装置における基本のジェット偏向機構を示す図である。
【図３】ジェット偏向機構を用いて流体接続部内に液体プラグを導入して、液体−気体結合の遷移と流動性とを与える構成を示す図である。
【図４】ジェット偏向機構を用いて流体接続部内に液体プラグを導入して、液体−気体結合の遷移と流動性とを与える構成を示す図である。
【図５ａ】流体成分をその密度にしたがって分離するために使用される、図３および図４のジェット偏向機構の一例を示す図である。
【図５ｂ】流体成分をその密度にしたがって分離するために使用される、図３および図４のジェット偏向機構の一例を示す図である。
【図５ｃ】流体成分をその密度にしたがって分離するために使用される、図３および図４のジェット偏向機構の一例を示す図である。
【図５ｄ】流体成分をその密度にしたがって分離するために使用される、図３および図４のジェット偏向機構の一例を示す図である。
【図５ｅ】流体成分をその密度にしたがって分離するために使用される、図３および図４のジェット偏向機構の一例を示す図である。
【図５ｆ】回転ディスク上の遠心分離式実施形態を示す図である。
【図５ｇ】回転ディスク上の遠心分離式実施形態を示す図である。
【図５ｈ】回転ディスク上の遠心分離式実施形態を示す図である。
【図６】液混合用の構成を示す図である。
【図７ａ】液体のルーティングおよびアリコーティング用の構成を示す図である。
【図７ｂ】液体のルーティングおよびアリコーティング用の構成を示す図である。
【図８ａ】同時に二つの液体ジェットを使用する構成を示す図である。
【図８ｂ】同時に二つの液体ジェットを使用する構成を示す図である。
【図８ｃ】同時に二つの液体ジェットを使用する構成を示す図である。
【図９】同時に三つの液体ジェットを使用する構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
概略として、これらのシステムで観察される液相と気相の間の動的結合を利用して、流体ネットワークの内部で流体を操作する装置および方法を説明する。基本的な機構は、流れ中に確立される液界面を共有する区画内に気体を閉じ込めることである。それに続く上記区画内部の圧力変化が、液界面の変形または変位を予測可能な態様で引き起こす。上述の流体ネットワークは、この効果を用いて流体ハンドリングに実用的に関係する様々な操作を行うように設計される。
【００１９】
図１は、ジェット偏向装置の基本動作原理を図解する。図１ａでは、通路または流路１０１の出口１００からチャンバ１０２内に液体ジェット１０５が放射されている。ジェット１０５は、図１ａ内の線２に沿った断面を表す図１ｂに示すように、チャンバ１０２の断面全体を占める。この結果、事実状液体の膜によって分離された、二つの流体分離区画１０２ａ、１０２ｂが形成される。各区画１０２ａ、１０２ｂは、それぞれに関連する別個の流体ポート１０３、１０４を有する。通路１０１を通る（線３に沿った）対応する断面が図１ｃに示されている。
【００２０】
このような連続する液柱は対応する表面４と６の間の距離によって形成され、同位の大きさである出口１００の近くで通路１０１およびチャンバ１０２内に液体を閉じ込める。例えば、同一の実施形態においてこの距離が最大５倍異なってもよいが、他の点では実質的に同一であってもよい。寸法が小さくなると増大する表面力の優越性によって液体ジェットの完全性が強化されるので、一部の実施形態ではこれらの距離が毛細管寸法、すなわち１ｍｍ未満であり、一部の実施形態では５００ミクロン未満である。ジェットの確立には液体の連続流が必要であり、時間内にこの流れによりチャンバ１０２内に液体体積１０６が蓄積される。
【００２１】
以下、図１ｂおよび図１ｃに示すような断面を占める連続ジェット１０５によってチャンバ１０２が連続的に充填される場合を考える。さしあたり、二つの区画１０２ａ、１０２ｂのポート１０３、１０４が閉じられていると仮定する。流体的に切断されたチャンバ１０２ａ、１０２ｂは体積Ｖｉを有する。ここで、添え字ｉは二つの区画ａ、ｂを表す。簡単のために、高さｈ、幅ｗｉ（ｉ＝｛ａ，ｂ｝）および深さｄ（二つの表面６の間の距離）によって定義される矩形のチャンバ形状を想定する。二つの区画の体積Ｖｉ＝ｗｉ＊ｈ＊ｄは、それぞれの幅ｗｉによって定義される。矢印１５０によって表される重力または遠心力などの密度依存の体積力の存在下で、当初はｚｉにあり後にｚｉ’にある水面を持つ、コンパクトな液体体積が容器１０２の底に蓄積する。
【００２２】
液体ジェット１０５がチャンバ１０２内に注入されると、液体体積によって占有される空間が増加するため、両方の区画内の気体体積が圧縮される。
【００２３】
したがって、所与の時点での気体圧は以下で与えられる。
【数１】
2012506315.tif 000003
【００２４】
