JP2002243748A - 流体の分析及び流体の制御された搬送のための装置 - Google Patents

流体の分析及び流体の制御された搬送のための装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 分析チップを含む、様々な微小分析に利用可
能な、バイオアレイを使用した効率的な実験のための液
体の効果的な搬送、デリバリ及び除去を可能にする改良
された装置を提供する。 【解決手段】 少なくとも充填区分と、分析区分と、チ
ャネルのシステムとが設けられており、前記区分が、微
細構造であり、かつ前記微細構造の区分及びチャネルの
システムを通る流体の制御された搬送のための少なくと
も１つの流体構造を有している。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、流体の分析のため
の装置に関し、この装置は、少なくとも注入区分と、分
析区分と、チャネルのシステムとを有し、選択的に廃棄
物区分を有している。この装置は、装置内での流体の効
率的な搬送、受渡し及び移動を可能にする。特に、本発
明は、分析及びその他の用途のための装置における流体
の制御された搬送及び移動のための流体微小構造を提供
する。本発明は、以下に説明される、流体の搬送の性能
を高めることができる１つ又は２つ以上の特徴を有して
おり、これらの特徴は、プリシュータ停止構造と、バタ
フライ構造と、カスケード構造と、廃棄物チャンバ入口
と、毛管被駆動試料入口チャンバと、毛管停止構造と、
分岐流過機構と、疎水性の排気口とを指す。
【０００２】
【従来の技術】バイオアレイ技術の発展は、生物学的リ
サーチが行われる方法に革命を起こすことを約束する。
バイオアレイでは、生体分子のライブラリが小さなスラ
イド又はチップ上に固定されるが、バイオアレイによ
り、極めて多数のアッセイを微小なスケールで同時に行
うことができる。これにより、リサーチャは１つの試料
から大量の情報を迅速に得ることができる。多くの場
合、バイオアレイタイプ分析は、従来の生物学的技術を
用いては不可能である。これは、試験されている試料の
入手困難性と、大規模な分析を行うために必要な時間及
び出費とによる。
【０００３】分析のための基板プラットフォームとして
のバイオアレイ又はチップは、材料の分析及び決定が行
われる方法を将来変革し続けるであろう。極めて少量の
試料しか利用できずに容易かつ迅速な分析が必要とされ
るような様々な分野において、低コストのチップが確立
されるであろう。例えば、このような分野は、医学、臨
床、生化学、化学、環境、食品、工業分析を含んでいて
よい。これらの分野の多くにおいては、従来の研究室技
術を用いては分析は制限される又は不可能でさえある。
これは、極めて時間がかかりかつ高価な作業であること
と、大きな試料容積を必要とすることとによる。
【０００４】バイオアレイはパワフルなリサーチ手段で
あるが、多くの欠点を有する。例えば、バイオアレイ
は、高品質のアレイを繰り返し製造することが困難であ
るため、製造が高価となる傾向がある。また、バイオア
レイ技術は、所望の実験を行うために必要な感度及び一
貫した結果を常に提供することができるわけではない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】したがって、分析チッ
プを含む、様々な微小分析に利用可能な、バイオアレイ
を使用した効率的な実験のための液体の効果的な搬送、
デリバリ及び除去を可能にする改良された装置を提供す
ることが望ましい。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、流体の効率的
搬送のための新規の流体装置を提供する。本発明の装置
は、バイオアレイ又はマイクロチップを使用する分析的
研究及びその他の用途に適切に用いられる。
【０００７】本発明の装置は、装置構造内の流体搬送の
性能を高めることができる１つ又は２つ以上の特徴を有
しており、これらの特徴は、通常、プリシュータ停止構
造、バタフライ構造、カスケード構造、廃棄物チャンバ
入口、毛管被駆動試料入口チャンバ、毛管停止構造、分
岐流過構造及び疎水性の排気口を指す。
【０００８】分析的用途に利用される微細構造の装置を
含む本発明の有利な装置は、充填区分と、分析区分と、
廃棄物区分とを有している。概して本発明による有利な
装置は、装置構造内の流体搬送の性能を高めることがで
きる１つ又は２つ以上の特徴を有しており、このような
特徴は概して、試料入口チャンバ（例えば毛管駆動試料
入口チャンバ）と、バタフライ構造と、分岐流過構造
と、カスケード構造と、プリシュータ停止構造と、毛管
停止構造（例えば、選択的に蒸発ストップを備えた流れ
ゲート）と、排気口（例えば疎水性の排気口）と、廃棄
物出口と、廃棄物収集チャンバと、廃棄物収集チャンバ
への廃棄物入口とを指す。
