(57)【要約】【課題】  マイクロ流体デバイスを提供する。【解決手段】  本発明は特に、マイクロ流体デバイスを対象とするものである。このデバイスは、基板の主表面上の溝として形成されたマイクロチャネルを有する基板を含む。このデバイスはさらに、基板の主表面に対して平行に、基板の側部表面からマイクロチャネルの１つの側壁まで延在する１つまたは複数のコンジットを含む。１つまたは複数のコンジットは１つまたは複数の電極の挿入をそれぞれ可能にし、かつその１つまたは複数の電極の各々の端部がマイクロチャネルの中に到達できるように構成される。本発明はさらに、関連する構成要素のセットを対象とするものであり、この構成要素のセットは上記マイクロ流体デバイスと、ハウジングと、電子機器と、おそらくは多孔性支持（例、膜）と、キャップとを含む。特にバイオセンシング適用が予期される。本発明はさらに、マイクロ流体デバイスを動作させる方法を対象とするものである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の主表面上の溝として形成されたマイクロチャネルを有する基板と、
前記主表面に対して平行に、前記基板の側部表面から前記マイクロチャネルの側壁まで延在する１つまたは複数のコンジットとを含み、前記１つまたは複数のコンジットは、１つまたは複数の電極の挿入をそれぞれ可能にし、かつ前記１つまたは複数の電極の各々の端部が前記マイクロチャネルの中に到達できるように構成される、マイクロ流体デバイス。
【請求項２】
前記マイクロチャネルの１つの端部は、前記基板の主表面上に形成されたサンプル収集アパチャから延在し、前記アパチャはサンプルを前記主表面に対して横断方向に収集し、収集されたサンプルを前記マイクロチャネル内に送ることを可能にするように構成される、請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項３】
前記マイクロチャネルの別の端部は、前記基板の主表面上の区域から延在しており、前記区域は前記マイクロチャネルからサンプルを毛細管吸引するように構成された媒体を含む、請求項２に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項４】
前記区域および前記媒体が毛細管ポンプを形成するように、前記媒体は液体吸収剤材料もしくは毛細管構造またはその両方を含む、請求項３に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項５】
前記１つまたは複数のコンジットは、１つまたは複数のオリフィスからそれぞれ延在し、前記オリフィスは前記基板の前記側部表面に形成され、前記１つまたは複数のオリフィスは、動作中に前記１つまたは複数の電極の挿入を容易にするように広がっている、請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項６】
前記デバイスは、前記１つまたは複数のコンジットにそれぞれ挿入された前記１つまたは複数の電極を含み、前記１つまたは複数の電極の各々の端部は前記マイクロチャネルの中に到達するようにされる、請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項７】
前記１つまたは複数の電極の少なくとも１つは、０．４ｍｍから２．０ｍｍの平均直径を有する、請求項６に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項８】
一方では前記１つまたは複数の電極が、他方では前記１つもしくは複数のコンジットまたは前記１つもしくは複数のオリフィスあるいはその両方が、前記１つまたは複数のコンジットに前記１つまたは複数の電極が取り外し可能に挿入されるように構成される、請求項６に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項９】
前記１つもしくは複数のコンジットまたは前記１つもしくは複数のオリフィスあるいはその両方が、前記１つまたは複数のコンジットに前記１つまたは複数の電極が摺動可能に挿入されるように構成される、請求項６に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１０】
前記１つまたは複数のコンジットの少なくとも１つは、疎水性の内側コーティングもしくは液体ピン止め構造またはその両方を含む、請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１１】
前記デバイスは２つのコンジットと、前記２つのコンジットにそれぞれ挿入された２つの電極とを含み、前記２つの電極の各々の端部は前記マイクロチャネルの中に到達するようにされる、請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１２】
前記２つのコンジットは、前記マイクロチャネル内に到達する前記２つの電極の前記端部の間の距離が２ｍｍ未満になるように構成される、請求項１１に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１３】
前記２つの電極は、参照電極および作用電極を含む、請求項１１に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１４】
各々が前記基板の主表面上の溝として形成される１つまたは複数のマイクロチャネルと、
前記主表面に対して平行に、前記基板の側部表面から前記１つまたは複数のマイクロチャネルの１つの側壁まで延在する少なくとも３つのコンジットとをさらに含み、前記少なくとも３つのコンジットは、少なくとも３つの電極の挿入を可能にするようにそれぞれ構成され、これらの電極は参照電極および少なくとも２つの作用電極を含み、かつ前記少なくとも３つの電極の各々の端部が前記１つまたは複数のマイクロチャネルの１つの中に到達できるようにされる、請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１５】
それぞれ前記マイクロチャネルに関して前記１つまたは複数のコンジットの１つの反対側に配置された窪みをさらに含むことで、前記１つまたは複数のコンジットの前記１つへの電極の挿入を可能にし、この電極の端部は前記マイクロチャネルを通って前記窪みの中に到達できるようにされる、請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１６】
基板の主表面上の溝として形成されたマイクロチャネルを有する基板と、
前記主表面に対して平行に、前記基板の側部表面から前記マイクロチャネルの側壁まで延在する１つまたは複数のコンジットであって、前記１つまたは複数のコンジットは、１つまたは複数の電極の挿入をそれぞれ可能にし、かつ前記１つまたは複数の電極の各々の端部が前記マイクロチャネルの中に到達できるように構成される、コンジットと、
前記１つまたは複数の電極と、
電子デバイスとを含み、前記電子デバイスは
ハウジングと、
前記ハウジング内に封入される電子機器とを含み、前記電子機器は前記１つまたは複数の電極との電気的通信を行うことができ、前記電子機器は別様に、動作中に前記１つまたは複数の電極から得られる信号を読取るように構成される、マイクロ流体デバイス。
【請求項１７】
前記ハウジングは防水性である、請求項１６に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１８】
前記１つまたは複数の電極は前記ハウジング上に装着されて、各々が前記ハウジングの側部表面から突出している、請求項１６に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１９】
前記電子デバイスの前記ハウジングは、前記１つまたは複数の電極を受け取るように構成されたスナップ嵌合機構を含んで、これらの電極が前記スナップ嵌合機構に受け取られたときに前記ハウジングの基礎表面に対して平行に延在するようにする、請求項１６に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項２０】
多孔性支持をさらに含み、前記マイクロ流体デバイスの前記基板はこの多孔性支持に嵌合するように適合され、動作中に、前記マイクロ流体デバイスの前記マイクロチャネルの１つの端部は、前記基板の主表面上に形成されたサンプル収集アパチャから延在し、前記アパチャは、前記多孔性支持からサンプルを収集して、収集されたサンプルを前記マイクロチャネル内に送ることを可能にするように構成される、請求項１６に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項２１】
前記電子デバイスを保管するための保管キャップをさらに含み、前記保管キャップは動作中に、前記電子デバイスが前記保管キャップ上で保管される間、前記電子デバイスの前記１つまたは複数の電極を受け取るように設計された１つまたは複数の空洞を含む、請求項１６に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項２２】
マイクロ流体デバイスを動作させる方法であって、前記方法は、
マイクロ流体デバイスを提供するステップを含み、前記マイクロ流体デバイスは、
基板の主表面上の溝として形成されたマイクロチャネルを有する基板と、
前記主表面に対して平行に、前記基板の側部表面から前記マイクロチャネルの側壁まで延在する１つまたは複数のコンジットとを含み、前記１つまたは複数のコンジットは１つまたは複数の電極の挿入をそれぞれ可能にし、かつ前記１つまたは複数の電極の各々の端部が前記マイクロチャネルの中に到達できるように構成され、前記方法はさらに、
前記１つまたは複数の電極の各々の端部が前記マイクロチャネルの中に到達するように、前記１つまたは複数のコンジットに前記１つまたは複数の電極をそれぞれ挿入するステップを含む、方法。
【請求項２３】
前記マイクロチャネル内のサンプルを含む液体を毛細管吸引するステップと、
前記サンプルを分析するために前記１つまたは複数の電極を介して信号を得るステップとをさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記液体を毛細管吸引する間、前記電極が挿入された前記マイクロ流体デバイスを、前記液体を生成する表面の上に維持するステップをさらに含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記マイクロ流体デバイスは、前記表面と前記マイクロ流体デバイスとの間に挟まれた多孔性支持によって、前記表面の上に維持される、請求項２４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的にマイクロ流体デバイスの分野に関し、特に標準的な電極またはカスタマイズした電極の挿入を可能にするように構成されたマイクロ流体デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