両方の区画で観察される圧力は、ｚｉ’＞ｚｉなので連続的に上昇する。ｐｉ’が区画の幅ｗｉから独立であることに注意する。ここで、二つの区画が同一の初期圧（すなわちｐ１０２ａ＝ｐ１０２ｂ＝ｐ０）を有し、全ての時間で同一の液面（すなわち、ｚａ’＝ｚｂ’＝ｚ’）を有し、さらに簡単のためにｚａ＝ｚｂ＝ｚであると仮定すると、以下のようになる。
【数２】
2012506315.tif 000004
これは、特定の区画ｉから明らかに独立している。この意味するところは、上記の条件においては液体ジェットを隔てて付与される圧力差が存在しない（Δｐ＝ｐ１０２ａ−ｐ１０２ｂ＝０）ということである。
【００２５】
図２では、チャンバ１０２ａのポート１０３が依然として閉じられているかまたは定圧ｐ１０２ａに接続される一方、出口１０４が圧力ｐ１０２ｂに接続されると仮定する。すると、有限の圧力差Δｐ＝ｐ１０２ａ−ｐ１０２ｂ≠０がジェットに付与され、ジェットは、圧力が均衡した直線経路１２０から、より定圧の出口（図２の１０４）に向かって曲線経路１２１に沿って連続的に偏向される。直線経路の位置ｘ＝０に対する、容器１０６の底で液面を叩くジェットの偏差ｘ’によって、この偏向を測定することができる。
【００２６】
液体ジェットの初期偏向の原因である液体流から生じる圧力差を、流体推進機構の調節および／または流体ネットワーク内に特別に構成された内部要素の導入によって制御し、流れる液体と相互作用させることができる。一部の実施形態では、液体流で誘発されたジェット偏向を使用して受け入れチャンバ１０２内に存在するガス通路を閉鎖または開放して、流体システムの異なる部品における圧力調節を可能にするか、または液体プラグをガス通路に一時的にまたは恒久的に導入することによって、気体−液体間の流体力学に突然の遷移を提供する。一部の実施形態では、流体ネットワーク内に存在する追加の液体を用いて、流体ネットワークの追加ガス出口を閉鎖または開放し、これによって一旦液体ジェットが生じると形成される異なる区画内の圧力調節が可能になる。この内部制御を使用して、受け入れチャンバ１０２の少なくとも二つの区画１０２ａ、１０２ｂの間に一定のまたは可変の（例えば振動する）圧力差を与えることができる。
【００２７】
一部の実施形態では、例えばディスクまたはロータなどの回転デバイスに基づくシステム内で、流体推進および制御機構の両方として遠心力が使用される。これらの実施形態では、流体ネットワークを収容する基板の遠心周波数を制御すれば、流体推進および制御機構として動作するのに十分である。したがって、システム全体の複雑度が低下し、ポンプ、チューブおよびバルブなどの外部の能動素子または受動素子の必要性が潜在的に排除される。
【００２８】
遠心力は以下で与えられる。
【数３】
2012506315.tif 000005
これは、密度ρ、回転中心からの半径方向位置ｒ、および遠心周波数ωに依存する。
【００２９】
この場合、液体ジェット１０５の偏向のために、流速ｖに対するコリオリ力
【数４】
2012506315.tif 000006
を考慮する必要がある。従来の研究によると、遠心周波数が高くなるほどコリオリ力の重要性が増大し、回転周波数の制御によって液体に特定の経路を辿らせるためにコリオリ力を使用できることが分かっている。例えば、回転の検出を反転させることによって、分岐点のいずれかの分岐に液体を選択的に向かわせることが可能になる。しかしながら、上述の実施形態の典型的な構成における実験では、回転の検出が反転されるときに偏向方向は反転しないので、コリオリ力は液体ジェットの偏向を支配する優越的な力ではないことが分かっている。したがって、近似のためにコリオリ力を無視することができる。
【００３０】
流れ中に生じる圧力差を内部制御する特定の実施形態が図３に図解される。区画１０２ｂのポート１０４が流路１０８を介して上流の容器１０９と圧力Ｐｃで流体的に接続される一方、ポート１０３は大気に対して閉じられたままである。容器１０９は、液体を流路１０１に供給する液体体積１１０を含む。液体ジェットが確立され、容器１０９につながるポート１１９が大気に対して閉じられていると仮定すると、三つの区画１０２ａ、１０２ｂ、１０９が存在することになる。区画１０９と１０２ｂは流路１０８によって流体的に接続されているので、ｐ１０９＝ｐ１０２ｂとなる。時間とともに、体積１０６の増加する液面とこれに対応して減少する体積１１０の液面が、それぞれｐ１０２ａの増加とｐ１０２ｂの低下をもたらし、この結果ｐ１０２ａ＞ｐ１０２ｂとなる。この圧力の不均衡は、区画１０２ｂから１０４および１０８を通して１０９へと流体を移動させる傾向があり、上述したように、液体ジェット１０５を正のｘ方向に偏向させる。体積１０９および１０２ｂの一方が大気または著しく体積の大きな他の構造に接続される場合、対応する圧力は実質的に一定に留まるか、またはわずかな量だけ変化する。しかし、他方の孤立した体積の体積変化は、依然として圧力の不均衡を形成しジェットを偏向するように作用する。
