(57)【要約】  毛細管駆動流体システムにおいて所定の体積混合比で第１の流体を第２の流体と混合することを可能にする装置（１００）が提供される。装置（１００）は、当初空の混合チャンバ（１１０）を第１の流体で満たすことを可能にする。次いで、装置は、混合チャンバ（１１０）内に空の空間を形成するように、混合チャンバ（１１０）から第１の流体の所定の部分を空にすることを可能にする。次いで、装置は、混合チャンバ（１１０）の空の空間を第２の流体で満たすことを可能にし、それによって、所定の体積の第１の流体が所定の体積の第２の流体と経時的に混合することを可能にする。【選択図】  図１ａ
2020531267.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の体積混合比で第１の流体を第２の流体と混合するための毛細管駆動流体システムにおける装置（１００）であって、該装置は、混合チャンバ（１１０）と毛細管ポンプ（ＣＰ）を備え、
前記混合チャンバ（１１０）は、主チャンバ（１２０）と１つ又は複数の内部チャンバ（１３０ａ、１３０ｂ）とを含み、前記主チャンバ（１２０）と前記１つ又は複数の内部チャンバ（１３０ａ、１３０ｂ）の各々とは、前記主チャンバ（１２０）と前記１つ又は複数の内部チャンバ（１３０ａ、１３０ｂ）との間の流体連通を可能にし、かつ使用中に前記主チャンバ（１２０）内の毛細管圧（ＣＰ３）よりも大きい毛細管圧（ＣＰ２）を少なくとも１つの開口部（１２６ａ、１２６ｂ）内に生成するよう配置された前記少なくとも１つの開口部（１２６ａ、１２６ｂ）を各々含むそれぞれの構造（１２４ａ、１２４ｂ）によって分離され、
前記混合チャンバ（１１０）は、それぞれの前記少なくとも１つの開口部（１２６ａ、１２６ｂ）を介して、前記主チャンバ（１２０）と前記１つ又は複数の内部チャンバ（１３０ａ、１３０ｂ）とを前記第１の流体で満たすように、第１の流体を受け取るよう配置されており、
前記毛細管ポンプ（ＣＰ）は、前記混合チャンバ（１１０）の前記主チャンバ（１２０）と前記１つ又は複数の内部チャンバ（１３０）とが前記第１の流体で満たされた後に、前記主チャンバ（１２０）から流体を引き込むよう配置されており、前記毛細管ポンプは、前記１つ又は複数の内部チャンバ（１３０ａ、１３０ｂ）ではなく前記主チャンバ（１２０）が前記第１の流体を空にされるように、前記主チャンバ（１２０）の前記毛細管圧（ＣＰ３）と、各それぞれの構造（１２４ａ、１２４ｂ）の前記少なくとも１つの開口部（１２６ａ、１２６ｂ）内の前記毛細管圧（ＣＰ２）との間である毛細管圧（ＣＰ１）で動作するよう配置され、
前記混合チャンバ（１１０）は、前記１つ又は複数の内部チャンバ（１３０ａ、１３０ｂ）内の前記第１の流体と、前記主チャンバ（１２０）内の前記第２の流体とが、それぞれの前記構造（１２４ａ、１２４ｂ）の前記少なくとも１つの開口部（１２６ａ、１２６ｂ）を通して混合することを可能にするように、前記主チャンバ（１２０）が前記第１の流体を空にされた後に、前記主チャンバ（１２０）を前記第２の流体で満たすように第２の流体を受け取るよう配置されている、
装置。
【請求項２】
各構造（１２４ａ、１２４ｂ）は複数の開口部（１２６ａ、１２６ｂ）を画定する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
各構造（１２４ａ、１２４ｂ）は複数のピラー（１２８ａ、１２８ｂ）を備え、前記複数の開口部（１２６ａ、１２６ｂ）は前記複数のピラー（１２８ａ、１２８ｂ）間に形成されている、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
各構造（１２４ａ、１２４ｂ）の前記複数のピラー（１２８、１２８ｂ）は、互いからある距離（Ｗ）で等距離に配置され、前記複数の開口部（１２６ａ、１２６ｂ）内の前記毛細管圧（ＣＰ２）は、前記距離（Ｗ）に依存する、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記混合チャンバ（１１０）は長手方向（Ｄ）に延在し、前記主チャンバ（１２０）は前記混合チャンバ（１１０）の全長に沿って前記長手方向（Ｄ）に延在する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記主チャンバ（１２０）は、その中に形成された前記毛細管圧（ＣＰ３）が実質的に一定になるように、前記長手方向（Ｄ）に沿って実質的に均一な断面（Ｓ）を有する、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記混合チャンバ（１１０）は、長手方向（Ｄ）に延在し、前記混合チャンバ（１１０）は、少なくとも１つの開口部（１２６ａ、１２６ｂ）を含むそれぞれの構造（１２４ａ、１２４ｂ）によって各々が前記主チャンバ（１２０）から分離された２つの内部チャンバ（１３０ａ、１３０ｂ）を備え、前記２つの内部チャンバ（１３０ａ、１３０ｂ）は、前記混合チャンバ（１１０）の対向する長手方向側面に沿って配列される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
それぞれの前記少なくとも１つの開口部（１２６ａ、１２６ｂ）を介して、前記主チャンバ（１２０）と前記１つ又は複数の内部チャンバ（１３０ａ、１３０ｂ）とを前記第１の流体で満たすように前記第１の流体を前記混合チャンバ（１１０）に提供するよう配置されている第１のリザーバ（Ｒ１）であって、前記第１の流体を保持するための第１のリザーバ（Ｒ１）と、
前記第１のリザーバ（Ｒ１）と流体連通する第１の端部と、前記混合チャンバ（１１０）の前記主チャンバ（１２０）の中へ開口する第２の端部とを有する第１のチャネル（Ｃ１ａ、Ｃ１ｂ）と、ここで、前記第１のチャネル（Ｃ１ａ、Ｃ１ｂ）は、毛細管力を使用して前記第１のリザーバ（Ｒ１）から流体を引き込むよう配置され、それによって、それぞれの前記少なくとも１つの開口部（１２６ａ、１２６ｂ）を介して前記主チャンバ（１２０）と前記１つ又は複数の内部チャンバ（１３０ａ、１３０ｂ）とに前記第１の流体を提供するものであり、