バイオセンサは、生体またはたとえば酵素もしくは抗体などの生体分子に依拠して、化学物質の存在を検出する。バイオセンサは、特に人物の生理学的状態に関するデータを得るために使用できるため、広範囲の健康および医療用の適用を可能にする。
【０００３】
（バイオ）センシングに用いられる多くのデバイスは、電極を必要とする。バイオセンサは、マイクロ流体チップ上に構築されることがある。マイクロ流体工学は、通常マイクロメートルの長さ規模のチャネルおよび通常はサブミリリットルの範囲の体積に制限された小体積の流体の正確な制御および操作に取り組むものである。マイクロ流体工学の顕著な特徴は、液体がマイクロメートルの長さ規模において示す独特の挙動から生じる。マイクロ流体工学における液体の流れは通常、層流である。１ナノリットルを大きく下回る体積は、マイクロメートル範囲の横寸法を有する構造を製作することによって到達され得る。マイクロ流体デバイスとは一般的に、液体のポンピング、サンプリング、混合、分析、および投与に用いられ得る微細加工デバイスを示す。
【０００４】
多くのマイクロ流体デバイスはユーザ・チップ・インタフェースと、閉じた流路とを有する。閉じた流路は、機能構成要素（例、ヒーター、ミキサ、ポンプ、ＵＶ検出器、弁など）を統合して１つのデバイスにすることを容易にする一方で、漏洩および蒸発に関する問題を最小化する。液体サンプルの分析はしばしば、一連のステップ（例、ろ過、試薬の溶解、加熱、洗浄、信号の読取りなど）を必要とする。デバイスのチャネルにおいて金属電極がパターン形成されることがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
多くのマイクロ流体デバイスおよび（バイオ）センシングに用いられるデバイスは、電極を必要とする。（例、マイクロ流体デバイスの製作に用いられる基板上に金属をパターン形成することによる）こうした電極の作製は、プロセス集約的であってコストがかかり得る。
【０００６】
加えて、バイオセンシング適用に用いられるデバイスは通常、可搬性の目的に対して好適な形状要素を有する必要がある。こうしたデバイスはさらに、妥当に安全であるべきである（たとえば、それらのデバイスは安全な材料のみを取り入れる必要があってもよい）。加えて、こうしたデバイスは漏洩または破損しやすくてはならない。
【０００７】
電極は理想的にはデバイスに容易に加えられるべきであり、もし可能であれば交換のために容易に取り外されるべきであり、このことは必ずしも技術専門家または複雑なセットアップを必要とせずに行われるべきである。
【０００８】
よって本発明はマイクロ流体デバイスの新たな概念を含み、ここでは電極がマイクロ流体デバイスに側方に挿入され、通常はセンシング・デバイスから分離可能である。しかし、このアプローチは付加的な課題をもたらす。たとえば、漏洩のないアセンブリが必要であり得る。加えて、いくつかの適用においては高品質の参照電極が必要であり得る。こうした参照電極は通常、明確に定義された化学組成の電解質を含んでもよく（例、Ａｇ／ＡｇＣｌ参照電極）、もしこの電解質が蒸発すれば、こうした電極の寿命が問題となり得る。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の実施形態によると、本発明はマイクロ流体デバイスとして具現化される。このデバイスは、基板の主表面上の溝として形成されたマイクロチャネルを有する基板を含む。このデバイスはさらに、基板の主表面に対して平行に延在する１つまたは複数のコンジットを含む。コンジットはさらに、基板の側部表面からマイクロチャネルの側壁まで延在する。別様には、１つまたは複数のコンジットは１つまたは複数の電極の挿入を可能にするようにそれぞれ構成されることによって、その１つまたは複数の電極の各々の端部がマイクロチャネルの中に到達できるようにする。
【００１０】
提案される構成は、マイクロ流体デバイスに外部電極が容易に差し込まれること（およびおそらくはそこから容易に取り外されること）を可能にする。電極は側方に（すなわち、基板と同一平面内で）挿入される。このやり方で、脆弱な電極が挿入の際に破損する可能性が低くなる。加えて、特にデバイスがたとえば皮膚の上または近くに着用されるパッチなどのウェアラブル・センサとして具現化されるとき、電極の危険性が低くなる。つまり、側方に挿入された電極は基板に平行に延在することとなるため、実際には皮膚に対して平行となり、これはデバイスを着用するユーザに対する電極の危険性を低くする。本デバイスは好ましくは、（例、電極が破損するか、もはや機能しなくなった場合に）電極が容易に交換され得るように設計される。
【００１１】
実施形態において、マイクロチャネルの１つの端部は、基板の主表面上に形成されたサンプル収集アパチャから延在する。このアパチャは、動作中にサンプルを主表面に対して横断方向に収集し、次いで収集されたサンプルをマイクロチャネル内に送るように構成される。よってサンプルはチャネルを介して（すなわち基板と同一平面内で）輸送される前に、基板に対して横断方向に収集される（例、収集されるべきサンプルは横断方向に吸引されるか、別様に面外方向に沿って送られる）。このやり方で、デバイスを平坦な（例、平面状の）デバイスとして具現化でき、ユーザはこのデバイスを容易に配置および着用できる。この特徴によって、このデバイスはバイオセンシング適用に対して特に好適なものとなる。
【００１２】
少なくとも１つの実施形態によると、マイクロチャネルの別の端部は、基板の主表面上のある区域から延在しており、この区域はマイクロチャネルからサンプルを毛細管吸引するように構成された媒体を含む。この媒体は液体吸収剤材料もしくは毛細管構造またはその両方を含むことによって、この区域および媒体が毛細管ポンプを形成するようにしてもよい。サンプルを収集するための他の手段も予期できるが、通常、毛細管牽引は能動的ポンピング手段を必要としないため、この収集をより簡単かつコスト効率の良いものにする。加えて、毛細管は（平坦な）デバイスに対する形状要素の保存を可能にする。
【００１３】
少なくとも１つの実施形態によると、１つまたは複数のコンジットは、１つまたは複数のオリフィスからそれぞれ延在する。オリフィスは、基板の側部表面に形成される。さらにオリフィスは、動作中に電極の挿入を容易にするように広がっている。
【００１４】
本デバイスには、中に挿入された電極が提供されてもよいし、されなくてもよい。言い換えると、いくつかの実施形態において、デバイスは前記電極を含む。電極は基板のそれぞれのコンジットに挿入されて、１つまたは複数の電極の各々の端部がマイクロチャネルの中に到達するようにされてもよい。
【００１５】
少なくとも１つの実施形態によると、前記１つまたは複数の電極の少なくとも１つは、０．４ｍｍから２．０ｍｍの平均直径を有する。次のセクションで詳細に考察されるとおり、こうした寸法は、マイクロ流体デバイスに対する製作上の制約の観点から特に有利であってもよい。
【００１６】
好ましい実施形態において、電極はコンジットに取り外し可能に挿入される。すなわち、一方では前記１つまたは複数の電極が、他方では前記１つもしくは複数のコンジットまたは前記１つもしくは複数のオリフィスあるいはその両方が、前記１つまたは複数のコンジットに前記１つまたは複数の電極が取り外し可能に挿入されるように構成される。
【００１７】
変形において、または取り外し可能に挿入されることに加えて、電極の１つまたは複数はコンジットに摺動可能に挿入されてもよい。より正確には、コンジットの１つもしくは複数またはオリフィスの１つもしくは複数あるいはその両方が、前記１つまたは複数のコンジットに前記１つまたは複数の電極が摺動可能に挿入されるように構成されてもよい。
【００１８】
実施形態において、マイクロチャネル内の液体がコンジットを介してマイクロチャネルから漏れ出ることを防ぐために、コンジットは疎水性の内側コーティングもしくは液体ピン止め構造またはその両方を含む。もし必要であれば、電極も疎水性コーティングでコートされてもよい。
【００１９】
少なくとも１つの実施形態によると、デバイスは２つのコンジットおよび２つの電極を含み、電極は２つのコンジットにそれぞれ挿入されて、２つの電極の各々の端部がマイクロチャネルの中に到達するようにされる。２つの電極は通常、参照電極と作用電極とを含む。
【００２０】
好ましい実施形態において、マイクロチャネル内で調査される溶液によって生じる抵抗を低減させるために、２つのコンジットは、マイクロチャネル内に到達する２つの電極の端部（検知部分）の間の距離（間隙）が２ｍｍ未満になるように構成される。
【００２１】
実施形態において、デバイスは１つまたは複数のマイクロチャネルを含み、マイクロチャネルの各々は基板の主表面上の溝として形成される。加えてデバイスは、前記主表面に対して平行に、基板の側部表面から１つまたは複数のマイクロチャネルの１つの側壁まで延在する少なくとも３つのコンジットを含む。この少なくとも３つのコンジットは、少なくとも３つの電極の挿入をそれぞれ可能にし、かつその少なくとも３つの電極の各々の端部が１つまたは複数のマイクロチャネルの１つの中に到達できるように構成される。ここでこれらの電極は、参照電極と少なくとも２つの作用電極とを含む。こうした実施形態は、多重化適用に対して有利に適用され得る。
【００２２】
少なくとも１つの実施形態によると、デバイスはさらに、マイクロチャネルに関して１つまたは複数のコンジットの１つの反対側に配置された窪みを含むことで、１つまたは複数のコンジットの前記１つへの電極の挿入を可能にする。このやり方で、この電極の端部はマイクロチャネルを通って窪みの中に到達できる。使用されないとき、たとえば電極の保護、もしくは電極のダイヤフラム（ガラス・フリット）を封止して電極ピン内の電解質の蒸発を防ぐこと、またはその両方などのために、たとえば電極の先端がこの窪みの底面に到達するように電極が押されてもよい。
【００２３】
別の実施形態によると、本発明は構成要素のセット（すなわちアセンブリ）として具現化されてもよい。こうした構成要素は、実施形態によるマイクロ流体デバイスを含む。構成要素はさらに、電極および電子デバイス（周辺デバイス）を含む。電子デバイスはハウジングおよび電子機器を含み、電子機器が１つまたは複数の電極との電気的通信を行い得るような方式で、電子機器がハウジング内に封入される。別様に電子機器は、動作中に１つまたは複数の電極から得られる信号を読取るように構成される。
【００２４】
少なくとも１つの実施形態によると、ハウジングは防水性であり、これは複数の利点を有する。たとえば、これによって液体サンプル（例、汗）が電子機器内に漏洩できなくなる。加えて、使用後にデバイスを容易に洗浄および清掃できる。
【００２５】
実施形態において、電極はハウジング上に装着されて、各々ハウジングの側部表面から突出しており、このことは単純な設計を可能にする。
【００２６】
変形において、電極は電子デバイスの基礎底面に対して平行に保持される。たとえば、電子デバイスのハウジングは、電極を受け取るように構成されたスナップ嵌合機構を含む。スナップ嵌合機構に受け取られるとき、電極はハウジングの基礎底面に対して平行に延在する。次いで、ハウジングをマイクロ流体デバイスの上に平行に好適に押すことによって、マイクロ流体デバイスのコンジットに電極を挿入できる。この構成において、電極は挿入の際に破損しにくくなる。