【００３１】
図４は、液体ジェットそのものがポート１０４内に偏向される場合を図解する。所与の適切な条件において、ジェット１０５の液柱が壊れて、加圧された区画１０２ｂから容器１０９までの気体の通路を塞ぐ液体プラグ１１７が残る。結果として、区画１０２ａと１０２ｂが結合し、１０２ａと１０２ｂの間の圧力差が釣り合い、ｐ１０２ａ＝ｐ１０２ｂ＝ｐ１０２、およびｐ１０２＞ｐ１０９となる。特定の条件下では、プラグ１１７が形成され、流路１０８の内部で本質的にプラグが静止し、容器１０９からチャンバ１０２への液体移動がなくなった直後に、準安定平衡を達成することができる。ポート１０４内への導入の原因である圧力差、適用される流体推進機構から生じる液体プラグにかかる圧力、および通路１０８の壁面と液体との接触による毛細管圧力の間のバランスによって、プラグの挙動が決定される。
【００３２】
これらの圧力間に不均衡を形成することによって、この準安定平衡状態から移動することができる。例えば、圧力不均衡を形成するためにポート１１９に働きかけることができる。流体推進機構として遠心力を用いるシステムでは、遠心周波数の変更によってこの不均衡をたやすく達成することができる。両方の場合とも、流路１０８を通ってて容器１０９内にプラグが移動するか、またはチャンバ１０２内にプラグが戻される。一旦プラグが取り除かれると、再び容器１０９からチャンバ１０２へと液体が移動する。外部から課される条件、流れネットワークの形状および寸法に応じて、少なくとももう一度システムが準安定状態に達するか、または容器１０９からチャンバ１０２内に全ての液体が移動する。
【００３３】
一部の実施形態では、図３および図４に関して上述した構成が、オン／オフ流れスイッチ装置として実装される。この場合、ジェットが出口１０４内へと偏向されて液体プラグ１１７を形成するまで、液体は受け入れチャンバ１０２へと流れる（オンの状態）。一旦プラグが形成され通路１０８内で静止状態を維持すると、流路１０１の出口から液体が放出されなくなる（オフの状態）。流体推進機構は依然として作動しているので、デバイスは、隣接する構造内に存在する液体とともに別の機能を実行し続けることができる。上述のような流体推進機構に働きかけるとによって、一回だけまたは複数回、流れが再開される。これにより、単一の流体装置の複数の構造で生じる同時の事象を同期させる機会が得られる。
【００３４】
特定の用途に応じて、容器１０９内に最初に存在する体積の全てがチャンバ１０２に移送されるか否か、または特定の部分を容器１０９内に残すか否かを定めるように容器１０９が設計される。液体内に存在する異なる成分をそれらの異なる密度に基づき分離する実施形態では、容器の形状のために、一つまたは複数の分離された部分が容器１０９内に部分的にまたは完全に保持される。さらに、一部の実施形態では、一つまたは複数の異なる密度の部分を保持して、所望の部分のみが他の流体構造に進むようにチャンバ１０２が設計される。
【００３５】
一部の実施形態は、例えば全血内に存在する細胞成分を血漿から分離するなどのために、二相液体分離装置を提供する。図５ａは取り得る装置構成の模式図である。最初に二相液体は容器１０９内にある。通路１０３および１１９は、大気に対して閉じられているか、または大気に対して閉じられた装置内に存在する他の構造につながっており、したがって流体構造から気体が逃れることはできない。例えば遠心力である密度依存の体積力などの流体推進機構を適用すると、連続ジェットが形成され、チャンバ１０２を二つの流体分離された区画に分割する。
【００３６】
容器１０９内の減少する液面によって、および／またはチャンバ１０２内の増加する液面によって形成される圧力差のために、図５ｂに示すようにチャンバ１０２内で液体ジェット１０５が出口１０４に向けて偏向される。特定の瞬間に、ジェットが出口１０４内に押し込まれ、容器１０９をチャンバ１０２に接続する通路内に液体プラグ１１７を形成し（図５ｃ）、上述した準安定平衡状態に至る。
【００３７】
この時点で液体の流れは止まるが、液体推進機構は依然として作動する。その結果、力場の方向にしたがって密度の高い相が液体堆積物の中に現れ、図５ｄに示すように、容器１０９とチャンバ１０２の両方で、二つの異なる相すなわち部分１３０または１３１が得られる。容器１０９とチャンバ１０２の間の通路を塞ぐ液体プラグを取り除くと、再び流れが再開し、分離された流体１３０は容器１０９からチャンバ１０２へと移動する（図５ｅ）。ポート１０３の位置、形状および寸法が、隣接する流体構造へと進むチャンバ１０２内の液体の部分を決定する。当業者は、いくつかの形状で通路を形成できること、および、一部の実施形態では液体１３０の分離された部分のみが次の構造に進むように通路が設計されることを容易に理解する。