を更に備える、請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記毛細管ポンプ（ＣＰ）は、その前記第１の端部において前記第１のチャネル（Ｃ１ａ、Ｃ１ｂ）と流体連通し、前記毛細管ポンプ（ＣＰ）は、前記混合チャンバ（１１０）の前記主チャンバ（１２０）、それぞれの前記少なくとも１つの開口部（１２６ａ、１２６ｂ）、及び前記１つ又は複数の内部チャンバ（１３０ａ、１３０ｂ）が前記第１の流体で満たされた後に、前記第１のチャネル（Ｃ１ａ、Ｃ１ｂ）を介して前記主チャンバ（１２０）から流体を引き込むよう配置されている、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記装置は、前記混合チャンバ（１１０）の前記主チャンバ（１２０）と前記１つ又は複数の内部チャンバ（１３０）とが前記第１の流体で満たされた後に、前記毛細管ポンプ（ＣＰ）が前記主チャンバ（１２０）から流体を引き込み始めるように、前記主チャンバ（１２０）への前記第１の流体の到達時間と前記第１のリザーバ（Ｒ１）から前記毛細管ポンプ（ＣＰ）への前記第１の流体の到達時間との間に時間遅延を導入するよう配置された流れ抵抗器（Ｒ）を更に備える、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記主チャンバ（１２０）が前記第１の流体を空にされた後に前記主チャンバ（１２０）を前記第２の流体で満たすように前記第２の流体を前記主チャンバ（１２０）に提供するよう配置されている第２のリザーバ（Ｒ２）であって、前記第２の流体を保持するための第２のリザーバ（Ｒ２）と、
前記第２のリザーバ（Ｒ２）に流体連通された第２のチャネル（Ｃ２）と、ここで、前記第２のチャネル（Ｃ２）は、前記主チャンバ（１２０）が前記第１の流体を空にされた後に、前記主チャンバ（１２０）を前記第２の流体で満たすように流体を前記主チャンバ（１２０）に提供するために、前記第２のチャネル（Ｃ２）が毛細管力を使用して前記第２のリザーバ（Ｒ２）から流体を引き込むよう配置されるように、前記第１のチャネル（Ｃ１ａ、Ｃ１ｂ）の前記第２の端部に流体連通された第１の一方向弁（Ｖ１）で終端するものであり、
を更に備える、請求項８〜１０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
前記第１のチャネル（Ｃ１ａ、Ｃ１ｂ）は、前記第１の端部を備える第１の部分（Ｃ１ａ）と、前記第２の端部を備える第２の部分（Ｃ１ｂ）とを備え、前記第１の部分（Ｃ１ａ）及び前記第２の部分（Ｃ１ｂ）は、第２の一方向弁（Ｖ２）が前記毛細管ポンプ（ＣＰ）によって前記第１の流体を空にされたときに、流体が前記第２の部分（Ｃ１ｂ）から前記第１の部分（Ｃ１ａ）に流れるのを防止するよう配置された前記第２の一方向弁（Ｖ２）を介して互いに流体連通される、請求項８〜１１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
第２のチャネル（Ｃ２）が、前記主チャンバ（１２０）が前記第１の流体を空にされた後に前記第２の流体を前記主チャンバ（１２０）に提供することを可能にするように、前記主チャンバ（１２０）が前記第１の流体を空にされた後に開くよう配置された第３の弁（Ｖ３）を更に備える、請求項８〜１２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
第１のチャネル（Ｃ１ａ、Ｃ１ｂ）が、その第１の端部で前記主チャンバ（１１０）の中へ開口し、前記主チャンバ（１２０）は、前記主チャンバ（１２０）の第２の対向する端部に通気孔（ＡＶ）を更に備え、前記通気孔は、前記主チャンバ（１２０）と周囲との間のガス交換を可能にするよう配置される、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか一項に記載の装置を備える、診断デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、毛細管駆動流体システムにおいて流体を混合するための装置に関する。具体的には、本開示は、所定の体積混合比で第１の流体を第２の流体と混合するための装置に関する。本発明は更に、この装置を備える診断デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ流体は、小さい、通常サブミリメートルのスケールに幾何学的に制約された流体の挙動、正確な制御、及び操作を処理する。マイクロ流体に基づく技術は、例えば、インクジェットプリンタヘッド、ＤＮＡチップ中で、及びラボオンチップ技術内で使用される。マイクロ流体の用途では、流体は通常、移動、混合、分離されるか、又は別の方法で処理される。多くの用途では、受動的な流体制御が使用される。これは、サブミリメートル管内で生じる毛細管力を利用することによって実現され得る。いわゆる毛細管駆動流体システムを注意深く設計することによって、流体の制御及び操作を行うことが可能であり得る。
【０００３】
毛細管駆動流体システムは、検出などのアッセイオペレーション、並びに試料前処理及び試料調製を１つのチップ上で統合するのに有用であり得る。そのような用途では、試料流体を希釈するように試料流体を緩衝流体と混合するなど、２種類以上の流体を正確に混合することがしばしば重要である。２つの流体を混合するための単純なアプローチは、単純なＴ字接合体を使用することであり、接合部で２つの流体を合流させ、続いて混合することを可能にする。しかしながら、毛細管駆動流体システムでは、２つの流体がそのようなＴ字接合体で混合するとき、混合比は、流体の粘度に依存する。血液及び血漿などのバイオ流体試料の粘度は、異なる個体間で変動するため、毛細管駆動流体システムによる当該流体の正確な混合は、困難であり得る。よって、所定の体積混合比で第１の流体を第２の流体と正確に混合することを可能にする、毛細管駆動流体システムにおける改良された装置が必要である。
【発明の概要】
【０００４】
例示的な実施形態は、毛細管駆動流体システムにおいて所定の体積混合比で第１の流体を第２の流体と混合することを可能にする装置を提供する。装置は、当初空の混合チャンバを第１の流体で満たすことを可能にする。次いで、装置は、混合チャンバ内に空の空間を形成するように、混合チャンバから第１の流体の所定の部分を空にすることを可能にする。次いで、装置は、混合チャンバの空の空間を第２の流体で満たすことを可能にし、それによって、所定の体積の第１の流体が所定の体積の第２の流体と経時的に混合することを可能にする。この装置は、純粋に受動的な毛細管駆動流体構成要素を使用して、即ち能動的な構成要素なしで実施され得る。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
上記の、並びに追加の目的、特徴、及び利点は、添付の図面を参照して、本明細書に記載の実施形態の以下の例示的かつ非限定的である詳細な説明を通してよりよく理解され、ここで、同じ参照番号は、同様の要素に対して使用される。
【図１ａ】図１ａは、本開示の実施形態による毛細管駆動流体システムにおける装置の概略回路図を示す。
【図１ｂ】図１ｂは、図１ａの切断線１ｂ−１ｂに沿った、図１ａの装置の混合チャンバの断面図を示す。
【図２ａ】図２ａは、混合チャンバが第１の流体で満たされているときの図１ａの装置を図示する。
【図２ｂ】図２ｂは、図２ａの切断線２ｂ−２ｂに沿った、図２ａの装置の混合チャンバの断面図を示す。
【図３ａ】図３ａは、混合チャンバの主チャンバが第１の流体を空にされたときの図１ａの装置を図示する。