【００２７】
好ましい実施形態において、上記セットは多孔性支持をさらに含む。マイクロ流体デバイスの基板は、この多孔性支持に嵌合する。動作中に、マイクロ流体デバイスのマイクロチャネルの１つの端部は、基板の主表面上に形成されたサンプル収集アパチャから延在し、このアパチャは、多孔性支持からサンプルを収集して、収集されたサンプルをマイクロチャネル内に送ることを可能にするように構成される。
【００２８】
もし必要であれば、上記セットは（電極が装着された）電子デバイスを保管するための保管キャップをさらに含む。すなわち保管キャップは、電子デバイスが保管キャップ上で保管される際に電極を受け取るように設計された空洞を含む。
【００２９】
別の実施形態によると、本発明は（実施形態による）マイクロ流体デバイスを動作させる方法として具現化される。重要なステップは、１つまたは複数の電極の各々の端部がマイクロチャネル内に到達して測定を可能にするように、マイクロ流体デバイスのコンジットに電極を挿入することである。
【００３０】
デバイスの動作中に、この方法は通常、マイクロチャネル内の（サンプルを含む）液体を毛細管吸引するステップと、サンプルを分析するために電極を介して信号を得るステップとを含む。
【００３１】
好ましい実施形態（例、バイオセンシング適用におけるもの）において、マイクロ流体デバイスは電極が挿入された状態で、前記液体（例、汗）を生成する表面（例、ヒトの皮膚）の上に維持されながら、液体を毛細管吸引する。
【００３２】
少なくとも１つの実施形態によると、マイクロ流体デバイスは、前記表面とマイクロ流体デバイスとの間に挟まれた多孔性支持によって、前記表面の上に維持される。
【００３３】
ここで本発明を具現化するマイクロ流体デバイス、バイオセンサ、（こうしたデバイスを含む）構成要素のセット、および方法を非限定的な例として、添付の図面を参照しながら説明することとする。
【００３４】
本発明のこれらおよびその他の目的、特徴、および利点は、添付の図面とともに読まれる本発明の例示的実施形態の以下の詳細な説明から明らかになるだろう。これらの例示は、当業者が詳細な説明とともに本発明を理解することを容易にする上で明瞭にするためのものであるため、図面のさまざまな特徴は縮尺どおりではない。図面は本発明の典型的な実施形態のみを示すことが意図されているため、本発明の範囲を限定するものとみなされるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】少なくとも１つの実施形態による、アセンブリ前のマイクロ流体デバイスおよびハウジングを示す底面図である。
【図２】少なくとも１つの実施形態による、アセンブリ後のマイクロ流体デバイスおよびハウジングを示す底面図である。
【図３】少なくとも１つの実施形態による、多孔性支持を覆うマイクロ流体デバイスをさらに示す対応側面図である。
【図４】少なくとも１つの実施形態による、使用されないときに保管キャップ上に保管されるハウジングを示す側面図である。
【図５】少なくとも１つの実施形態による、アセンブリ前のマイクロ流体デバイスおよびハウジングを示す底面図である。
【図６】少なくとも１つの実施形態による、多孔性支持を覆うマイクロ流体デバイスをさらに示す対応長手方向断面図である。
【図７】少なくとも１つの実施形態による、アセンブリ前のマイクロ流体デバイスおよびハウジングを示す底面図である。
【図８】少なくとも１つの実施形態による、アセンブリ後の同じ構成要素を示す図である。
【図９】少なくとも１つの実施形態による、修正された保管キャップ上に保管されるハウジングを示す図である。
【図１０】マイクロ流体デバイスおよびハウジングを示す底面図であり、ここでは図５〜図９の変形によるマイクロ流体デバイスの上に電極が維持される。
【図１１】実施形態による、図１０の変形を示す図であり、ここでは参照電極の電極溶液の蒸発を防ぐために窪みが提供されている。
【図１２】図１〜図４と類似の構成要素のセットを示す分解図である。
【図１３】本発明による方法の実施形態による、動作中のこれらの構成要素を示す３Ｄ図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
本明細書において、請求される構造および方法の詳細な実施形態が開示されているが、開示される実施形態はさまざまな形で具現化され得る請求される構造および方法の単なる例示であることが理解され得る。この発明は多くの異なる形で具現化されてもよく、本明細書に示される例示的実施形態に限定されるものと解釈されるべきではない。記載においては、提示される実施形態を不必要に曖昧にすることを避けるために、周知の特徴および技術の詳細は省略することがある。
【００３７】
明細書における「一実施形態」、「実施形態」、「実施形態の例」などへの参照は、記載される実施形態が特定の特徴、構造、または特性を含んでもよいが、すべての実施形態が必ずしもその特定の特徴、構造、または特性を含まなくてもよいことを示す。さらに、こうした語句は必ずしも同じ実施形態を示すものではない。さらに、ある実施形態に関連して特定の特徴、構造、または特性が記載されるとき、明確に記載されるか否かにかかわらず、他の実施形態に関連してこうした特徴、構造、または特性に影響を与えることは当業者の知識の範囲内であるものと考えられる。
【００３８】
多くのマイクロ流体デバイスおよび（バイオ）センシングに用いられるデバイスは、電極を必要とする。（例、マイクロ流体デバイスの製作に用いられる基板上に金属をパターン形成することによる）こうした電極の作製は、プロセス集約的であってコストがかかり得る。
【００３９】
加えて、バイオセンシング適用に用いられるデバイスは通常、可搬性の目的に対して好適な形状要素を有する必要がある。こうしたデバイスはさらに、妥当に安全であるべきである（たとえば、それらのデバイスは安全な材料のみを取り入れる必要があってもよい）。加えて、こうしたデバイスは漏洩または破損しやすくてはならない。
【００４０】
電極は理想的にはデバイスに容易に加えられるべきであり、もし可能であれば交換のために容易に取り外されるべきであり、このことは必ずしも技術専門家または複雑なセットアップを必要とせずに行われるべきである。
【００４１】
よって本発明はマイクロ流体デバイスの新たな概念を含み、ここでは電極がマイクロ流体デバイスに側方に挿入され、通常はセンシング・デバイスから分離可能である。しかし、このアプローチは付加的な課題をもたらす。たとえば、漏洩のないアセンブリが必要であり得る。加えて、いくつかの適用においては高品質の参照電極が必要であり得る。こうした参照電極は通常、明確に定義された化学組成の電解質を含んでもよく（例、Ａｇ／ＡｇＣｌ参照電極）、もしこの電解質が蒸発すれば、こうした電極の寿命が問題となり得る。
【００４２】
以下の説明は、次のとおりに構成されている。最初に、セクション１に関して本発明の一般的な実施形態および高レベルの変形が以下により詳細に記載される。セクション２は、より特定的な実施形態および技術的な実施の詳細を扱っている。
【００４３】
１．一般的な実施形態および高レベルの変形
図１〜図１１を参照して、マイクロ流体デバイス１１、１２、１３、１４に関する本発明の態様を最初に説明する。こうしたデバイスは１つまたは複数のマイクロチャネルおよびその他のマイクロ流体特徴を含み、その特徴的な寸法（例、幅または奥行き）はマイクロメートルの長さ範囲である（すなわち、通常１μｍから１００μｍ）。こうしたデバイスのいくつかの特定の構造はナノスケール範囲またはミリメートル範囲であってもよいが、通常デバイス全体はセンチメートル範囲である。図１〜図１１に示されるものを始めとして、このマイクロ流体デバイスのさまざまな実施形態が予期される。すべての場合に、こうしたデバイス１１〜１４のすべてはチャネルが掘られた基板１００と、そこへの電極の側方挿入を可能にする側方の同一平面内のコンジット１０１、１０２とを含む。
【００４４】
より詳細には、こうしたデバイス１１〜１４は、基板１００の主表面上の溝として形成されたマイクロチャネル１０４（「チャネル」とも呼ばれる）を有する基板１００を含む。基板は通常、たとえばチップ、ウェハ、または任意のこうした平面状支持などの、本質的に平面状の物体である。しかし変形においては、基板上に他の構造が形成されてもよい。実際には、基板が平面状である必要があるのはチャネル１０４の近傍、すなわちこのチャネルを形成する溝の近くのみである。基板がたとえば平行六面体などの本質的に平面状の物体であると想定するとき、基板の２つの対向する主表面は、各々基板の基礎表面とみなすことができ、この基礎表面よりも小さい表面積を有する側部表面とは対照的なものとされる。
【００４５】
よって、マイクロチャネル１０４は通常、本質的に平面状の支持１００の基礎表面上の溝として形成されて、チャネルがこの基板１００と同一平面内に延在するようにされてもよい。この溝は２つの側壁と、その間の下側壁とを有するものとみなされ得る。さらに、チャネルは丸い部分を有して、単一の連続的な壁によって境界を定められてもよい。すべての場合に、チャネル１０４は基板の平面状部分における伸長した窪みとして形成され、この窪みが溝を形成する。この溝は、蓋５１、５２、カバー、または任意のキャップ構成要素（通常は平坦な下側表面を有する）によって閉じられ得る。よって、カバーが基板１００およびそこに形成された溝を閉じることによって、最終的には基板１００とカバー（または蓋）との間の界面において閉じたチャネルを形成できる。
【００４６】
加えて、基板内には１つまたは複数のコンジット１０１、１０２が設けられる。コンジット１０１、１０２は同一平面内のビア、すなわち平面状の基板１００と同一平面内に延在するダクトである。つまり、コンジットは基板１００の主表面に対して平行に延在する。たとえば図１〜図３または図５にみられるとおり、コンジットはさらに、基板１００の側部表面からマイクロチャネル１０４の側壁（またはチャネルの境界を定める壁の側部）まで延在する。
【００４７】
コンジットも、基板１００のチャネル１０４と同じ（主、基礎）表面に掘られてもよい。よって、コンジットを形成することが意図される溝は、好適な蓋５２（図６において想定される）、カバー、または任意の好適なキャップ構成要素によって閉じられることができ、この構成要素は好ましくはチャネル１０４を閉じるために用いられるものと同じ構成要素である（図６のとおり）。変形において、コンジットは側方にドリル穿孔されるが、この加工はより困難である。すべての場合に、コンジットは通常、マイクロチャネル１０４と基板１００の環境との間の側方の流体連絡を確実にする。図１〜図１１のとおり、通常コンジットは基板の所与の側方端縁表面から、前記所与の側方端縁表面に最も近いチャネルの側壁（壁の側部）まで延在する。しかし、コンジットおよびチャネルには任意の好適な形状が与えられてもよい。たとえば、チャネル１０４は通常、屈曲した形状（すなわち、図１〜図４のとおりに同一平面内で屈曲する）を有してもよい。
【００４８】