【００３８】
図５ｆないし図５ｈを参照して、密度が異なる液体の混合物を分離するか、または懸濁液から固形物を分離する（特に、血漿から血球を分離する）ための遠心実施形態について説明する。
【００３９】
ＣＤなどの既知の光学ディスクに類似し、当分野で「lab on a disc」として知られるディスク１３４は、様々な等級のＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＳ（ポリスチレン）、ＣＯＰおよびＣＯＣ（シクロオレフィンポリマーおよびコポリマー）を含む熱可塑性ポリマーから製造され、装置を用いて分離された物質を検出する光学検出法に適した透明基板を提供する。ディスク１３４は射出成形または射出／圧縮成形を用いて製造されるが、熱エンボス加工などの他の形成法も等しく利用できる。これらの装置は流体ネットワークを提供するために組み立てられる必要がある。この組み立ては、薄箔の積層を用いて、または最終的に活性化される接着剤、感光性樹脂、反応システムまたは固形接着剤などの接着性物質を利用して達成される。別の代替的な製造法には、市販のフォトレジストを用いてディスク１３４内に流体ネットワークを生成するリソグラフィ、レーザー切断またはマイクロミリングが含まれる。
【００４０】
ディスク１３４は、遠心マイクロ流体工学の分野で周知であるように、制御読出装置の回転テーブルの対応する止め具と係合するように構成された中心開口１３６を画成する。上述のような一つまたは複数のマイクロ流体素子がディスク内に形成される。そのうちの一つが破線の円１３８によって模式的に示されている。
【００４１】
図５ｇを参照して、マイクロ流体素子１３８は、ディスク１３４が回転するとき容器１０９からチャンバ１０２に液体を搬送するための通路１０１によって互いに接続されたチャンバ１０２および流体容器１０９と、圧力平衡のためにチャンバ１０２を容器１０９に接続する通気（venting）通路１０８とを備える。上述したように、通路１０１から射出される液体ジェットを閉じ込めるためのチャンバが対向する表面の間に画成される。図５ｇには開口１３６内の回転軸が示されていないが、矢印１７６で示すように図面から外れて位置している。
【００４２】
容器１０９は、開口１３６によって定まる回転軸の半径方向の中間にある第１容器壁１４０と、第２容器壁１４２と、第１および第２容器壁１４０、１４２の両端にある側壁１４４および１４６とによって画成される。例えば血液注入口であるサンプル注入口１４８が側壁１４４に形成される。サンプル注入口１４８は、別のサンプル搬送構造に接続されるか、または毛管作用によってサンプルを容器１０９内に導くように構成されている。一旦サンプルがマイクロ流体素子１３８の内部に込められると、ディスク外部からサンプル注入口１４８へのアクセスを閉鎖する封止手段（図示せず）が設けられる。これにより汚染が防止されサンプル注入口１４８を大気から封止する。一部の実施形態では、接着フラップを用いてサンプル注入口を封止する。
【００４３】
側壁１４４と反対側の側壁１４６にまたはこれに隣接して、容器１０９と通路１０１との間に流体連通を確立するポート１５２が第２容器内に設けられる。第２容器壁１４２は、ポート１５２を越えて半径方向に延出し保持体積を画成するように、ポート１５２に対して構成される。保持体積は、例えば血液サンプルから取った細胞物質である第１部分１３１を保持し第１部分がポート１５２を通過するのを防止するためのものである。同様に、一般に第１容器壁１４０に（一部の実施形態では側壁１４６と容器壁１４０との間に）ポート１５０が画成され通気通路１０８と流体連通する。
【００４４】
チャンバ１０２に移ると、チャンバ１０２は、半径方向で第２チャンバ壁１５６と容器１０９との間にある第１チャンバ壁１５４と、チャンバ１０２の両端にある側壁１６０および１５８とで画成される。第１チャンバ壁１５４は通路１０１と流体連通するポート１６２を画成し、側壁１５８内のポート１６２の側にポート１６４が設けられる。ポート１６４は、側壁１５８から延出する突出部１６６に設けられる。この結果、ポート１６２から放出する液体ジェットに隣接してポート１６４が配置されるので、上述したようなプラグの形成が容易になる。突出部１６６は、ポート１６４が壁１５８と同一平面に形成される場合よりも、ポート１６２からの非偏光ジェット（通路１０１の直線の連続）の場所にポート１６４が接近するようにしている。突出部と突出部に収容される通路１０８の最終部は半径方向に対して斜めになるように角度が付けられており、遠心力によって通路１０８内に形成されるあらゆるプラグの除去を容易にしている。
【００４５】