【図３ｂ】図３ｂは、図３ａの切断線３ｂ−３ｂに沿った、図３ａの装置の混合チャンバの断面図を示す。
【図４ａ】図４ａは、主チャンバが第２の流体で満たされたときの図１ａの装置を図示する。
【図４ｂ】図４ｂは、図４ａの切断線４ｂ−４ｂに沿った、図４ａの装置の混合チャンバの断面図を示す。
【図５ａ】図５ａは、第１及び第２の流体が混合されたときの図１ａの装置を図示する。
【図５ｂ】図５ｂは、図５ａの切断線５ｂ−５ｂに沿った、図５ａの装置の混合チャンバの断面図を示す。
【図６】図６は、第１及び第２の流体を混合するための装置を使用するときに取られる一連の動作を開示するフローチャートを示す。
【詳細な説明】
【０００６】
本発明の目的は、上述の問題を少なくとも部分的に解決することであり、特に、所定の体積混合比で第１の流体を第２の流体と混合するための毛細管駆動流体システムにおける構装置成を提供することである。
【０００７】
第１の態様によれば、所定の体積混合比で第１の流体を第２の流体と混合するための毛細管駆動流体システムにおける装置が提供され、この装置は、
主チャンバと１つ又は複数の内部チャンバとを含む混合チャンバと、ここで、主チャンバと１つ又は複数の内部チャンバの各々とは、主チャンバと１つ又は複数の内部チャンバとの間の流体連通を可能にし、かつ使用中に主チャンバ内の毛細管圧よりも大きい毛細管圧を少なくとも１つの開口部内に生成するよう配置された少なくとも１つの開口部を各々含むそれぞれの構造によって分離され、
混合チャンバは、それぞれの少なくとも１つの開口部を介して、主チャンバと１つ又は複数の内部チャンバとを第１の流体で満たすように第１の流体を受け取るよう配置され、
混合チャンバの主チャンバと１つ又は複数の内部チャンバとが第１の流体で満たされた後に、主チャンバから流体を引き込むよう配置された毛細管ポンプと、ここで、毛細管ポンプは、１つ又は複数の内部チャンバではなく主チャンバが第１の流体を空にされるように、主チャンバの毛細管圧と、各それぞれの構造の少なくとも１つの開口部内の毛細管圧との間である毛細管圧で動作するよう配置され、
混合チャンバは、１つ又は複数の内部チャンバ内の第１の流体と、主チャンバ内の第２の流体とが、それぞれの構造の少なくとも１つの開口部を通して混合することを可能にするように、主チャンバが第１の流体を空にされた後に、主チャンバを第２の流体で満たすように、第２の流体を受け取るよう配置される、
を含む。
【０００８】
この装置は、第１及び第２の流体の粘度とは無関係に、所定の体積混合比で第１の流体を第２の流体と混合することを可能にするため、有利である。これは、それぞれの流体を正確に計量するように、それぞれ、第１及び第２の流体で所定の体積を順次満たすことによって達成される。所定の第１及び第２の体積が混合チャンバの別個の部分を構成するため、第１及び第２の流体が混合チャンバに搬送されると、混合プロセスが開始される。言い換えれば、混合プロセスは、第１及び第２の流体の巨視的な動きが止まった後に開始され、混合に対する粘度の影響をほとんど又は全くもたらさない。混合は、主チャンバを１つ又は複数の内部チャンバから分離する構造によって画定された開口部を通して行われ得る。混合は、拡散によるもの、又は外的な力によって液体界面を乱す能動的な混合によるもの、又は両方であり得る。この装置のさらなる利点は、混合チャンバが、その中で行われる診断を可能にするよう配置され得ることであり得る。したがって、混合チャンバは、測定チャンバ又は検出チャンバであり得る。したがって、第１及び第２の流体を計量、混合、および測定するために、本質的に同じ装置が使用され得る。
【０００９】
いくつかの実施形態によれば、各構造は、複数の開口部を画定する。多数の開口部は、主チャンバと１つ又は複数の内部チャンバとの間の界面の有効断面積を増加させ、それによって、複数の開口部を通して第１及び第２の流体のより速い混合を可能にするため、有利であり得る。
【００１０】
構造は、多くの異なる形態をとることができる。例えば、構造の各々は、主チャンバを内部チャンバのうちの１つから分離する壁であってもよく、壁は、主チャンバを内部チャンバに流体連通する開口部、即ち穴を画定する。したがって、構造はふるいであってもよい。あるいは、構造は格子であってもよい。
【００１１】
いくつかの実施形態によれば、各構造は複数のピラーを備え、複数の開口部は複数のピラー間に形成される。ピラーは、エッチング技術によって適切に実現されることができ、したがって、穿孔などのような他の種類の開口部にとって有益であり得る。ピラーは、有利なことに、構造と主チャンバとの間の交差部においてピラー間の開口部の鋭い角部を画定するような矩形断面を有することができる。鋭い角部は、空気／液体界面の位置を、開口部に対してより良好に画定された状態に保つことを可能にし得る。これは、主チャンバを空にしている間に混合チャンバ内に残る第１の流体の体積のより正確な制御を可能にする。
【００１２】
いくつかの実施形態によれば、各構造の複数のピラーは、互いからある距離で等距離に配置され、複数の開口部内の毛細管圧は、当該距離に依存する。当業者によって容易に理解されるように、毛細管圧は、ピラー間に形成された少なくとも１つの開口部の高さにも依存する。いくつかの実施形態では、混合チャンバは均一な高さを有する。これは、ピラー間に形成された開口部の高さが、主チャンバの高さ及び１つ又は複数の内部チャンバの高さに等しいことを意味する。あるいは、混合チャンバの高さは、異なる領域で異なってもよい。例えば、主チャンバの高さは、少なくとも１つの開口部の高さよりも高くてもよい。
【００１３】
いくつかの実施形態によれば、混合チャンバは長手方向に延在し、主チャンバは混合チャンバの全長に沿って当該長手方向に延在する。これは、主チャンバ内の毛細管力が主チャンバを完全に満たし、同時に、少なくとも１つの開口部内の毛細管力が内部チャンバを満たすことを可能にするため、有利であり得る。
【００１４】
いくつかの実施形態によれば、主チャンバは、その中に形成された毛細管圧が実質的に一定になるように、長手方向に沿って実質的に均一な断面を有する。これは、装置内で使用される毛細管圧の全範囲を減少させることを可能にするため、有利であり得る。混合チャンバの対向する長手方向側面に沿って配列された２つの内部チャンバを有する実施形態では、均一な断面を使用することのさらなる利点は、第１の流体と第２の流体との間の開口部を介したより効率的な混合であり得る。より効率的な混合は、それぞれの構造間の距離が一定であり、したがって、長手方向に沿った主チャンバにわたる一定の拡散長を可能にすることから生じる。あるいは、主チャンバは、長手方向に沿って不均一な断面を有するように設計され得る。このような場合、主チャンバ内の毛細管圧は、長手方向に沿ったメニスカスの（又は空気−液体界面）の位置に応じて変化する。言い換えれば、主チャンバ内の毛細管圧は、毛細管圧の範囲を画定し得る。主チャンバ内の毛細管圧の範囲が、開口部内の毛細管圧を超えて延在せず、毛細管ポンプの毛細管圧を下回らない限り、装置は依然として意図されたように動作することができる。