しかし、コンジットは実際には流体連絡を確実にすることが意図されたものではない。反対に、図１〜図２または図７〜図８に示されるとおり、コンジット１０１、１０２はそれぞれの電極２０１、２０２の挿入を可能にするように構成される。なお、図１〜図２において想定されるとおり、コンジットは電極の「活動」部分、すなわち検知部分（例、電極の突出したピン、先端、またはニードル）のみを受け取るように設計されてもよい。変形においては、図８において想定されるとおり、コンジットはこの活動部分と、たとえば（例、締り嵌合機構を用いて）コンジットの一部分に嵌合されるシース（この電極のジャケットまたは任意の支持構成要素）との両方を受け取るように設計される。
【００４９】
すべての場合に、図２および図３にみられるとおり、各々の電極２０１、２０２の端部２０１ｔ、２０２ｔは、挿入の際にマイクロチャネル１０４の中に到達できる。電極の端部は、これらの電極を介して電気化学的測定を可能にすることが意図されたものであるため、これらの端部はこれらの電極の検知部分（例、導電体部分）の端部であることが理解される。
【００５０】
上記の構成は、外部電極２０１、２０２がマイクロ流体デバイス１１〜１４に容易に差し込まれること（および好ましくはそこから抜かれること）を可能にする。差し込み可能な電極とは、パターン形成された（移動不可能な）電極とは対照的であることが意図される。ここでは電極２０１、２０２が側方に基板１００と同一平面内に挿入されるため、挿入後の電極２０１、２０２は基板１００と同一平面内に延在する。基板は平坦に置かれると考えられ、その状態で動作されることが意図されるため、脆弱な電極２０１、２０２が挿入の際およびその後に破損する可能性が低くなることが理解される。加えて、特にデバイスが皮膚の上または近くに着用されるウェアラブル・パッチであるとき、同一平面内の電極は危険性が少ない。なぜなら、電極２０１、２０２は使用中に基板１００に対して平行に、つまり皮膚に対して（横断方向ではなく）平行に延在するからである。加えて後ほど例示されるとおり、本デバイスは好ましくは、たとえば電極が破損するか、もはや機能しなくなった場合などに、電極が容易に交換されるように設計される。
【００５１】
デバイス１１〜１４は、マイクロ流体チップとみなされ得る。適用に応じて、このチップはたとえばシリコン、ガラス、または金属ウェハなどのウェハの上に構築されてもよい。しかし、たとえば熱可塑性プラスチック（例、ポリ（メチルメタクリラート））、エポキシフィルム、エラストマー、エポキシベースのプリント回路基板、またはホイルなどのその他の関連基板も予期され得る。本明細書において予期されるバイオセンシング適用に対しては、通常ポリマーチップ（プラスチック）に依拠することがより実用的となるだろう。
【００５２】
異なる構成が予期されてもよい。たとえば、１つまたは複数のマイクロチャネルが基板上に提供されて、各チャネルに対して少なくとも１つのコンジットが提供されてもよい（前記コンジットの各々は、基板の側部端縁表面をこのチャネルに接合する）。別の例として、ただ１つのチャネルが想定されるが、この単一のチャネルに対して少なくとも２つのコンジット１０１、１０２が提供される。いくつかのその他の変形が予期され得る。たとえば２つのチャネルが提供されて、それらのチャネルがそれぞれ１つおよび２つのビアによって接合されてもよい。電極（例、参照電極、作用電極、または補助電極）を受け取るように設計されたコンジットは、この電極を介して測定される信号を平均化するために、実際には接合部において接合する２つの別個のチャネルまたは２つのチャネル部分を横断してもよい。加えて、多重化が予期され得る。たとえば、デバイスは１つの参照電極と、（異なる分析物または電解質に関して選択された）異なる表面コーティングを有する複数の作用電極とを有してもよい。
【００５３】
しかし好ましくは、１つのチャネル１０４に対して少なくとも２つのコンジット１０１、１０２が提供される。通常こうしたコンジットは、それぞれ参照電極２０１および作用電極２０２を受け取るように設計される。たとえば、参照電極２０１はＡｇ／ＡｇＣｌ参照電極であってもよく、一方で活動電極２０２はワイヤの周りにコートされた特定の金属、材料、または合金（例、ワイヤ上のＴｉＮ）であってもよい。
【００５４】
一般的に、電極は伸長した形状を有することとなり、その検知部分は通常は対称のレベルを有し、たとえば円筒対称性などを有する。たとえば、作用電極２０２の検知部分はニードル、中空の円筒（検知表面積を増加させるため）、または巻かれたメッシュもしくは多孔性電極（液体が電極を通って流れることを可能にするため）の形状であり得る。検知電極２０２は一般的に、高い伝導性を有する材料（例、たとえばＡｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｇなどの金属、伝導性インク、グラフェン、または炭素電極）を含むだろう。検知電極はさまざまな材料を伴ってもよい。たとえば、ｐＨ検知適用のために高伝導性（例、ＴｉＮ）材料が含まれてもよく、生体分子検出のためにＡｕが用いられてもよく、塩化物検出のためにチオール化学物質（ＡｇＣｌ／Ａｇ）が依拠されてもよい。
【００５５】
添付の図面を参照して、以下においてさまざまな実施形態を説明する。たとえば図１および図５にみられるとおり、マイクロチャネル１０４の１つの端部は、好ましくはサンプル収集アパチャ１０３（または装填パッド）から延在するだろう。このアパチャは、基板１００の主表面（通常は溝１０４と同じ側）に形成される。図２に示されるとおり、アパチャ１０３は（アパチャが設けられている）主表面に対して横断方向にサンプルＳを収集し、次いで収集されたサンプルＳをマイクロチャネル１０４内に送ることを可能にするように構成される。
【００５６】
アパチャ１０３は、たとえば基板１００の主表面上に開く窪みまたは大きな横断方向のビアとして形成されてもよい。この窪みもしくはビアまたはその両方は、基板１００のいずれかの側または両側に開いていてもよい。それはすべての場合に、サンプルＳが基板１００に対して横断方向に収集されることを可能にする。言い換えると、サンプルＳはチャネル１０４を介して、すなわち基板１００と同一平面内で輸送される前に、横断方向に吸引されるか、別様に面外方向に沿って送られ得る。認識され得るとおり、このことによってデバイス１１〜１４は本質的に平坦な（例、平面状の）デバイスとして具現化されることが可能になり、それはユーザによって容易に配置および着用され得るため、バイオセンシング適用にとって特に魅力的である。一般的に、サンプルＳは液体または蒸気サンプルであり得る。しかし、特にバイオセンシング適用において、サンプルＳは通常液体である。
【００５７】
図１〜図１１に示される実施形態において、マイクロチャネル１０４（の別の端部）は区域１０５から延在し、この区域も基板１００の主表面上に設けられている。アパチャ１０３と同様に、区域１０５は基板のいずれの側に定められてもよい。区域１０５は、マイクロチャネル１０４からサンプルＳを毛細管吸引するように構成された媒体１０６を含む。なお、マイクロチャネル１０４は通常は親水性である。言い換えると、このチャネルの少なくとも１つの壁が親水性の流路を形成し、この流路に沿って水性液体が吸引され得る。しかし、チャネル１０４の壁または端縁のいくつかは疎水性であってもよい。
【００５８】
変形においては、収集されたサンプルを吸引するかまたは押し出すための始動機構を含むマイクロ流体サンプル収集デバイスも検討されてもよい。たとえば、収集されたサンプルは、ユーザが毛細管弁の膜（単数または複数）を押圧するときに毛細管吸引され得る。変形において、サンプルはたとえば、流路に差し込まれた（例、チャネル１０４と流体連絡する）変形可能な弁の対向膜において圧力を解放する際に、閉じたチャネル１０４に沿って吸引される空気などを用いた真空吸引によって吸引され得る。他の変形においては、チャネル１０４内の液体と接触する膜を押圧することによる液体の直接の機械的始動が予期され得る。よって、連続的な毛細管吸引サンプル収集の代わりに、ユーザに制御されるサンプル収集を可能にする、始動機構を伴う変形が予期され得る。さらに他の変形において、マイクロ流体デバイスは、チャネルを横切って延在し、かつサンプルをポンピングするための電気浸透流を生じるように構成された電極を含んでもよい。この場合、たとえばチャネル１０４の一部分に毛細管作用によってサンプルが充填されてもよく、一方で電位差を加えて電気浸透流を生じるために付加的な電極が用いられる。
【００５９】
実施形態において、媒体１０６は、液体吸収剤材料もしくは毛細管構造またはその両方を含む。各場合において、液体が入来して吸収剤材料の微細構造または毛細管構造を濡らすことによって、次にチャネル１０４における毛細管牽引がもたらされる。よって、区域１０５および媒体１０６はともに毛細管ポンプを形成する。変形においては、液体の蒸発を可能にして蒸発に駆動される流れを起こすために、チャネル１０４の１つの端部に大きな区域１０５が設けられてもよい。もし必要であれば、蒸発を加速するために区域１０５の近傍に配置され得るヒーターが提供されてもよい（例、電極２０１、２０２からの信号を解釈するための電子機器を含む周辺デバイス２１〜２３に統合される）。加えて、チャネルに液体を充填する際に空気の圧縮を防ぎ、かつデバイス１１〜１４の対向表面からの蒸発を可能にするために、好ましくは空気口１０７が提供される。適用によって必要とされる流速に応じて、蒸発に駆動される流れを最適化するために、空気口の数およびそのサイズが調整され得る（すなわち、蒸発を最小化するために空気口を減らす、逆も同様）。なお、液体の吸収を開始するためにアパチャ１０３が吸収剤材料も含んでもよいことを注記する。以下に考察されることとなるとおり、蒸気の吸収も予期され得る。
【００６０】
たとえば図１〜図１１にみられるとおり、本デバイス１１〜１４のコンジット１０１、１０２は、基板１００の側部表面に形成されたそれぞれのオリフィス１０１ｏ、１０２ｏから延在する。これらのオリフィス１０１ｏ、１０２ｏは、動作中に電極２０１、２０２の挿入を容易にするように、好ましくは広がっている。なお、デバイス１１〜１４にはすでに挿入された電極が提供されてもよいし、されなくてもよい。すでに挿入されていないとき、ユーザは自身でそれぞれのコンジット１０１、１０２に電極を挿入して、電極２０１、２０２がマイクロチャネル１０４内に到達するようにする必要がある。ここでも、電極の少なくとも一部分が挿入される（すなわち検知部分）。
【００６１】
実施形態において、電極２０１、２０２の１つまたは複数は、各々０．４ｍｍから２．０ｍｍの平均直径を有する。たとえば、０．５ｍｍの無漏洩参照電極２０１、２０２が商業的に入手可能である。実験室で、より細い電極２０１、２０２が設計されてもよい。もちろん、より大きい電極２０１、２０２（例、商業的に入手可能）も予期される。しかし、マイクロ流体デバイス１１〜１４に対する製作上の制限、および入手可能な典型的なウェハ・サイズ、またはウェアラブル・デバイスに対して好適な基板の厚さから、２ｍｍ以下、さらには１ｍｍ未満の直径を有する電極２０１、２０２を有することが最良かもしれない。しかし、こうした電極サイズによって電極はより脆弱になるため、電極の利点はデバイス内で容易に交換可能なことである。
【００６２】