壁１６０の末端と第１壁１５４との間に、チャンバ１０２から隣接する構造への通路１０３が画成され、ポート１０３を越えて半径方向に延出するチャンバ１０２の部分保持部を形成している。この結果、容器１０９からチャンバ１０２内に受け取られた重い方の部分（例えば血球）が保持される一方で、軽い方の部分（例えば血漿）がポート１０３を通って隣接する構造（例えば計量構造）に流れることができる。このような計量構造は当分野で周知であり、一実施形態では、バルブ１７０によって別の構造に接続された計量容積１６８と、計量容積１６８からあふれ出たものを受け入れるオーバーフロー容積１７２とを備える。バルブ１７０は、様々な実施形態において、毛細管バルブ、表面コーティングバルブまたはサイフォンである。
【００４６】
隣接構造は、計量容積１６８、オーバーフロー容積１７２、および使用時に区画１０２ｂを大気に開放された回路に接続して圧力を平衡させる空気穴１７４をさらに備える。
【００４７】
図３ないし図５を参照して説明した実施形態では、通路１０１から放出される液体ジェットを横切る圧力差に対する二つの貢献がある。一つは、ポート１０３が大気に対して閉じられているか、または大気圧に対して閉じられているがチャンバ１０２の体積よりも著しく大きな他の構造に接続されていると仮定して、通路１０８に接続されない区画内の圧力が増加する。もう一つは、チャンバが大気に接続されていないと仮定して、容器１０９からチャンバ１０２への液体の流れがチャンバ１０９内に負圧を発生させる。この負圧が、通路１０１から放出するジェットの反対側のチャンバ部分に通路１０８を介して作用する。したがって、容器１０９とチャンバ１０２の両方が大気圧と接続されていない場合、通路１０８内への液体ジェットの偏向を生じさせる圧力差は、ジェットの一方の側の負圧と、ジェットの他方の側の正圧との両方に起因する。しかしながら、容器１０９またはチャンバ１０２のいずれか一方が大気圧に接続されていれば、これらの圧力のいずれか一方のみを利用して液体ジェットを偏向させることができる。
【００４８】
続いて、図５ｈを参照して、上述の遠心実施形態の動作を説明する。ステップ１７８で容器１０９にサンプルが充填され、ステップ１８０でディスク１３４が速度ｓ１で回転されて、通路１０１からチャンバ１０２内に放出する液体ジェットを形成し、さらに上述のように通路１０８内にプラグを形成する。これは事実上液体ジェットをオフに切り換え、サンプルの大半が容器１０９内に残される。プラグが形成される前に少量のサンプルがチャンバ１０２内に移送されるが、チャンバ１０２の寸法、ポート１６２、１６４の相対位置および速度ｓ１は、チャンバ１０２内に注入される液体の体積がチャンバ１０２の保持容積を越えないように選択されている。したがって、以下に述べるように、プラグが除去される前に液体がポート１０３に進入することはない。
【００４９】
ステップ１８２で、ディスクが速度ｓ１で回転され続け、サンプルに遠心力を作用させて、満足する分離が得られるまで部分を分離する（例えば、血漿から血球を分離する）。続いて、ステップ１８４で、増加した速度ｓ２でディスクが回転されプラグ１０８をチャンバ１０２内に排出し、事実上通路１０１を再び開放する。その結果、ステップ１８６でディスクを速度ｓ２で回転させ続けながら、分離された軽い方の部分（例えば血漿）が通路１０１を通してチャンバ１０２へと移送され、続いてポート１０３を通して後続のチャンバに移送される。同一の結果を得るために、例えば中間速度を含むなど回転速度の他の順序も等しく実行できることは理解されよう。一部の実施形態では、速度ｓ２を速度ｓ１よりも小さくして圧力の不均衡を生じさせてもよい。この圧力不均衡は、装置の特定の用途並びに回転中心に対する構造の配置に応じて、プラグ１０８をチャンバ１０２ではなく容器１０９内に追い払うように作用する。
【００５０】
図５ｆないし図５ｈに関して上述した実施形態は、特に血漿の分離に適している。その理由は、血液の赤血球成分は血清よりも密度が高く、それゆえ壁１４２および１５６に対する遠心分離下の堆積物が細胞をコンパクトに形成し、血漿の抽出が可能となるからである。図５ｇを参照して上述したマイクロ流体構造は、異なる特徴のために使用される深さに応じて、１〜２０マイクロリットルの範囲の血液サンプルからプラズマを分離するために、図面に示した長さスケールで直ちに製造することができる。この範囲は、構造の寸法および形状に対する設計変更によって、より小さなまたはより大きな体積に容易に拡大することができる。プラグの形成から血漿の抽出までの分離プロセスに要する典型的な時間スケールは１０秒以内であり、したがって、このプロセスは、ポイント・オブ・ケア／ポイント・オブ・ユース（point-of-care / point-of-use）装置で必要とされるような迅速な検査スキームに非常に適している。
【００５１】