【００１５】
いくつかの実施形態によれば、混合チャンバは長手方向に延在し、混合チャンバは、少なくとも１つの開口部を含むそれぞれの構造によって各々が主チャンバから分離された２つの内部チャンバを備え、２つの内部チャンバは、混合チャンバの対向する長手方向側面に沿って配列される。このようにして、主チャンバと１つ又は複数の内部チャンバとの間の界面は、可能な限り大きく作られ、それによって、１つ又は複数の開口部を通る第１及び第２の流体のより速い混合を可能にする。更に、混合チャンバの対向する長手方向側面に沿って配列された２つの内部チャンバの使用は、混合チャンバが主チャンバの一方の側面に沿って延在する１つの内部チャンバのみを備える場合と比較して、拡散距離を２分の１に低減することを可能にする。
【００１６】
いくつかの実施形態によれば、装置は、
それぞれの少なくとも１つの開口部を介して、主チャンバと１つ又は複数の内部チャンバとを第１の流体で満たすように第１の流体を混合チャンバに提供するよう配置されており、かつ第１の流体を保持するための第１のリザーバと、
第１のリザーバと流体連通する第１の端部と、混合チャンバの主チャンバの中へ開口する第２の端部とを有する第１のチャネルと、を更に備え、第１のチャネルは、毛細管力を使用して第１のリザーバから流体を引き込むよう配置され、それによって、それぞれの少なくとも１つの開口部を介して主チャンバと１つ又は複数の内部チャンバとに第１の流体を提供する。
【００１７】
いくつかの実施形態によれば、毛細管ポンプは、その第１の端部において第１のチャネルと流体連通し、毛細管ポンプは、混合チャンバの主チャンバ、それぞれの少なくとも１つの開口部、及び１つ又は複数の内部チャンバが第１の流体で満たされた後に、第１のチャネルを介して主チャンバから流体を引き込むよう配置される。これは、装置を単純化することが可能であるため、有利であり得る。毛細管ポンプを第１のチャネルに連通させることは、第１の流体を混合チャンバに提供し、その後、第１の流体を混合チャンバの主チャンバから空にするのと同じマイクロ流体チャネルを使用することを可能にする。毛細管ポンプは、混合チャンバの主チャンバから除去された第１の流体だけでなく、第１のリザーバ内に残っている第１の流体も収容するよう配置され得る。これは、例えば、第２の流体を主チャンバに提供するステップ中など、プロセスの後の段階で、流体が第１のリザーバを離れて混合チャンバに入るリスクを低減し得る。
【００１８】
いくつかの実施形態によれば、装置は、混合チャンバの主チャンバと１つ又は複数の内部チャンバとが第１の流体で満たされた後に、毛細管ポンプが主チャンバから流体を引き込み始めるように、主チャンバへの第１の流体の到達時間と第１のリザーバから毛細管ポンプへの第１の流体の到達時間との間に時間遅延を導入するよう配置された流れ抵抗器を更に備える。これは、主チャンバを空にすることの開始を能動的に制御する必要性を排除する装置を更に簡略化するため、有利であり得る。
【００１９】
いくつかの実施形態によれば、装置は、
主チャンバが第１の流体を空にされた後に主チャンバを第２の流体で満たすように第２の流体を主チャンバに提供するよう配置されており、かつ第２の流体を保持するための第２のリザーバと、
第２のリザーバに流体連通された第２のチャネルと、を更に備え、ここで、第２のチャネルは、主チャンバが第１の流体を空にされた後に、主チャンバを第２の流体で満たすように流体を主チャンバに提供するために、第２のチャネルが毛細管力を使用して第２のリザーバから流体を引き込むよう配置されるように、第１のチャネルの第２の端部に流体連通された第１の一方向弁で終端する。これは、混合チャンバへの同じ入口を使用して、第２の流体を混合チャンバに提供することを可能にするため、有利であり得る。これは、装置を単純化するのに更に役立つ。
【００２０】
いくつかの実施形態によれば、第１のチャネルは、第１の端部を備える第１の部分と、第２の端部を備える第２の部分とを備え、第１及び第２の部分は、第２の弁が毛細管ポンプによって第１の流体を空にされたときに、流体が第２の部分から第１の部分に流れるのを防止するよう配置された第２の一方向弁を介して互いに流体連通される。第２の一方向弁は、流体が混合チャンバを第１及び第２の流体で満たすステップ中に、意図せずに誤った方向に出たり入ったりするリスクを低減することを可能にする。具体的には、第１の流体が毛細管ポンプによって主チャンバから除去され、第２の流体が第２のチャネルによって第１のチャネルの第２の部分に提供されると、第２の流体が第２の一方向弁を通って入り、意図せずに毛細管ポンプに送り込まれることが防止される。代わりに、第２の流体は、以前に除去された第１の流体と置換するために、混合チャンバの主チャンバ内に押し込まれる。
【００２１】
いくつかの実施形態によれば、第２のチャネルは、主チャンバが第１の流体を空にされた後に第２の流体を主チャンバに提供することを可能にするように、主チャンバが第１の流体を空にされた後に開くよう配置された第３の弁を更に備える。第３の弁は、第２のリザーバへの第２の流体の投与の時間をとる必要なく、第２の流体を主チャンバに提供する時間を制御することを可能にするため、有利であり得る。したがって、第３の弁は、第２のリザーバを常に満たすことを可能にし、第３の弁によって流体の流出を適切に制御する。
【００２２】
いくつかの実施形態によれば、第１のチャネルは、その第１の端部で主チャンバの中へ開口し、主チャンバは、主チャンバの第２の対向する端部に通気孔を更に備え、通気孔は、主チャンバと周囲との間のガス交換を可能にするよう配置される。通気孔は、流体が主チャンバに入って主チャンバを満たしているとき、閉じ込められた空気を除去することを可能にするため、有利であり得る。同様に、１つ又は複数の内部チャンバはまた、通気孔に連通され得るか、若しくは、代替的又は追加的には、流体が内部チャンバに入るために少なくとも１つの開口部を通って駆動されるときに内部チャンバから逃げる空気を提供するための別個の通気孔を備え得る。通気孔は更に、第２の端部で混合チャンバからの流れを制御する弁として作用し得る。例えば、弁は、混合された流体を装置の毛細管駆動流体システムの下流で更に処理するために送るように、第１及び第２の流体が混合チャンバ内で混合されたときに開くよう制御され得る。
【００２３】
第２の態様によれば、第１の態様による装置を備える診断デバイスが提供される。診断デバイスは、例えば、第１及び第２の流体の一方又は両方に基づいて試験を行うよう配置されたラボオンチップデバイスであり得る。
【００２４】
第２の態様は、概して、第１の態様と同じ特徴及び利点を有し得る。本発明の概念は、特に明記しない限り、特徴のすべての可能な組合せに関することに更に留意されたい。