本デバイス１１〜１４は、好ましくは次のとおりに寸法を定められる。マイクロチャネル１０４は、１０〜２０００μｍの平均深さおよび２５〜４００μｍの平均幅を有する。コンジット１０１、１０２は、電極に従って寸法を定められる。よって、コンジット１０１、１０２の平均直径（側方に穿孔されるとき）またはそれらの平均深さ（基板に掘られるとき）は、好ましくは２ｍｍ（または１ｍｍ）未満である。好ましくは広がった側方開口部１０１ｏ、１０２ｏは、それよりわずかに大きい平均直径を有してもよい。チャネル１０４との接合部のレベルにおけるコンジットの底部アパチャは、電極の先端がチャネル内に到達することを可能にするために、電極の寸法およびチャネルの深さの両方と一致するように寸法を定められる必要がある。
【００６３】
実施形態において、電極２０１、２０２は、自身のそれぞれのコンジット１０１、１０２に取り外し可能に挿入可能である。言い換えると、電極は必要に応じて挿入されて取り外され得る。よって、たとえば電極が破損するか、もはや機能しなくなった場合などに、電極は容易に交換され得る。その目的のために、電極２０１、２０２とコンジット１０１、１０２（もしくはオリフィス１０１ｏ、１０２ｏまたはその両方）とは相補的に成形される（または何らかの態様で構成される）必要がある。
【００６４】
加えて、もし必要であれば、周辺デバイスもしくはコンジットまたはその両方の一部として、またはその内側に、留め具機構１２１、１２２、２１０、２１１が提供されてもよい。留め具機構は、たとえばスナップ嵌合機構（例、金属スナップ留め具、スプリング・クリップ、またはその他のスナップ型コネクタを含む）、プレス嵌合機構、ガスケットなどを含んでもよい。たとえば図３のとおり、周辺デバイス２１にスナップ嵌合システム２１０、２１１が設けられて、最初に周辺デバイス２１に電極を取り付け、次いでそれらの電極をデバイス１１内のそれぞれのコンジット１０１、１０２内に導入してもよい。変形においては、図１０、図１１に示されるとおり、コンジット１０１、１０２の入口にプレス嵌合機構１２１、１２２が設けられて、最初にその中に電極２０１、２０２が挿入され、すなわち電極２０１、２０２はコンジット１０１、１０２のオリフィス１０１ｏ、１０２ｏ内に強制されることによって留められ、その場合には必ずしも取り外し可能ではない。
【００６５】
一般的に、コンジット１０１、１０２、オリフィス１０１ｏ、１０２ｏ、または含まれるスナップ嵌合もしくはプレス嵌合機構、あるいはその組み合わせの許容値は、嵌合の強度に適合するように精密にされてもよく、嵌合の強度は、電極２０１、２０２が容易に取り外し可能な緩い嵌合から、電極が取り外せないか、少なくとも容易に取り外せない（電極を取り外すためにかなりの力が必要であり、特定の器具が必要なこともある）堅い締り嵌合までの範囲であってもよい。嵌合の強度は、正確な電極のタイプ、電極の脆弱性、電極のコストなど、ならびに選択される適用およびシナリオ（すなわち、構成要素が再使用可能か、使い捨てか）に基づいて精密にされる必要がある。電極の検知部分（先端またはニードル）の直径が小さいほど、電極２０１、２０２を挿入するときに注意が必要である。よって、図１０、図１１において想定されるとおり、スナップまたはプレス嵌合機構は、電極２０１、２０２の検知部分単独ではなく、そのシースに関して設計（かつ適用）されてもよい。しかし、図１〜図４に示されるスナップ嵌合機構２１０、２１１は、たとえば図１〜図４（図３を参照）に想定される電極の前側先端（検知部分）および後側などの、電極の異なる構成要素を伴ってもよい。マイクロ流体デバイスの中／上もしくは周辺デバイスの中／上またはその組み合わせに提供され得る、多くの他のタイプの締り嵌合機構が予期されてもよい。
【００６６】
実施形態において、コンジット１０１、１０２もしくはオリフィス１０１ｏ、１０２ｏまたはその両方の１つまたは複数は、それぞれの電極２０１、２０２がその中に摺動可能に挿入されてともに摺動リンクを形成するように構成される。その場合、関係する電極は挿入後に必ずしもマイクロ流体デバイスから取り外し可能ではないが、これらの電極はコンジット内で摺動できる。この摺動リンクによって、摺動する電極２０１、２０２がたとえばユーザによってその動作位置まで持ってこられるか、または引張られてもよい。摺動リンクは通常、たとえばオリフィス（またはコンジットのより深く）に挿入されることなどの付加的な機構を必要とする。摺動リンク機構の例は図１１において想定されており、これについては後で詳細に考察する。
【００６７】
上に示されたものの他の変形において、電極は最初の挿入の後に固定的に維持される。こうしたアプローチは、使い捨てのマイクロ流体デバイスに対する選択肢である。その目的のために、（最初に電極を挿入するために）堅い嵌合をもたらすプレス嵌合機構が用いられてもよい。好ましくは、一旦挿入された電極を維持するために、（オリフィス１０１ｏ、１０２ｏのレベルにおける）コンジット１０１、１０２の入口にガスケット１２１、１２２が提供される。ガスケットがすでに十分に堅い嵌合を提供してもよいが、たとえばこうしたガスケットもしくは特定的に成形されたコンジットまたはその両方を含み得るより複雑なプレス嵌合機構が依拠されてもよい。有利には、ガスケットはさらに、たとえ電極２０１、２０２がそれぞれのコンジット内で摺動されても、液体サンプルがチャネル１０４から漏洩して漏れ出ることを防いでもよい。
【００６８】
電極２０１、２０２がそれぞれのコンジット内に永続的に（取り外し不可能に）挿入されることが意図される変形において、もし必要であれば、挿入された電極をさらに固定するために接着剤が用いられてもよい。たとえば、コンジットおよび電極は、電極のそれぞれのコンジットからの取り外しもしくはその中での摺動またはその両方を可能にするように構成されてもよいが、電極２０１、２０２がデバイス上に永続的に保持されるように、挿入された電極をさらに固定するために接着剤が用いられてもよい。ここでも、こうしたシナリオはたとえば使い捨てのマイクロ流体チップに対して予期できるものであり、再使用可能なチップにおいては取り外し可能／交換可能な電極が有利に使用されるだろう。
【００６９】
たとえば、製造者は電極の容易な統合を達成するために、本アプローチおよび技術を用いてもよい。しかし、電極およびマイクロ流体デバイスの両方が使い捨てできるものと想定するとき、製造者は電極の最初の挿入後に電極を永続的に接着することを選択してもよい。使用後、ユーザは電極が挿入されたままのマイクロ流体デバイスを処分してもよい。
【００７０】
しかし、再使用可能な構成要素が望まれるとき、製造者は代わりにマイクロ流体デバイスと、電極と、電子機器とを別々に提供することを望むかもしれない。その場合、ユーザはマイクロ流体デバイスを用いる前に電極を挿入し、次いで使用後に電極を取り外し、通常はさまざまな構成要素を清掃し、それらを保管し、必要に応じてこれらの構成要素の一部またはすべてを再使用する。たとえば、電極のいくつかはもし再使用不可能であれば処分されてもよく、一方でチップは再使用されてもよい。この場合、図１〜図９において想定されるとおり、これらの電極は非永続的にマイクロ流体デバイスに固定される必要がある。
【００７１】
電極のいくつかは抜かれ得るが、他の電極は固定的に維持されて交換できないという中間のシナリオが予期され得る。ここでも、正確な設計の選択肢は、適用および製造者によって保持されるシナリオに依存する。
【００７２】
別の課題は、適用において必要とされるとおり、液体がデバイス１１〜１４から漏れ出ることを防ぐことである。少なくとも、液体は好ましくはコンジットから漏洩すべきではない。しかし、液体はたとえば蒸発に適当な場所１０５に到達すると蒸発されてもよい。このことに対処するために、コンジット１０１、１０２の各々は、チャネル１０４から液体が漏れ出ることを防ぐための疎水性の内側コーティング１４１を含んでもよい（たとえば図５および図６を参照）。変形において、またはこの疎水性コーティング１４１に加えて、収集されたサンプルＳをマイクロ流体チャネル１０４内に保持するために円筒形の挿入物、ガスケット、もしくは任意の好適な液体ピン止め構造、またはその組み合わせが用いられてもよい。
【００７３】
疎水性コーティング１４１は、コンジット１０１、１０２の内側でパターン形成または構造化された材料の層であり得る。その目的のために、材料層１４１が堆積（表面処理）されてもよいし、物理的構成要素（疎水性または防水ガスケット）がコンジットの内側に挿入されてもよい。たとえば、コーティング１４１は液体溶液または気相から堆積されてもよい（例、それ自体が公知であるとおり、ポリ（ｐ−キシリレン）ポリマーが化学蒸着によって堆積されてもよい）。
【００７４】
なお実施形態において、サンプル収集および流れの発生のために、デバイスには十分に親水性のチャネル壁が設けられてもよい。よって、収集されたサンプルはチャネル１０４に沿って移動するときに、湿潤性の任意の開口部から漏れ出ようとすることがある。液体はそこで電極の上をゆっくりと移動して、周辺デバイス２１〜２３の電子機器内に到達するおそれがあり、それは混入の問題を引き起こして、電極２０１、２０２を介して得られた信号を読取るときに誤った結果をもたらし得る。よって、漏洩を防ぐために特別に注意が払われてもよく、したがってこうした漏洩を防ぐための増強された手段が求められてもよい。たとえば、図５および図６において想定されるとおり、コンジット１０１、１０２が疎水性内側コーティング１４１を含み得るだけでなく、ここで図５を参照して考察されるとおり、それに加えてコンジット１０１、１０２とチャネル１０４とによって形成される接合部が液体ピン止め角度を含んでもよい。
【００７５】
この液体ピン止め構造は、特に開口角度θ１（例、９０°から１６０°）によって形成されてもよい。たとえば、添付の図面において想定されるとおり、この角度は単純に９０°（すなわち、チャネル１０４との接合部においてコンジットの底部の境界を定め、かつ液体入口方向に対して垂直に延在する真っ直ぐな下側壁によって形成される）であってもよい。より精密な実施形態において、この角度は厳密には９０°より大きくてもよく、よってこの角度はたとえば１３５°などであってもよい。すべての場合に、液体が接触角を上昇させながら接合部を充填する状況を考えると、コンジット１０１、１０２の入口を拡大すなわち広げることは、空洞へのメニスカスの伝播に挑戦する角度成分を加える。しかし変形においては、コンジットの内壁がすでに疎水性である限り、開口角度は９０°未満（例、６０°から９０°）であってもよい。液体ピン止め構造の他の設計も予期され得る。なお、液体ピン止め構造は単独で用いられても、疎水性処理に加えて用いられてもよい。
【００７６】
その点において、コンジットもしくは電極またはその両方に疎水性処理が適用され得る。言い換えると、動作中に液体が電極に沿って進行することをさらに防ぐために、電極にも疎水性コーティングが堆積され得る（液体と接触し続けるべき電極の検知部分を除く）。
【００７７】