一部の実施形態では、液体ジェット偏向機構が液体混合操作用に構成される。これは、これらのシステムで一般に観察される、均質な混合を妨げる層流事象が与えられたマイクロ流体装置に特に関連する。一部の実施形態では、容器１０９は第１の液体を収容し、受け入れチャンバ１０２は第２の液体を収容する。チャンバ１０２内の追加の液体の存在は、ジェット偏向機構の上記解析の本質に影響を及ぼさない。液体ジェット１０５の偏向がチャンバ１０２内に存在する液体との接触面を増加させ、液体ジェットが偏向されない場合と比較してより高速かつ一様な混合が行われる。高速の混合が可能な一部の実施形態では、上述したスイッチ機構を用いていくつかのオン／オフ状態を反復し、容器１０９内に存在する第１の液体のわずかな部分を、チャンバ１０２内に存在する第２の液体上に離散的に注入する。
【００５２】
液体の混合のためにオン／オフスイッチ機構を用いる一部の実施形態では、図６に模式的に示すように、チャンバ１０２と容器１０９との間に別のチャンバ１１６を備える。この場合、容器１０９内に存在する第１の液体が別のチャンバ１１６内に流れ、第２の液体が別のチャンバ１１６からチャンバ１０２内に流れる。受け入れチャンバ１０２内に連続液体ジェット１０５が形成され、容器１０９とチャンバ１０２の間の気体圧力を平衡させるために使用されるポート１０４内にジェットが偏向する。続いて、上述のように液体プラグを流路１０８内に導入することによって流体スイッチのオフ状態が作動し、受け入れチャンバ１０２への流れが停止する。容器１１６内の圧力状態はポート１１８への働きかけによって制御され、容器１０９からチャンバ１１６への流れを継続するかまたは停止するかを決定する。この二番目のケースでは、ポート１１８が閉じられるか、または大気に対して閉じられた流体構造につながる。これにより生じる遅延が、拡散による容器１１６内の流体同士のさらなる混合を可能にする。一部の実施形態では、液体プラグを出口１０４から直接容器１０９内に移動させることによって、流体スイッチのオン状態が作動する。これは、第２の液体の一部が、当初は第１の液体のみを収容している第１容器１０９内に混合されることを意味するので、混合をさらに改善する。全ての液体がチャンバ１０２に供給されるまで上述のプロセスが複数回繰り返されるように装置を作動させることができる。
【００５３】
一部の実施形態は、液体のルーティング（routing）および液体を部分に分割する（「アリコーティング（aliquoting）」とも呼ばれる）ための装置を提供する。液体ルーティングは、液体または液体の部分を、チャンバ１０２の特定位置に配置された出口内に選択的に導くことを可能にする。図７ａは、上述の液体ジェット偏向機構を用いた液体ルーティング構造の模式図である。図示していないが、一部の実施形態では、チャンバ１０２に同様にまたは同じく接続された、上述の容器１０９に類似の容器から、ジェットを形成する液体が放出される。液体ジェット１０５は当初の位置から偏向され、これによってネットワークの下流の流体素子内に液体（例えば、決定された量の液体）を送る特定の出口１１２および１１３に向けられる。チャンバ１０２は、固定されたまたは可変の形状および寸法を持つ出口１１２および１１３と同様の複数の素子を備えてもよい。流体ネットワークの設計および／または液体推進操作パラメータの調節によって、各出口へと向けられる液体の量を制御することができる。これは、同一の流体ネットワーク設計に対して、推進機構に対する変更によって異なる場所に可変体積の液体を導く機会を提供する。対照的に、既知の装置では、ルーティングまたはアリコーティングされる液体の一定体積を決定するためにネットワーク設計を用いる。。
【００５４】
アリコーティング構造の特定の実施形態が図７ｂに与えられている。液体ジェット１０５が当初の位置から偏向され、偏向の間、出口１３４および１３５と流体連通する受け入れ容器１１４および１１５を部分的にまたは完全に充填する。これらの出口は下流の流体構造に接続され、毛細管バルブ、表面改質バルブ、圧力作動膜バルブ、圧電バルブ、相変化バルブまたはサイフォンなどの流体素子で構成されてもよい。これらの設計および動作は当業者には良く知られている。受け入れチャンバ１０２は、液体計量用に設計された体積を持つ受け入れ容器１１４および１１５と同様の複数の素子を備えてもよい。受け入れ容器の完全な体積を必要とする用途に対して、超過した液体を保持するためのオーバーフローとして追加の容器を使用する一方、一部の実施形態では全てのアリコーティングの適切な充填を保証する容器が追加される。アリコーティングされた液体の部分は、アリコーティング素子の形状および寸法によって消極的に規定されるか、またはこれらの部分を完全に充填することなく特定の位置１１４および１１５に定められた量を得るための偏向のアクティブ制御によって規定される。
【００５５】