【００２５】
以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。しかしながら、本発明の概念は、多くの異なる形態で具現化され得、本明細書に記載される実施形態に限定されると解釈されるべきではなく、むしろ、これらの実施形態は、徹底性及び完全性のために提供され、本発明の概念の範囲を当業者に完全に伝える。
【００２６】
本明細書の実施形態は、上記の例に限定されない。さまざまな代替、修正、及び同等のものが使用される。したがって、本開示は、本明細書に記載の特定の形態に限定されるべきではない。本開示は、添付の特許請求の範囲によってのみ限定され、上記以外の他の実施形態も特許請求の範囲内で同様に可能である。
【００２７】
「流体」という用語は、マイクロ流体システムを通して毛細管力によって駆動されることができる液相の物質として解釈されるべきである。そのようなシステムでは、流体は、システムを通って流れるように流体を駆動するように、毛細管圧が形成される液体／空気界面を形成する。
【００２８】
「毛細管圧」という用語は、本明細書で使用される場合、装置の一部に割り当てられ、装置の当該部分を通って駆動される流体に生じる毛細管圧として解釈されるべきである。異なる流体は、システムの同一の部分において異なる毛細管圧を生じさせることができると理解される。関連する用語「毛細管力」は、流体とチャネル又は導管の固体壁との間の力として解釈されるべきであり、当該力は、他の要因の中でも、表面張力に関連する。当技術分野で周知のように、毛細管圧は、当該毛細管力に関連し得る。
【００２９】
「混合」は、何らかの方法で流体間の混合に寄与する全てのプロセスを包含するように広く解釈されるべきである。そのようなプロセスは、ブラウン運動及び分子拡散などのマイクロスケールであり得るが、異なる領域間の巨視的体積の流体の輸送などのマクロスケールであってもよい。「能動的な混合」という用語は、さらなる成分及び／又は追加のエネルギーをシステムに加えることによって開始及び／又は維持される混合プロセスとして解釈されるべきである。
【００３０】
ここで、それぞれ、装置を上面図で示し、装置の混合チャンバを側面図で示す、図１ａ及び図１ｂを参照して、装置を詳細に説明する。第１の流体を第２の流体と混合するために使用されるときの異なる時間位置における混合チャンバを図示する図２ａ、図２ｂ〜図５ａ、図５ｂも参照する。図２ａ、図２ｂ〜図５ａ、図５ｂのそれぞれに対応するステップを開示するフローチャートを示す図６も参照する。
【００３１】
図１ａ及び図１ｂは、本開示の例示的な実施形態による毛細管駆動流体システムにおける装置１００を示す。この装置は、所定の体積混合比で第１の流体を第２の流体と混合することに向けられる。第１の及び第２の流体とは、例えば、それぞれ、塩溶液などの緩衝液、及び血液であり得る。装置１００は、例えば、半導体チップ、プラスチックチップ、又は半導体／プラスチック複合チップなどのチップ上に実装され得る。装置の構成要素は、例えば、そのようなチップ上のエッチングされた構造に対応し得る。チップは、例えば、試料流体に対して診断試験を行うために、ラボオンチップ用途のための診断デバイスに使用され得る。チップは、スタンドアロンチップとして、又は分析のために診断デバイスの嵌合部に挿入されるカートリッジとして使用され得る。
【００３２】
この装置は、本明細書では主チャンバ１２０と呼ばれる第１のチャンバと、本明細書では内部チャンバ１３０ａ、１３０ｂと呼ばれる１つ又は複数の第２のチャンバとを含む混合チャンバ１１０を備える。内部チャンバ１３０ａ、１３０ｂは、流体が主チャンバ１２０を介して１つ又は複数の内部チャンバ１３０ａ、１３０ｂにのみ出入りすることができるように、主チャンバ１２０に対して配置される。内部チャンバ１３０ａ、１３０ｂの数は、異なる実施形態では異なり得る。例えば、いくつかの実施形態では、１つの内部チャンバのみが存在するが、一方図示された実施形態では、混合チャンバは２つの内部チャンバ１３０ａ、１３０ｂを有する。１よりも多くの内部チャンバを有する理由は、主チャンバ１２０と１つ又は複数の内部チャンバ１３０ａ、１３０ｂとの間の液体界面を、これが２つの流体を混合させる時間を短縮するため、増加させることであり得る。
【００３３】
主チャンバと１つ又は複数の内部チャンバとは、様々な方法で混合チャンバ内に配列されてもよい。例えば、図１ａの混合チャンバ１１０を左部分と右部分とに分離し、主チャンバを左部分に、および内部チャンバを右部分に配列することが原理的に可能である。しかしながら、この場合も、混合時間を低減するという理由から、主チャンバ１２０と１つ又は複数の内部チャンバ１３０ａ、１３０ｂとの間の界面を可能な限り大きくするように、主チャンバ１２０及び１つ又は複数の内部チャンバ１３０ａ、１３０ｂを配置することが有利である。更に、均質な混合物を達成するために流体中の分子などの成分が拡散又は移動する必要がある距離を最小限にするよう混合チャンバ１１０を設計しかつその中に主チャンバ１２０及び１つ又は複数の内部チャンバ１３０ａ、１３０ｂを配置することは、これが混合時間にも影響を及ぼし得るため、有利である。図示された実施形態では、これは、混合チャンバ１１０を細長い形状を有するように設計することによって達成され、即ち、混合チャンバ１１０は長手方向Ｄに延在する。例えば、混合チャンバ１１０はチャネルであってもよい。更に、主チャンバ１２０は、混合チャンバ１１０の全長に沿って当該長手方向Ｄに延在し、２つの内部チャンバ１３０ａ、１３０ｂは、混合チャンバ１１０の対向する長手方向側面に沿って配列される。これは、主チャンバ１２０と２つの内部チャンバ１３０ａ、１３０ｂとの間に大きな界面を提供し、同時に、それぞれ主チャンバと２つの内部チャンバとによって保持される流体中の成分が、均一な混合物を達成するために拡散又は移動する必要のある距離が小さくなる。
【００３４】
主チャンバ１２０は、その中に形成された毛細管圧ＣＰ３が実質的に一定になるように、長手方向Ｄに沿って実質的に均一な断面Ｓを有する。主チャンバ１２０は、マイクロ流体チャネルとして作用するため、その中で毛細管の流れを駆動することを可能にし得る。毛細管圧ＣＰ３は、即ち、主チャンバ１２０の断面Ｓの面積の関数に関係するだろう。断面Ｓは、それぞれ、主チャンバの幅及び高さに依存する。装置のいくつかの例示的な実施形態では、混合チャンバの高さは実質的に一定であってもよく、そのような実施形態では、主チャンバ内の毛細管圧と開口部との間の相対差は、それぞれ、断面Ｓの幅及びピラー間の距離Ｗに依存するだろう。
【００３５】