添付の図面に示される好ましい実施形態において、マイクロ流体デバイス１１〜１４は２つのコンジット１０１、１０２と、その２つのコンジット１０１、１０２にそれぞれ挿入される２つの電極２０１、２０２とを含み、２つの電極２０１、２０２の各々の端部２０１ｔ、２０２ｔがマイクロチャネル１０４内に到達するようにされる。ここで２つのコンジット１０１、１０２は好ましくは、２つの電極２０１、２０２の端部（チャネル１０４内に到達する端部）の間の距離が２ｍｍ未満になるように構成される。この上限は、（水性／生物学的流体に対して）実際にチャネル１０４内で調査される溶液によって生じる抵抗を顕著に制限してもよい。しかしより好ましくは、この抵抗をさらに低減させるために、この距離は１ｍｍ未満となるだろう。
【００７８】
こうした考慮は、特に参照電極と作用電極の検知表面との間隔に適用される。なおその点において、添付の図面に示される典型的な実施形態において、２つの電極２０１、２０２は参照電極２０１と作用電極２０２とを含む。前述のとおり、たとえば参照電極はＡｇ／ＡｇＣｌ参照電極であってもよく、活動電極はワイヤの周りにコートされた特定の金属、材料、または合金（例、ワイヤ上のＴｉＮ）であってもよい。
【００７９】
ここで、本明細書に記載されるほとんどの実施例においては２つのコンジット１０１、１０２と、単一のチャネル１０４とが想定されているが、本マイクロ流体デバイスは、２つ以上のチャネルと３つ以上のコンジットとを含むデバイスとして具現化されてもよい。すなわち、こうしたデバイスは、基板の主表面上の溝として各々形成された１つまたは複数のマイクロチャネルと、３つ以上のコンジットとを含んでもよい。前述した原則と一致して、各コンジットは基板の主表面に対して平行に、基板の側部表面からマイクロチャネルの１つの側壁まで延在してもよい。加えて、各コンジットはそれぞれの電極の挿入を可能にするように構成される。よって、ここには少なくとも３つの電極が含まれており、それはたとえば参照電極と、少なくとも２つの作用電極とを含んでもよい。各場合に、挿入後の各電極の検知端部は、マイクロチャネルの１つの中に到達する。
【００８０】
マイクロ流体デバイスに挿入可能ないくつかの作用電極を有することは、多重化の目的に利用され得る。多重化適用に対して、デバイスは通常参照電極と、（異なる分析物または電解質に対する特定的な）異なる表面コーティングを有する複数の作用電極とを含むこととなる。収集されたサンプルは単一のチャネル（その中に複数の電極が平行に延在する）に沿って移送されるか、または１つもしくは複数の電極が割り当てられた別個のチャネル部分に沿って移送されてもよい。
【００８１】
他の変形においては、３つ以上の電極が含まれ、それらの電極は参照電極と、作用電極と、補助（対）電極とを含み、よってボルタンメトリー実験のための３電極システムを形成する。
【００８２】
次に図１１を参照して、本デバイスはさらに、電極の先端を封止するための１つまたは複数の窪み１３２を含んでもよい。たとえば、図１１はマイクロ流体デバイス１３を示し、このマイクロ流体デバイス１３は窪み１３２を含むチャネル１０４を有する。この例において、窪み１３２は、参照電極を受け取ることが意図されたコンジットの反対側に配置される。よって、このコンジットに参照電極が挿入されて、この電極の端部がチャネル１０４を通って対向する窪み１３２の中に到達するようにされ得る。使用しないときに脆弱な電極の先端を保護する必要があるときに、こうした窪みの提供は有利である。加えて、電極の頂点におけるダイヤフラム（例、ガラス・フリット）を封止して電極先端内の電解質の蒸発を防ぐために、参照電極を押してその先端を窪み１３２の底面に到達させてもよい（この電極はコンジット内で摺動できると想定する）。ただし、電極先端の内側で電解質が密閉されている無漏洩参照電極も存在する。
【００８３】
デバイスが使用されていないとき、参照電極はその敏感な先端を窪み１３２に押し込まれた状態で、デバイス内にとどまり得る。デバイスを使用したいユーザは、包まれた電極をわずかに引いて、収集されたサンプルをこの電極に流すだけでよい。こうした実施形態は通常、前に考察された摺動リンクを含む。
【００８４】
本マイクロ流体デバイスは、マイクロ流体デバイスおよび電極を含む構成要素のセットの一部として提供でき、電極はデバイスにすでに挿入されているか、または挿入されていない。ここで別の態様によると、本発明は、上述のマイクロ流体デバイス１１〜１４および電極２０１、２０２に加えて、電子（周辺）デバイス２１〜２３をさらに含む構成要素のセット１〜４として具現化され得る。こうしたセット１〜４の例を図１〜図１２に示す。これらの例の各々において、電子デバイス２１〜２３はハウジングを含み、このハウジングの中に電子機器２４が封入される。電子機器が電極と電気的通信を行い得るような方式で、ハウジングおよび電子機器２４が設計される。さらに電子機器２４は、動作中に電極２０１、２０２から得られる信号を読取るように構成される。
【００８５】
描写および簡潔さの目的のために、図１においては単純な回路２４が想定されており、これはこの場合には従来の２電極セットアップに相当する。もちろん、埋め込まれる電子機器はもっと精密にされてもよい。たとえば作用電極は、電子デバイス２１〜２３内に収容されたバイポーラ接合トランジスタの基部に電気的に接続されてもよい。加えて、電子機器はおそらくは無線通信（例、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（Ｒ）（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（Ｒ）ならびにＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（Ｒ）に基づく商標およびロゴのすべては、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（Ｒ）ＳＩＧ社もしくはその系列会社またはその両方の商標または登録商標である））をサポートしてもよく、かつ温度および湿度検知のためのセンサを含んでもよい。電子機器はさらに、デバイス１１〜１４内の電極に電気的に接続可能であってもよく、液体の能動的操作（電気浸透流、マイクロヒーターを用いた蒸発に駆動される流れ）を可能にするため、およびそこからの信号を読取るために電極を駆動してもよい。温度および湿度センサは、実験が行われている表面（例、ヒトの皮膚）の各々および環境に対する温度および湿度の検知を可能にするように構成されてもよい。較正の目的、もしくは蒸発に駆動される流れの好適な制御、またはその両方のために、環境パラメータの検知が必要とされてもよい。加えて、たとえば較正の目的などのために、圧力センサが含まれてもよい。
【００８６】
電子デバイス２１〜２３のハウジングは、好ましくは防水性である。このやり方で、たとえば汗などの液体サンプルが内部の電子機器２４に漏洩する可能性が低くなり、使用後にデバイスをより容易に洗浄および清掃できる。付帯的に、デバイス２１〜２３は洗浄可能な布、ヘッドバンド、ベルトなどの一部を形成してもよい。
【００８７】
たとえば図１〜図９、図１２、および図１３に示される実施形態において、電極２０１、２０２は電子デバイス２１、２２のハウジングに装着されるか、または装着され得る。たとえば図５〜図９のとおり、電極はハウジングの側部表面から突出してもよく、それによって電極の単純な設計および挿入が可能になる。しかしこの構成においては、電極の基部に対してデバイス１２が働かせる力のモーメントのために、電極が破損する可能性が高くなる。したがって、たとえば図１〜図４、図１２、および図１３に示されるものなどのより精密な実施形態においては、電極はハウジングと平行に延在する。
【００８８】
その目的のために、電子デバイス２１〜２３のハウジングはたとえば、前述されてここで詳細に説明される、電極を受け取るためのスナップ嵌合機構２１０、２１１を含んでもよい。この機構によって、たとえば電極２０１、２０２は、周辺デバイス２１の下側基礎底面から横断方向に突出するラグ２１０、２１１の中および間に取り外し可能に受け取られ（挿入され）てもよい。ラグ２１０、２１１は特に、その目的のための窪み、スロット、または穴を含んでもよい。特に、前のラグ２１１は電極ピンの挿入を可能にするための穴またはスロットを含んでもよく、それによって電極の検知部分はラグ２１１から突出することで、デバイス１１のそれぞれのコンジットにさらに挿入されてチャネル１０４内に到達できる。前記のとおり、電極を取り外し可能に（または永続的に）受け取るための他のタイプの支持（磁気スナップ、機械的クリップなど）が予期されてもよい。機構２１０、２１１に受け取られるとき、電極２０１、２０２はデバイス２１のハウジングの下側基礎表面と平行に延在する。次いで、周辺デバイス２１のハウジングをデバイス１１の上に平行に好適に押すことによって、マイクロ流体デバイス１１のコンジット１０１、１０２に電極が挿入され得る。図１〜図４の例においては、２つの構成要素１１、２１の相補的形状のために、周辺デバイス２１がデバイス１１を覆うようになる。さらに周辺デバイス２１のハウジングが（図１〜図４、図１２、または図１３のとおり）形状要素を有すると想定すると、アセンブルされた構成要素は、（図５〜図９のとおり）ハウジングの側部表面から電極が突出する設計と比べて改善されたエルゴノミクスを有する浅いアセンブリを作製する。このために、図１〜図４の構成によって電極は一層破損しにくくなる。
【００８９】
さらに他の実施形態において、電極はソケットまたはネジ機構を介して周辺デバイスに交換可能に接続されることで、破損するかまたは不適切に使用された電極は、周辺デバイス全体を交換することなく容易に取り換えられ得る。しかし、（例、はんだまたは伝導性接着剤を用いて）電極が電子デバイスに永続的に接続されてもよい。
【００９０】
たとえば図３、図６、図１２、および図１３に示される実施形態において、セット１、２はさらに多孔性支持３１、３２を含む。動作中にデバイス１１、１２の基板１００がこの多孔性支持３１、３２に嵌合するように、マイクロ流体デバイス１１、１２に従って多孔性支持３１、３２の寸法が定められる。言い換えると、基板がその上に嵌合するように、多孔性支持は通常、基板１００の側方側部と同じ幅であるか、またはそれよりも広い。前に言及したとおり、マイクロチャネル１０４は（基板１００の主表面上に形成された）サンプル収集アパチャ１０３から延在する。
【００９１】
図１〜図９、図１２、および図１３の状況において、マイクロ流体チップ１１、１２は多孔性支持（例、汗多孔性接着剤）３１、３２に適用されることが意図されており、多孔性支持３１、３２自体が発汗するユーザの皮膚の上に適用される。この状況において、アパチャ１０３は、多孔性支持３１、３２を介して皮膚から液体サンプルＳ（汗）が収集されてチャネル１０４に送られることを可能にする。図１〜図４、図１２、および図１３のより特定的な状況において、電子デバイス２１、２２は、図５〜図９（例、図６および図８を参照）の状況のように多孔性支持３２の上でマイクロ流体チップ１１と平行に適用される代わりに、マイクロ流体チップ１１を覆うことがさらに意図される。それ以外の動作原理は同様である。図１３にさらにみられるとおり、マイクロ流体デバイス１１から周辺デバイス２１を後退させることによって、使用後に電極をデバイス１１から抜くことができる。
【００９２】