図７ａおよび図７ｂを参照して説明した装置は、ポート１０３および１０４の開閉に応じて多数の方法で動作させることができる。両方のポートが閉じられている場合、液体が偏向し、図７ｂを参照して説明したバルブなどの別の機構によって、または下流の気体通路内への液体の閉じ込めによって、またはサイフォンを備える遠心システムの場合、液体が保持されるまで、最も近い出口から液体が離れる。この場合、液体はその出口を完全に充填し、その結果チャンバ１０２内の液面が再び上昇し、隣接する出口に液体膜が偏向してプロセスが継続する。ポート１０３を閉鎖しポート１０４を開放しておくことで、出口上部を覆って液体ジェットを継続的に偏向させて、これらに注入される体積の制御が可能になる機会が提供される。出口１０４に負圧を外部的に与えるか、または例えば上述の容器１０９と類似の容器に出口１０４を接続する（この容器内の液面低下と関連する負圧とを用いて液体ジェットを連続的に偏向させる）ことによって、これを行うことができる。ポート１０３の開放は、図５を参照して上述したオーバーフロー原理を使用して、例えば後続ステージにおいてこのポートからの液体の抽出を可能にする。
【００５６】
一部の実施形態は、二つ以上の液体ジェットを利用する。図８は、上述の液体ジェット偏向機構の模式図である。チャンバ１０２に流れ込む二つの液体ジェット１０５および１１１を使用し、二つの液体ジェットの間に画成された体積で圧力が増加し、液体ジェット１０５および１１１の二つの発散する偏向が生じる。ジェット１０５および１１１は、同一の液体または異なる液体を収容する同一のまたは異なる上流チャンバから生じる。液体ジェット１０５および１１１の偏向を引き起こす圧力差は、二つの液体ジェット１０５および１１１の間に画成された体積１０２ｃの中に閉じ込められた気体の圧力増加からのみ発生してもよい。例えば、出口１０４および１０３が一定の大気圧に設定され、チャンバ１０２が当初は空であった場合、液体ジェット偏向の原因となる圧力差は以下の関係によって支配される。
【数５】
2012506315.tif 000007
ここで、Ｖ１０２ｃは二つの液体ジェットの間に画成された区画の体積であり、Ｖ１０６ｃは区画１０２ｃ内に蓄積される液体の体積である。
【００５７】
一部の実施形態では、二つの収束ジェットが与えられる。図８ｂは、チャンバ１０２に流れ込む二つの液体ジェット１０５および１１１を使用する液体ジェット偏向機構の模式図である。二つの液体ジェット１０２ａおよび１０２ｂの外側に画成された体積内の圧力増加が、液体ジェット１０５および１１１の二つの収束する偏向を生じさせる。ジェットが互いの方向に向けられるので、これらの実施形態は、例えば液体の混合を改善することができる。この場合、二つの液体ジェット１０５および１１１の間に追加の入口／出口１２２（図９）を配置して、体積１０２ｃにおいて定圧を維持するようにしてもよい。
【００５８】
次に、同一方向に偏向された二つの液体ジェットを利用する一部の実施形態について、図８ｃを参照して説明する。この場合、二つの液体ジェットの外側に画成される体積のうち一方に圧力増加をもたらすように装置が設計および作動され、同一方向への液体ジェットの偏向を生じさせる。この実施形態は、二つの液体ジェットの合流点で接触面積（または接触時間）を増大させ、液体の混合をさらに改善することができる。
【００５９】
一部の実施形態は、同時に動作する三つ以上のジェットを有する。以下、図９を参照して、容器１０２に流れ込む三つの液体ジェット１０５、１１１、１２３を使用する上述の液体ジェット偏向機構の一例について説明する。他の液体ジェット１０５および１１１の流速を制御するか、またはチャンバ１０２の形状および寸法を調節することによって、中心の液体ジェット１２３の経路を制御して、ジェット間の区画１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄ内に生じる圧力に直接影響を与えるか、または両方の効果の組み合わせを与えることができる。各ジェットに独立して対処可能である流体推進機構を使用するか、またはジェットが放出される開口部の設計を変更するか、または両方の組み合わせによって、個別のジェットの流速をそれぞれ調整することができる。このシステムを用いて、中心の液体ジェットの近傍１０２ｃおよび１０２ｄの気体圧力を調節することで、中心の液体ジェット１２３の流れを一定の偏向に（または偏向がないように）調節することができる。
【００６０】