主チャンバ１２０及び１つ又は複数の内部チャンバ１３０ａ、１３０ｂの各々は、それぞれの構造１２４ａ、１２４ｂによって分離され、各々が、主チャンバ１２０と１つ又は複数の内部チャンバ１３０ａ、１３０ｂとの間の流体連通を可能にする少なくとも１つの開口部１２６ａ、１２６ｂを画定する。例示的な実施形態では、各構造１２４ａ、１２４ｂは、複数の開口部１２６ａ、１２６ｂを画定する。開口部１２６ａ、１２６ｂは、主チャンバ１２０内の毛細管圧ＣＰ３よりも大きい毛細管圧ＣＰ２を、少なくとも１つの開口部１２６ａ、１２６ｂ内に生成するよう配置される。毛細管圧ＣＰ２は、少なくとも１つの開口部１２６ａ、１２６ｂの面積に関連する。したがって、主チャンバ１２０内の毛細管圧ＣＰ３よりも大きい少なくとも１つの開口部１２６ａ、１２６ｂ内の毛細管圧を達成するために、少なくとも１つの開口部１２６ａ、１２６ｂの各々の面積は、主チャンバ１２０の断面Ｓの面積よりも（著しく）小さくなければならない。長方形の断面Ｓと、長方形の断面Ｓと同じ高さを有する長方形の開口部１２６ａ、１２６ｂとを仮定すると、毛細管圧ＣＰ３とＣＰ２との間の関係は、断面Ｓの幅（即ち、主チャンバ１２０の幅）と開口部１２６ａ、１２６ｂの幅とによって画定される。
【００３６】
構造１２４ａ、１２４ｂは、それらが少なくとも１つの開口部１２６ａ、１２６ｂを画定するように機能する限り、多くの異なる形態をとることができ、その寸法は、主チャンバ１２０内の毛細管圧ＣＰ３よりも大きい毛細管圧ＣＰ２を生成するように機能する。図示された実施形態では、各構造１２４ａ、１２４ｂは、混合チャンバ１１０の底面から直角に延在するピラー１２８ａ、１２８ｂの列の形態である。したがって、各構造１２４ａ、１２４ｂは、複数のピラー１２８ａ、１２８ｂを備え、複数の開口部１２６ａ、１２６ｂは、複数のピラー１２８ａ、１２８ｂの間に形成される。各構造１２４ａ、１２４ｂの複数のピラー１２８ａ、１２８ｂは、互いに距離Ｗで等距離に配置され、複数の開口部１２６ａ、１２６ｂ内の毛細管圧ＣＰ２は、当該距離Ｗに依存する。したがって、ピラー間の距離Ｗは、開口部幅Ｗでもある。
【００３７】
ピラー１２８ａ、１２８ｂは、矩形の基部を有し得る。これは、内部チャンバ１３０ａ、１３０ｂによって保持される流体と主チャンバ１２０によって保持される流体との間の液体界面の明確に画定された位置をもたらし得る。したがって、図示のように、少なくとも１つの開口部１２６ａ、１２６ｂの各開口部は、毛細管圧ＣＰ２を確立するのに十分な長さのチャネルを形成するのに適した開口部幅Ｗ及び開口部長さＬを有する。当業者が理解するように、少なくとも１つの開口部１２６ａ、１２６ｂ及びピラー１２８ａ、１２８ｂの寸法は、用途に応じて異なり得る。長さＬは、例えば、結果として得られるピラー１２８ａ、１２８ｂが脆弱になり過ぎないように設計され得る。複数のピラー１２８ａ、１２８ｂは、各構造１２４ａ、１２４ｂと主チャンバ１２０との間の交差部において、ピラー１２８ａ、１２８ｂ間の複数の開口部１２６ａ、１２６ｂの鋭い角部を画定するように、矩形の断面を有する。鋭い角部は、空気／液体界面の位置を開口部１２６ａ、１２６ｂに対してより良好に画定された状態に保つことを可能にし得る。これは、主チャンバ１２０を空にする間に混合チャンバ１１０内に残る第１の流体の体積のより正確な制御を可能にする。
【００３８】
流体は、本明細書で以下に更に説明するように、混合チャンバ１１０の主チャンバ１２０にその第１の端部から入ることができる。主チャンバ１１０は、主チャンバ１２０の第第２の対向する端部に、通気孔ＡＶを更に備える。通気孔ＡＶは、空気が主チャンバ１２０内に閉じ込められることを回避し、かつ空気が主チャンバ１２０に入ることを可能にするように、主チャンバ１２０と周囲との間のガス交換を可能にするよう配置される。通気孔ＡＶは、内部チャンバ１３０ａ、１３０ｂと周囲との間のガス交換を可能にするように更に配置される。したがって、通気孔ＡＶは、混合チャンバ１１０が流体で満たされているときに混合チャンバ１１０から空気を除去することを可能にする。一般に、通気孔ＡＶは、閉鎖システム、即ち混合チャンバ１１０からの開放孔であり得、それを外部に連通させる。通気孔ＡＶは更に、第２の端部で混合チャンバ１１０からの流体の流出を制御する、毛細管トリガ弁などの弁であってもよい。
【００３９】
装置１００は、第１の流体を保持するための第１のリザーバＲ１を更に備える。第１のリザーバＲ１は、それぞれの少なくとも１つの開口部１２６ａ、１２６ｂを介して、主チャンバ１２０及び１つ又は複数の内部チャンバ１３０ａ、１３０ｂを第１の流体で満たすように、第１の流体を混合チャンバ１１０に提供するように更に配置される。混合チャンバ１１０を第１の流体で満たすことは、装置１００を使用して第１及び第２の流体を混合するプロセスにおける第１のステップを構成する。第１の流体は、第１のチャネルＣ１ａ、Ｃ１ｂを用いて混合チャンバ１１０に提供される。第１のチャネルＣ１ａ、Ｃ１ｂは、毛細管力を使用して第１のリザーバＲ１から流体を引き込むよう配置される。第１のチャネルＣ１ａ、Ｃ１ｂは、第１のリザーバＲ１と流体連通する第１の端部と、混合チャンバ１１０の主チャンバ１２０の中へ開口する第２の端部とを有する。第１の流体は、主チャンバ１２０に提供され、次いで、主チャンバ１２０からそれぞれの開口部１２６ａ、１２６ｂを介して内部チャンバ１３０ａ、１３０ｂに更に提供される。したがって、第１の流体は、第１のチャネルＣ１ａ、Ｃ１ｂ内に形成された毛細管力によって駆動され、第１のチャネルＣ１ａ、Ｃ１ｂを通って混合チャンバ１１０の主チャンバ１２０内に流れる。主チャンバ１２０に入ると、第１の流体は、主チャンバ１２０内に形成された毛細管力によって更に駆動される。主チャンバ１２０内の毛細管力は、主チャンバ１２０の毛細管圧ＣＰ３に関連する。
【００４０】
図２ａ及び図２ｂは、第１の流体で満たされたときの混合チャンバ１１０を示す。図２ａ及び図２ｂに示される状況は、図６のフローチャートのステップＳ６０２が実行された時点で生じる。混合チャンバ１１０が第１の流体で完全に満たされると、混合チャンバ１２０内の流体の一部は、第１及び第２の流体を混合するプロセスにおける第２のステップの一部として除去される。流体の除去された部分は、主チャンバ１２０を占める流体であり、一方、流体の残りの部分は、内部チャンバ１３０ａ、１３０ｂ及び少なくとも１つの開口部１２６ａ、１２６ｂを占める流体である。
【００４１】
この目的のために、装置１００は、毛細管ポンプＣＰを更に備える。毛細管ポンプＣＰは、混合チャンバ１１０の主チャンバ１２０と１つ又は複数の内部チャンバ１３０とが第１の流体で満たされた後に、主チャンバ１２０から流体を引き込むよう配置される。毛細管ポンプＣＰは、その第１の端部において第１のチャネルＣ１ａ、Ｃ１ｂと流体連通し、第１のチャネルＣ１ａ、Ｃ１ｂを介して主チャンバ１２０から流体を引き込むよう配置される。毛細管ポンプＣＰは、異なる方法で設計されてもよい。可能な最も単純な毛細管ポンプは、移動させる必要がある液体の体積を収容するのに十分な体積を有するマイクロチャネルである。しかしながら、しばしば、毛細管ポンプは、入力チャネルから分岐した複数の平行なチャネルを備えるように設計される。したがって、毛細管圧、ひいてはポンプ作用を増大させることができる。