特定の実施形態において、多孔性支持は、多孔性のバッキングを含む蒸気透過性接着パッチであってもよい。パッチは、おそらくはバッキングの１つの側部または中に調合物を含んでもよい。蒸気のみが吸収されるとき、液体の循環を可能にするために、吸収剤もしくはマイクロ流体デバイスのチャネル１０４またはその両方の中に液体媒体を提供する必要がある。
【００９３】
しかし他の実施形態において、多孔性支持３１、３２は通常、液体（例、汗）を吸収するように意図および設計されて、この液体は（アパチャ１０３を介して）基板１００内に横断方向に導入され、次いで電極２０１、２０２によるその後の分析のためにマイクロチャネル１０４内を毛細管吸引されるだろう。
【００９４】
一般的に、多孔性支持３１、３２はパッチ（例、皮膚に付着できるように接着剤が提供される）、おむつ、およびマウスガード（例、ガムガード）として、またはその中に実現されてもよい。特に汗の分析（例、パッチを介する）、尿の収集／分析（例、おむつを介する）、または唾液の収集／分析（例、マウスガードを介する）に対する適用が見出されてもよい。こうした分析は、特にアスリートのパフォーマンスを分析するために有利であってもよい。
【００９５】
本明細書において考察した実施例のほとんどは、ウェアラブルおよび汗収集／分析システムを扱っているが、本アプローチはインビトロ診断プラットフォームにも用いられ得ることを注記する。たとえば、ユーザはサンプル（例、血液、ヒト血清、尿、唾液、水道水、その他の水資源）をサンプル収集アパチャ（装填パッド）１０３にピペッティングし、次いでマイクロ流体デバイスの電極を介して、収集されたサンプルの特定の分析物を分析するためのステップを行うことができる。加えて、周辺電子デバイス２１〜２３は消費財（たとえば衣類の帽子、バンド、おむつ、またはウェアラブル時計など）の一部であってもよく、その消費財にマイクロ流体部分を取り付けることができてもよい。この消費財は皮膚と接触し続けるようにさらに設計されてもよい（例、この消費財は接着剤、ゴムを含むか、別様に伸縮可能であってもよい）。
【００９６】
完全性のために、実施形態によるセット１、２はさらに、使用しないときに電子デバイス２１、２２を保管するための保管キャップ４１、４２を含んでもよい（図４および図９を参照）。保管キャップ４１、４２は、デバイス２１、２２が保管キャップ４１、４２上で保管される間（デバイス２１、２２に装着された）電極２０１、２０２を受け取るように設計された空洞３０１を含む。空洞３０１はたとえば、電極２０１、２０２が保管キャップ４１、４２上で保管されるときに空洞３０１の任意の表面に接触しないように、電極２０１、２０２と連帯的に設計されてもよい。変形において、参照電極を受け取る空洞３０１は、前に言及した理由から、この電極の頂点を封止するように設計されてもよい。もし必要であれば、電極２０１、２０２を保存するために、たとえば保管溶液３１０が空洞３０１に注入されてもよい（例、脱イオン水）。加えて空洞３０１はおそらくは、空洞３０１からのこの保管溶液３１０の蒸発を防ぐか、または遅らせるように設計されてもよい（例、液体ピン止め特徴を含む）。
【００９７】
ここで図１〜図３、図７〜図８、および図１３を参照して本発明の最終態様が簡単に説明され、これは本明細書に記載されるものなどのマイクロ流体デバイス１１〜１４を動作させる方法に関する。これらの方法の態様は、本デバイス１１〜１４および構成要素のセット１〜４を参照してすでに暗示的に記載されており、以下はそれらを単に簡単にまとめたものである。
【００９８】
すでに説明したとおり、本方法はマイクロ流体デバイス１１〜１４の基板１００の１つまたは複数の（それぞれの）コンジット１０１、１０２に、１つまたは複数の電極２０１、２０２を挿入するステップを中心としている。このステップは、各々の電極２０１、２０２の端部２０１ｔ、２０２ｔ（すなわち、先端またはピン端部）がデバイス１１〜１４のマイクロチャネル１０４内に到達するように行われる。
【００９９】
このやり方で、その後電極２０１、２０２を介して信号が読取られ得る。信号は、デバイス１１〜１４のチャネル１０４において収集されたサンプルＳに関する情報を運ぶ。図１〜図１１を参照して前述したとおり、このことは、たとえばデバイス１１〜１４と対にされた電子デバイス２１〜２３を介して最も実用的にサンプルＳが分析されることを可能にする。その目的のために、収集されたサンプルＳを含む液体はマイクロチャネル１０４内で毛細管吸引されてもよく、液体を毛細管吸引するためにはわずかな付加的構造しか必要ないため、これは特に簡単かつコスト効率が良いものとなる。
【０１００】
たとえばウェアラブルおよび体液分析などに対する適用において、デバイス１１〜１４は（中に挿入された電極２０１、２０２とともに）分析のために収集される液体を生じる表面（例、皮膚）の上に維持されながら、液体を毛細管吸引する。前述のとおり、このことは液体を生じる表面とマイクロ流体デバイス１１との間に挟まれた多孔性支持３１、３２を伴ってもよい。
【０１０１】
上記の実施形態は添付の図面を参照して簡単に説明されたものであり、いくつかの変形に適応してもよい。上記の特徴のいくつかの組み合わせが予期されてもよい。次のセクションに実施例が与えられている。
【０１０２】
２．特定の実施形態  −  技術的な実施の詳細
２．１  構成の実施例
２．１．１  平行な電極挿入のためのラグを有するウェアラブル・マイクロ流体パッチ、図１〜図４
図１〜図４は、埋め込まれた電子機器２４を有し、かつマイクロ流体パッチ１１の上に装着され得る電子周辺デバイス２１を示す。電極２０１、２０２はスナップ嵌合機構の中に（取り外し可能に）受け取られ、スナップ嵌合機構は電極２０１、２０２を置いて固定するための開口部とともに構造化されたラグ２１０、２１１を含む。構造化されたラグ内に置かれるとき、電極はハウジングの下側基礎表面に対して平行に延在する。もし必要であれば、前にセクション１において説明したとおり、電極を抜いて容易に交換することができる。パッチ１１が有するコンジット１０１、１０２は、動作中に液体Ｓがチャネル１０４から漏れ出てコンジット１０１、１０２を通じて漏洩することを防ぐために、疎水性コーティングでコートされている。加えて、コンジット１０１、１０２とチャネル１０４との間に形成された接合部に、液体ピン止め特徴が提供されてもよい。完全性のために、電極２０１、２０２も疎水性材料でコートされてもよい。コンジット１０１、１０２は、電極の挿入を容易にするために広がった開口部１０１ｏ、１０２ｏを有する。毛細管ポンプとして作用するために、チャネル１０４を介して（動作中にサンプルを収集する）アパチャ１０３につながれた区域１０５に吸収剤材料１０６が置かれる。図３に示されるとおり、アパチャ１０３はサンプル収集の効率を最大化するように構造化される。流路の端部の区域１０５とは反対側に、空気口１０７が配置される。こうした空気口はたとえば、図３のとおりにマイクロ流体デバイスの平均面と直交するか、またはマイクロ流体チャネル１０４と同一平面内の開口部を有してもよい。サンプルＳは多孔性材料３１を介してアパチャ１０３から収集され、多孔性材料３１は所与の表面（例、汗を収集するためのヒトの皮膚）に適用される。デバイス２１のハウジングに埋め込まれた電子機器２４によって、次いで電極２０１、２０２を介して読取られた信号が分析され得る。使用されないとき、周辺デバイス２１は保管キャップ４１上で保管される。
【０１０３】
２．１．２  側方電極を有する周辺デバイス、マイクロ流体デバイスの代替的設計、図５〜図９
図５〜図９は、図１〜図４と同様の構成要素のセットを示し、かつ実施形態によるチップ１２の付加的詳細を示す。電子周辺デバイス２２は、電極２０１、２０２がデバイス２２から側方に突出していること以外は、デバイス２１と同様である。マイクロ流体デバイス１２は、アパチャ１０３および毛細管ポンプ１０６がチップの反対側に位置し、したがって真っ直ぐなマイクロ流体チャネルを介して接続され得ること以外は、デバイス１１と同様である。図５〜図６にみられるとおり、アパチャ１０３とチャネル１０４との間に、毛細管保持弁を生じるための側方もしくは鉛直またはその両方のくびれが定められてもよい。サンプル流が連続的でない場合（例、非連続的な汗の生成）、毛細管ポンプよりも高い毛細管圧を可能にするこの受動的な弁が、入口側の液体前部が常にアパチャ１０３にとどまることを保証することによって、新たに生成された汗は気泡を生じることなくチャネル内にすでにある汗と融合する。
【０１０４】
電極２０１、２０２はおそらくは、周辺デバイスに提供されたスナップ嵌合機構（図示せず）の中に（取り外し可能に）受け取られてもよい。しかし、周辺デバイス２２に位置決めされた電極は、ここではハウジングの側部表面に対して垂直に延在する。電極は、おそらくは交換されてもよい。ここでもマイクロ流体デバイス１２に周辺デバイス２２を押し付けることによって、デバイス１２のコンジット１０１、１０２に電極が側方に挿入される。ここでも、使用されないときに周辺デバイス２２は保管キャップ４２上で保管される。
【０１０５】
２．１．３  使い捨てのマイクロ流体パッチ上に位置する電極、図１０、図１１
図１０および図１１は、構成要素のセット３、４の他の設計を示しており、ここで電極は使い捨てのマイクロ流体デバイス１３、１４の上に位置する。電極２０１、２０２を挿入するために締り嵌合機構１２１、１２２が用いられ、電極２０１、２０２はそれぞれのコンジット１０１、１０２内に固定的に装着される。図１１の参照電極に関しては例外であり、この参照電極はそれぞれのコンジット内に摺動可能に受け取られる。前のセクションで説明したとおり、このやり方で、参照電極の先端を対向する窪み１３２に押し込んだり、そこから後退させたりできる。
【０１０６】
なお、すべての場合（図１〜図１１）において、周辺デバイス２１〜２３に埋め込まれた電子機器２４と電極とを電気的に通信させ得ることによって、これらの電極を介して受信した信号を分析して電気化学的測定を行うことが可能になる。
【０１０７】
２．２  特定の実施形態
特定の実施形態の例として、参照電極２０１は作用電極２０２とともに用いられ、この作用電極はバイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ：ｂｉｐｏｌａｒ  ｊｕｎｃｔｉｏｎ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）のベースに電気的に接続される。作用電極２０２の検知部分は、たとえばニードル、中空の円筒（検知表面積を増加させるため）、または巻かれたメッシュなどとして成形される。テストされる溶液によって生じる抵抗を実質的に低減させるために、参照電極と作用電極の検知部分との間隔は１ｍｍ未満である。検知動作の間、作用電極はＢＪＴのベースに接続され、参照電極は０Ｖにて保持され、コレクタは０Ｖにて保持され、エミッタにおいて固定された負電圧が加えられ、結果として正のベース−エミッタ電圧（ＶＢＥ＞０）が得られ、ここではＮＰＮ  ＢＪＴが想定される。検知信号はコレクタ電流である（ＩＣと呼ばれる）。固定されたＶＢＥ電位に対して、ＩＣ検知電流はｐＨ（例、ＴｉＮ電極）または分析物の濃度（例、機能化Ａｕ電極）に依存して変化する。