液体ジェットが三つであるシステムの実施形態は、一つの液体ジェットをオン／オフするバルブを提供する。この特定のケースで特定の気体圧閾値を越えると、各区画内に生じる圧力に影響するシステムパラメータ（例えば、ジェット流速および／または構造の設計）に働きかけることによって、一つの液体ジェットの流れが停止される（オフ状態）。このオン／オフバルブの簡単な実施形態は、中心ジェット１２３よりも遙かに流速が高い二つの側部ジェット１０５および１１１を有し、ジェットの間に閉じ込められる空間内に圧力増加を引き起こし、これが中心ジェットの発生を妨げる。この場合、上流の供給チャンバが空になるか、側部ジェットの流速が変化し閉じ込められた空間の圧力が閾値よりも低下すると、一つまたは両方の側部ジェットが消滅し、その後でのみ中心ジェットが発生する。これらの実施形態は、液体流れの連続制御に用途が見い出される。
【００６１】
本発明の特定の実施形態を例示として説明してきたが、上述の実施形態の様々な変形、修正、変更および組み合わせが多数あることは当業者にとって明らかである。
【００６２】
特に、図５を参照して説明した分離実施形態について、遠心式アプリケーションの特定の設計を説明したが、当業者は、展開図として観察することができる模式的に描かれた残りの実施形態を遠心式アプリケーションに直ちに適用することができる。
【００６３】
図５ｇは、遠心分離器の特定の例と、図中に示した尺度の参照による上述実施形態の寸法とを提供するが、当業者であれば、設計パラメータを変更する簡単な原理を使用して寸法および構造を直ちに変更できることは理解されるだろう。例えば、ジェット閉じ込め面の間の距離を必要に応じて直ちに変更することができ、また各設計候補に対して、ジェットのいずれの面に二つの区画が形成されるかを直ちに確認することができる。同様に、ポート１６４および１６２の距離および相対位置を、プラグの形成が必要であるか否か、時間スケール、および回転速度の関数として変更することができ、その結果を実験的に容易に確認することができる。したがって、特定の用途、簡単な実験により直ちに検証可能である所望の特性、変更した設計の試用にしたがって、上述の実施形態を容易に変更できることが分かる。
【００６４】
例えば、一部の実施形態では、外部素子を用いた追加の消極的または積極的な制御と上述の変更機構とを組み合わせる。例えば、チャンバ１０２に到来する液体に直接作用する外部の流れ制御機構を用いることによって、またはチャンバ１０２あるいは液体ジェットおよび／または容器１０９によって画成される区画の一部に対する追加の気体圧制御を用いることによって、圧力制御を行ってもよい。例えば、液体ジェット１０５または蓄積する液体の体積１０６がチャンバ１０２内の特定位置に到達したとき、または液体ジェット１０５が特定の形状となったときに、外部制御機構を作動させることができる。この実装は、流れ検出器、接触検出器または光検出器などの追加の外部素子を用いてもよい。特定の用途に適しているとみなされる予め定められた液体ジェット偏向が得られるように制御が調節されてもよい。
【００６５】
上述の一つまたは複数のポートが恒久的に閉鎖され続ける実施形態では、冗長物としてポートを設計から省略してもよいことは理解されるだろう。
【００６６】
本発明は、液体流を伴う幅広い用途で使用することができ、特に化学的検出システムおよび生物学的検出システムで使用することができるが、これらに限定されない。上述の液体ジェット偏向機構を利用する他の実装は、外部のまたは内部の追加圧力制御素子を用いる巨視的または微視的流体システムで等しく想定される。
【００６７】
したがって、本発明は特定の上記実施形態および実施例に限定されるよう意図されてはおらず、添付の請求項によって定義される。
【図１ａ】
2012506315.tif 000008
【図１ｂ】
2012506315.tif 000009
【図１ｃ】
2012506315.tif 000010
【図２】
2012506315.tif 000011
【図３】
2012506315.tif 000012
【図４】
2012506315.tif 000013
【図５ａ】
2012506315.tif 000014
【図５ｂ】
2012506315.tif 000015
【図５ｃ】
2012506315.tif 000016
【図５ｄ】
2012506315.tif 000017
【図５ｅ】
2012506315.tif 000018
【図５ｆ】
2012506315.tif 000019
【図５ｇ】
2012506315.tif 000020
【図５ｈ】
2012506315.tif 000021
【図６】
2012506315.tif 000022
【図７ａ】
2012506315.tif 000023
【図７ｂ】
2012506315.tif 000024
【図８ａ】
2012506315.tif 000025
【図８ｂ】
2012506315.tif 000026
【図８ｃ】
2012506315.tif 000027
【図９】
2012506315.tif 000028
【国際調査報告】
2012506315.tif 000029
2012506315.tif 000030
2012506315.tif 000031