【００４２】
毛細管ポンプＣＰは、主チャンバ１２０の毛細管圧ＣＰ３と、各それぞれの構造１２４ａ、１２４ｂの少なくとも１つの開口部１２６ａ、１２６ｂ内の毛細管圧ＣＰ２との間である毛細管圧ＣＰ１、即ち、ＣＰ３＜ＣＰ１＜ＣＰ２で動作するよう配置される。このように毛細管ポンプの動作圧力ＣＰ１を選択することは、主チャンバ１２０を空にするために主チャンバ１２０から流体を効率的に除去することを可能にし、同時に、内部チャンバ１３０ａ、１３０ｂ及び少なくとも１つの開口部１２６ａ、１２６ｂ内に存在する流体が混合チャンバ１１０から出るのを防止する。少なくとも１つの開口部１２６ａ、１２６ｂ内の毛細管圧ＣＰ２が、主チャンバ１２０の毛細管圧ＣＰ３よりも大きく、かつ毛細管ポンプＣＰの毛細管圧ＣＰ１よりも大きい限り、流体は、内部チャンバ１３０ａ、１３０ｂを出るよう毛細管力によって駆動されない。代わりに、固定相液体／空気界面が、主チャンバ１２０に面する１つ又は複数の開口部１２６ａ、１２６ｂの縁部に形成される。したがって、第１の流体は、主チャンバ１２０が第１の流体を空にされた後、１つ又は複数の開口部１２６ａ、１２６ｂ内にも存在することが理解される。よって、混合チャンバ内に保持される第１の流体の体積は、１つ又は複数の内部チャンバ１３０ａ、１３０ｂ及び少なくとも１つの開口部１２６ａ、１２６ｂの体積の合計に等しい。これは、第１の流体が主チャンバ１２０から除去されたときの混合チャンバ１１０を示す図３ａ及び図３ｂに更に図示されている。図３ａ及び図３ｂに示される状況は、図６のフローチャートのステップＳ６０４が実行された時点で生じる。図３ａでは、空気／液体の界面が直線で示されている。しかしながら、実際には、それは、表面張力と壁との相互作用の結果としてわずかな湾曲を有し、それにより開口部１２６ａ、１２６ｂ内の流体の体積は、開口部１２６ａ、１２６ｂの体積よりもわずかに小さい。
【００４３】
第１のチャネルＣ１ａ、Ｃ１ｂ内の毛細管圧は通常、ＣＰ１未満であり、また好ましくはＣＰ３以上である。これは、第１のチャネルＣ１ａ、Ｃ１ｂの断面積などの寸法を適切に選択することによって達成され得る。
【００４４】
主チャンバ１２０を第１の流体から空にするステップは、混合チャンバ１１０が流体で完全に満たされるまで開始されないことが望ましい。この目的のために、装置１００は、主チャンバ１２０への第１の流体の到着時間と、第１のリザーバＲ１から毛細管ポンプＣＰへの第１の流体の到着時間との間に時間遅延を導入するよう配置された流れ抵抗器Ｒを更に備え得る。これは、混合チャンバ１１０の主チャンバ１２０と１つ又は複数の内部チャンバ１３０とが第１の流体で満たされていない限り、毛細管ポンプＣＰが主チャンバ１２０から流体を引き込むことを開始しないことを確実にし得る。
【００４５】
上記の説明から、流体は、始めに第１のリザーバＲ１から混合チャンバ１１０へ、次いで混合チャンバ１１０から毛細管ポンプＣＰへの２つの方法で、第１のチャネルＣ１ａ、Ｃ１ｂを通って輸送されることが理解される。しかしながら、流れに対する制御を追加するために、第１のチャネルＣ１ａ、Ｃ１ｂは、第２の一方向弁Ｖ２を備える。具体的には、第１のチャネルＣ１ａ、Ｃ１ｂは、第１の端部を備える第１の部分Ｃ１ａと、第２の端部を備える第２の部分Ｃ１ｂとを備え、第１の部分Ｃ１ａ及び第２の部分Ｃ１ｂは、第２の一方向弁Ｖ２を介して互いに流体連通される。第２の一方向弁Ｖ２は、第２の弁Ｖ２が毛細管ポンプＣＰによって第１の流体を空にされたときに、流体が第２の部分Ｃ１ｂから第１の部分Ｃ１ａに流れるのを防止するよう配置される。第２の一方向弁Ｖ２が以下で更に説明される。
【００４６】
装置１００は、主チャンバ１２０が第１の流体を空にされた後に主チャンバ１２０を第２の流体で満たすように第２の流体を主チャンバ１２０に提供するよう配置されており、かつ第２の流体を保持するための第２のリザーバＲ２を更に備える。
【００４７】
第２の流体は、毛細管力を使用して第２のリザーバＲ２から流体を引き込むよう配置された第２のチャネルＣ２を用いて混合チャンバ１１０に提供される。第２のチャネルＣ２は、第２のリザーバＲ２に流体連通され、第１のチャネルＣ１ａ、Ｃ１ｂの第２の端部に流体連通された第１の一方向弁Ｖ１で終端する。第１のチャネルＣ１ａ、Ｃ１ｂは、主チャンバ１２０から第１の流体を空にするステップに続いて毛細管ポンプＣＰによって第１の流体が空にされているとき、第２の流体は、第１のチャネルＣ１ａ、Ｃ１ｂの第２の部分Ｃ１ｂを通って主チャンバ１２０に流れることが可能である。同時に、第２の流体が第２の一方向弁Ｖ２を通って入り、意図せずに毛細管ポンプＣＰに送り込まれることが防止される。代わりに、第２の流体は、以前に除去された第１の流体と置換するために、混合チャンバ１１０の主チャンバ１２０内に押し込まれる。
【００４８】
第２のチャネルＣ２は、第２のチャネルＣ２内の第２の流体の流れを制御するよう配置された第３の弁Ｖ３を更に備えることができる。第３の弁Ｖ３は、主チャンバ１２０が第１の流体を空にされた後に開くように制御され得る。このようにして、第２の流体は、主チャンバ１２０が第１の流体を空にされた後にのみ、主チャンバ１２０に提供され得る。第３の弁は、トリガ流体が弁（図示せず）に到達するときに開くよう配置された毛細管トリガ弁であってもよい。あるいは、第３の弁Ｖ３は、例えば電気機械的作動などの代替手段によって作動されてもよい。
【００４９】
主チャンバ１２０が第２のリザーバＲ２からの第２の流体で満たされた後、混合チャネル１１０は、したがって、再び流体で満たされる。しかしながら、今回は、混合チャンバ１２０は２つの流体を含む。第１のリザーバＲ１から最初に提供された第１の流体は、内部チャンバ１３０ａ、１３０ｂ及び開口部１２６ａ、１２６ｂを占め、一方、これに続いて第２のリザーバＲ２から提供された第２の流体は、主チャンバ１１０を占める。これは、第１の流体及び第２の流体で満たされたときの混合チャンバ１１０を示す図４ａ及び図４ｂにおいて更に図示されている。図４ａ及び図４ｂに図示される状況は、図６のフローチャートのステップＳ６０６が実行された時点で生じる。
【００５０】
次いで、１つ又は複数の内部チャンバ１３０ａ、１３０ｂ内の第１の流体と主チャンバ１２０内の第２の流体とは、それぞれ、構造１２４ａ、１２４ｂの少なくとも１つの開口部１２６を通して混合することが可能である。結果として生じる混合物は、所定の体積混合比、即ち、１つ又は複数の内部チャンバ１３０ａ、１３０ｂ及び少なくとも１つの開口部１２６ａ、１２６ｂの体積の合計（即ち、第１の流体の体積）と、主チャンバ１２０の体積（即ち、第２の流体の体積）との比を有する。これは、第１の流体及び第２の流体の混合後の混合チャンバ１１０を示す図５ａ及び図５ｂにおいてされに図示されている。図５ａ及び図５ｂに図示される状況は、図６のフローチャートのステップＳ６０８が実行された時点で生じる。