【０１０８】
選択される保管溶液のタイプは、電極材料に依存する。しかし、検知電極表面は常に溶液中で保管される必要はない。たとえばＡｇＣｌ／Ａｇ参照電極は、設定時間を減らすために通常は脱イオン水中で保管される必要がある。活動電極（例、ＴｉＮを含む）は乾燥させて保存しても、溶液中で保存してもよい。しかし、たとえばＤＮＡまたはいくつかのタンパク質（例、ストレプトアビジン）の検出などのために、機能化検知電極が含まれることがある。こうした機能化電極は、通常は溶液中で保管すると時間とともに機能化層の脱着が引き起こされて保管寿命が短くなるため、通常は乾燥させて保管する必要がある。
【０１０９】
変形において、検知電極は電界効果トランジスタ・デバイス（ＦＥＴ：ｆｉｅｌｄ  ｅｆｆｅｃｔ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ  ｄｅｖｉｃｅ）のゲート電極に電気的に接続でき、この場合には検知動作の際の印加電圧が異なる。すなわち、ここで参照電極は正電圧にて保持される（これは通常、デバイスの閾値電圧より低くなるべきである（ｎＦＥＴデバイスを想定する））。ソースおよび基板電圧は０にて保持され、ドレイン電圧は固定された低い正電圧（通常０．１Ｖ未満）にて保持される。検知信号はドレイン電流（Ｉｄ）である。ドレイン電流の測定値の変化から、分析物濃度を推測できる。
【０１１０】
限られた数の実施形態、変形、および添付の図面を参照して本発明について説明したが、本発明の範囲から逸脱することなくさまざまな変更がなされてもよく、均等物が置き換えられてもよいことが当業者に理解されるだろう。特に、所与の実施形態、変形において述べられているか、または図面に示されている特徴（デバイス様または方法様）は、本発明の範囲から逸脱することなく別の実施形態、変形、または図面における別の特徴と組み合わされても、それと置き換えられてもよい。したがって、上記の実施形態または変形のいずれかに関して記載される特徴のさまざまな組み合わせは、添付の請求項の範囲内にとどまるものとして予期されてもよい。加えて、本発明の範囲から逸脱することなく、本発明の教示に対して特定の状況または材料を適合させるために、多くの微細な修正がなされてもよい。したがって、本発明は開示される特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明は添付の請求項の範囲内にあるすべての実施形態を含むことが意図される。加えて、上で明示的に触れたもの以外の多くの変形が予期され得る。
【図１】
2020535413.tif 000003
【図２】
2020535413.tif 000004
【図３】
2020535413.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2020535413.tif 000012
【図１１】
2020535413.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
2020535413.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】令和2年5月25日(2020.5.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の主表面上の溝として形成されたマイクロチャネルを有する基板と、
前記主表面に対して平行に、前記基板の側部表面から前記マイクロチャネルの側壁まで延在する１つまたは複数のコンジットとを含み、前記１つまたは複数のコンジットは、１つまたは複数の電極の挿入をそれぞれ可能にし、かつ前記１つまたは複数の電極の各々の端部が前記マイクロチャネルの中に到達できるように構成される、マイクロ流体デバイス。
【請求項２】
前記マイクロチャネルの１つの端部は、前記基板の主表面上に形成されたサンプル収集アパチャから延在し、前記アパチャはサンプルを前記主表面に対して横断方向に収集し、収集されたサンプルを前記マイクロチャネル内に送ることを可能にするように構成される、請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項３】
前記マイクロチャネルの別の端部は、前記基板の主表面上の区域から延在しており、前記区域は前記マイクロチャネルからサンプルを毛細管吸引するように構成された媒体を含む、請求項２に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項４】
前記区域および前記媒体が毛細管ポンプを形成するように、前記媒体は液体吸収剤材料もしくは毛細管構造またはその両方を含む、請求項３に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項５】
前記１つまたは複数のコンジットは、１つまたは複数のオリフィスからそれぞれ延在し、前記オリフィスは前記基板の前記側部表面に形成され、前記１つまたは複数のオリフィスは、動作中に前記１つまたは複数の電極の挿入を容易にするように広がっている、請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項６】
前記デバイスは、前記１つまたは複数のコンジットにそれぞれ挿入された前記１つまたは複数の電極を含み、前記１つまたは複数の電極の各々の端部は前記マイクロチャネルの中に到達するようにされる、請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項７】
一方では前記１つまたは複数の電極が、他方では前記１つもしくは複数のコンジットまたは前記１つもしくは複数のオリフィスあるいはその両方が、前記１つまたは複数のコンジットに前記１つまたは複数の電極が取り外し可能に挿入されるように構成される、請求項６に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項８】
前記１つもしくは複数のコンジットまたは前記１つもしくは複数のオリフィスあるいはその両方が、前記１つまたは複数のコンジットに前記１つまたは複数の電極が摺動可能に挿入されるように構成される、請求項６に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項９】
前記１つまたは複数のコンジットの少なくとも１つは、疎水性の内側コーティングもしくは液体ピン止め構造またはその両方を含む、請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１０】
各々が前記基板の主表面上の溝として形成される１つまたは複数のマイクロチャネルと、
前記主表面に対して平行に、前記基板の側部表面から前記１つまたは複数のマイクロチャネルの１つの側壁まで延在する少なくとも３つのコンジットとをさらに含み、前記少なくとも３つのコンジットは、少なくとも３つの電極の挿入を可能にするようにそれぞれ構成され、これらの電極は参照電極および少なくとも２つの作用電極を含み、かつ前記少なくとも３つの電極の各々の端部が前記１つまたは複数のマイクロチャネルの１つの中に到達できるようにされる、請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１１】
それぞれ前記マイクロチャネルに関して前記１つまたは複数のコンジットの１つの反対側に配置された窪みをさらに含むことで、前記１つまたは複数のコンジットの前記１つへの電極の挿入を可能にし、この電極の端部は前記マイクロチャネルを通って前記窪みの中に到達できるようにされる、請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１２】
基板の主表面上の溝として形成されたマイクロチャネルを有する基板と、
前記主表面に対して平行に、前記基板の側部表面から前記マイクロチャネルの側壁まで延在する１つまたは複数のコンジットであって、前記１つまたは複数のコンジットは、１つまたは複数の電極の挿入をそれぞれ可能にし、かつ前記１つまたは複数の電極の各々の端部が前記マイクロチャネルの中に到達できるように構成される、コンジットと、
前記１つまたは複数の電極と、
電子デバイスとを含み、前記電子デバイスは
ハウジングと、
前記ハウジング内に封入される電子機器とを含み、前記電子機器は前記１つまたは複数の電極との電気的通信を行うことができ、前記電子機器は別様に、動作中に前記１つまたは複数の電極から得られる信号を読取るように構成される、マイクロ流体デバイス。
【請求項１３】
前記電子デバイスの前記ハウジングは、前記１つまたは複数の電極を受け取るように構成されたスナップ嵌合機構を含んで、これらの電極が前記スナップ嵌合機構に受け取られたときに前記ハウジングの基礎表面に対して平行に延在するようにする、請求項１２に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１４】
多孔性支持をさらに含み、前記マイクロ流体デバイスの前記基板はこの多孔性支持に嵌合するように適合され、動作中に、前記マイクロ流体デバイスの前記マイクロチャネルの１つの端部は、前記基板の主表面上に形成されたサンプル収集アパチャから延在し、前記アパチャは、前記多孔性支持からサンプルを収集して、収集されたサンプルを前記マイクロチャネル内に送ることを可能にするように構成される、請求項１２に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１５】
マイクロ流体デバイスを動作させる方法であって、前記方法は、
マイクロ流体デバイスを提供するステップを含み、前記マイクロ流体デバイスは、
基板の主表面上の溝として形成されたマイクロチャネルを有する基板と、
前記主表面に対して平行に、前記基板の側部表面から前記マイクロチャネルの側壁まで延在する１つまたは複数のコンジットとを含み、前記１つまたは複数のコンジットは１つまたは複数の電極の挿入をそれぞれ可能にし、かつ前記１つまたは複数の電極の各々の端部が前記マイクロチャネルの中に到達できるように構成され、前記方法はさらに、
前記１つまたは複数の電極の各々の端部が前記マイクロチャネルの中に到達するように、前記１つまたは複数のコンジットに前記１つまたは複数の電極をそれぞれ挿入するステップを含む、方法。
【請求項１６】
前記マイクロチャネル内のサンプルを含む液体を毛細管吸引するステップと、
前記サンプルを分析するために前記１つまたは複数の電極を介して信号を得るステップとをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記液体を毛細管吸引する間、前記電極が挿入された前記マイクロ流体デバイスを、前記液体を生成する表面の上に維持するステップをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記マイクロ流体デバイスは、前記表面と前記マイクロ流体デバイスとの間に挟まれた多孔性支持によって、前記表面の上に維持される、請求項１７に記載の方法。
【国際調査報告】
2020535413.tif 000016
2020535413.tif 000017