【００５１】
この段階で、チャネルＣ１ｂ及び第２のリザーバＲ２は通常、依然として第２の流体で満たされている。原理的には、チャネルＣ１ｂ及び第２のリザーバＲ２内の第２の流体が、第２の流体に関して混合チャンバ１１０内の混合物を希釈し、それによって混合物を第２の流体で富化させることが起こり得る。しかしながら、長手方向Ｄに沿った分子拡散が十分に遅く、それにより混合チャンバ１１０内の流体とチャネルＣ１ｂ内の第２の流体との間の界面領域が長手方向Ｄに限定される場合、この効果は無視できる。これは、アッセイ反応／検出が必要とするものよりも大きくなるように混合チャンバ１１０の容積を設計することによって達成することができ、したがって、界面における小さな体積は、反応／検出を妨げないだろう。あるいは、チャネルＣ１ｂ内の余分な体積の第２の流体が混合体積と接触するのを停止するために、他の手段が使用され得る。例えば、混合チャンバをＣ１ｂチャネルから分離するために能動的な弁（例えば、機械弁）が使用されることができ、又はチャネルＣ１ｂ内の第２の流体から混合チャンバ１１０を隔離するために（例えば、交差構造）、非混和性流体（例えば、油）が外圧によって導入されることができる。
【００５２】
流体が、混合後、下流のさらなる反応のために混合チャンバ１１０から流出することを可能にされる用途の場合、混合された流体の体積の後に、通常は、第２の流体の体積が続く。しかし、混合された流体の体積が、次の反応に必要なものよりも大きい場合であっても、第２の流体の体積及びその混合された流体との界面は、反応を妨げないだろう。
【００５３】
混合は、純粋に分子拡散に基づき得る。したがって、第１及び第２の流体が合流する大きな有効断面積を達成するために、構造内に多くの開口部を有することが有益であり得る。混合プロセスを加速するために、例えばＡＣ電気浸透によって能動的な混合が達成され得る。
【００５４】
上述の第１及び第２の一方向弁Ｖ１、Ｖ２は、一方向弁Ｖ１、Ｖ２が流体で満たされていないときに、流体が弁の輸送方向のうちの１つに沿って流れるのを防止するよう配置される。したがって、一方向弁Ｖ１、Ｖ２は、弁が流体で満たされている場合、両方向に沿って弁を通る流体の輸送を可能にし得る。
【００５５】
したがって、第２の一方向弁Ｖ２は、毛細管ポンプＣＰを使用して主チャンバ１１０を空にするステップ中に、第１の流体が第２の部分Ｃ１ｂから第１の部分Ｃ１ａに通過するのを妨げないことを理解されたい。第２の一方向弁Ｖ２は、弁が流体で満たされていないときに第２の部分Ｃ１ｂから第１の部分Ｃ１ａへの輸送のみを防止する。このような状況は、主チャンバ１２０が空になった後に生じる。主チャンバ１２０を空にするステップ中に、空気は、通気孔ＡＶを介して主チャンバ１２０内に吸引され、除去された流体の体積に連続的に置き換わる。第１の流体が主チャンバ１２０を出て第１のチャネルＣ１ａ、Ｃ１ｂに入ると、空気は、第１のチャネルＣ１ａ、Ｃ１ｂを占める第１の液体も置換し始める。液体／空気界面が第２の一方向弁Ｖ２に到達すると、弁は空気で満たされ、したがって、流体が後にその同じ方向に沿って弁を流れるのを防止することができる。よって、第１の流体が毛細管ポンプＣＰによって主チャンバ１２０から除去され、第２の流体が第２のチャネルＣ１によって第１のチャネルＣ１ａ、Ｃ２ｂの第２の部分Ｃ１ｂに提供されると、第２の流体は、第２の一方向弁Ｖ２を通って入り、意図せずに毛細管ポンプＣＰに送り込まれることが防止される。
【００５６】
第１の一方向弁Ｖ１は、上述の第２の一方向弁Ｖ２と同様である。第１の一方向弁Ｖ１は、弁が流体で満たされていないとき、流体が第１のチャネルＣ１ａ、Ｃ１ｂから第２のチャネルＣ２に流れるのを防止するように配列される。したがって、第１の流体は、混合チャンバ１１０を満たすステップと、第１のチャネルＣ１ａ、Ｃ１ｂを介して主チャンバ１２０を空にする後続のステップとの間に、第２のチャネルＣ２に入ることが防止される。
【００５７】
一方向弁Ｖ１、Ｖ２は、機械式、電気式、及び熱式弁などの任意の種類のマイクロ弁であってもよい。具体的には、一方向弁Ｖ１、Ｖ２は、突発的な幾何学的拡大に基づく毛細管弁であってもよい。そのような弁において、弁を通って第１の方向に沿って入る流体は、小さい断面を有する第１の弁チャネルから来てもよく、当該第１の弁チャネルは、第１の弁チャネルより大きい断面を有する第２の弁チャネルに連通する。流体の液体／空気界面が第１の弁チャネルと第２の弁チャネルとの間の移行部に到達したとき、毛細管圧の急激な低下により流体の動きが止まる。第２の対向する側に入る流体は、より大きい断面を有する第２の弁チャネルから、より小さい断面を有する第１の弁チャネルに入り、それによって、流体は、毛細管力によって、弁を通過させるように連続的に駆動されることが可能になる。第３の弁Ｖ３はまた、突発的な幾何学的拡張に基づく毛細管弁であってもよい。しかしながら、第３の弁Ｖ３は、例えば、主流体が第３の弁Ｖ３を通過することを可能にするための弁の開放をトリガするように、第３の弁Ｖ３が、トリガ流体として作用する第２の流体が第３の弁Ｖ３に入ることを可能にするためのさらなる入口を有するという点で、第１及び第２の一方向弁Ｖ１、Ｖ２とは異なり得る。
【００５８】
本明細書に記載の実施形態は、上述の例に限定されない。さまざまな代替、修正、及び同等のものが使用され得る。例えば、さらなる弁が含まれてもよく、装置のタイミング制御を更に改善する。更に、代替のバルブ技術が使用され得る。したがって、本開示は、本明細書に記載の特定の形態に限定されるべきではない。本開示は、添付の特許請求の範囲によってのみ限定され、上述のもの以外の他の実施形態も特許請求の範囲内で等しく可能である。
【図１ａ】
2020531267.tif 000003
【図１ｂ】
2020531267.tif 000004
【図２ａ】
2020531267.tif 000005
【図２ｂ】
2020531267.tif 000006
【図３ａ】
2020531267.tif 000007
【図３ｂ】
2020531267.tif 000008
【図４ａ】
2020531267.tif 000009
【図４ｂ】
2020531267.tif 000010
【図５ａ】
2020531267.tif 000011
【図５ｂ】
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【図６】
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【国際調査報告】
2020531267.tif 000014
2020531267.tif 000015
2020531267.tif 000016