【０００９】充填区分は、入口ポートと、入口チャネル
と、充填チャンバと、出口チャネルとから成っている。
入口チャネルは入口ポートを充填チャンバの一端に接続
させており、充填チャンバの容積は、流体試料の容積全
体又は実質的に全体（例えば少なくとも約９５体積％）
を収容するように十分に大きいと有利である。出口チャ
ネルは、充填チャンバの他方の端部（入口チャネルとは
反対側の端部）を分析区分に接続させていると有利であ
る。
【００１０】分析区分はチャネルから成ることができ、
チャネルの入口は充填区分に接続されている。分析区分
のチャネルの容積は、充填チャンバの容積よりも小さい
と有利である。分析区分に配置されたチャネルの断面、
長さ及び形状は、装置の使用目的に適応される。
【００１１】廃棄物区分は、少なくとも、分析区分から
排出された流体のための出口を有している。廃棄物区分
は、さらに、分析区分から流出した流体を収集するため
の廃棄物チャンバと、分析区分の出口と廃棄物収集チャ
ンバとの間の接続チャネルとを有することができる。
【００１２】充填区分と、分析区分と、廃棄物区分と
は、これらの区分を通る流体の正確に制御された搬送の
ための様々な構造を有することができる。
【００１３】別の詳細において、本発明の装置のプリシ
ュータ停止構造は、導入された流体が装置内で流れチャ
ネル縁部に沿って流れチャネルの中間領域よりも速く流
過する望ましくない縁部流体流れを抑制することができ
る。プリシュータ停止構造は、流れチャネルの不規則な
形状の縁部、特に三角形又は鋸歯状の縁部を有してお
り、この縁部により、流れチャネルを通る均一な進行流
れ線が生じる。
【００１４】本発明の装置のバラフライ構造及びカスケ
ード構造は、より狭い流れ領域から比較的広い流れ領域
へ進入する流体流れのより均一な広がりを提供すること
ができる。ここで言うバタフライ構造は、１つの流れチ
ャネルから出現する、流れチャネルの対称的なＶ字形又
はデルタ形の対である。これらの２つのチャネルは、流
体を２つのチャネルへ流入させる又は供給する１つのチ
ャネルと同じ断面積を有している。２つのチャネルは、
これらのチャネルに流体を供給する１つのチャネルに共
通のＶ字形のフロントを提供する。
【００１５】ここで言うカスケード構造は、段部（テラ
ス）を備えた三角形の構造を含んでおり、これらの段部
の深さは三角形の頂点に向かって増大しており、これに
より毛管力は減少している。この構造により、流体は次
のレベルへ流入する前に各レベル又は段部を充満するこ
とができ、やはり流体の均一な広がりを促進する。
【００１６】本発明の装置は、廃棄物構造に接続された
流体入口を有することもでき、前記廃棄物構造は、使用
済みの試験試料、洗浄流体等を受け取る。廃棄物チャン
バ入口は、切欠きでグレード付けされた入口ネックを有
しており、前記切欠きは、廃棄物チャンバに収容された
フリース等の流体吸着材料に接触しこれに付着すること
ができる。
【００１７】本発明の装置は、装置を通る流体の毛管流
れを促進する流体収容チャンバを有していてもよい。収
容チャンバは、例えば、幅が装置内に向かって減少した
鉛直の楔形スロットであるか、装置内に向かって直径が
減少した漏斗状の入口であることができる。流体は、収
容チャンバ内にピペットで提供される又はその他の方法
で導入され、これにより、毛管力を介して装置内を流過
することができる。
【００１８】本発明の装置はさらに毛管停止構造を有し
ていてよく、この毛管停止構造により、毛管流体流れ
は、所定の箇所で実質的に中断される。毛管停止構造
は、高い毛管力の流れチャネル又は空間の端部における
低い毛管力の流れチャネル又は空間、又は、高い毛管力
の２つのチャネルの間の低い毛管力の流れチャネルを含
んでいる。流体は、高い毛管力のチャネルの端部におい
て停止し、低い毛管力の流れ空間へ進入しない。
【００１９】本発明の装置は、さらに排気口を有してい
てよく、この排気口は、疎水性で空気透過性の材料によ
って塞がれている。この材料は、疎水性のポリマフリッ
ト又はポリマ膜であると適切である。このようなキャッ
プにより、空気が装置から脱出することができ、また流
体が装置を充填する時に空気が流体から脱出することが
できる。キャップは、装置流路の充填時に流体のための
ストッパとして、また装置を流体で充填するためのマー
カとして働くこともできる。
【００２０】本発明の流体装置は、閉鎖されたシステム
であり、すなわち、流体は、覆われたコンパートメント
に流入する。前記のように、装置は、液体をコンテナに
導入しかつ空気をコンテナから放出するためのポートを
提供する。これらのポートは、流体流れシステムに接続
しており、この流体流れシステムは、毛管力によって動
作することができると有利である。装置は、出口ポート
をも有していてよく、この出口ポートは、コンテナ内の
廃棄物チャンバと適切に接続されており、廃棄物チャン
バは、廃棄物材料を排出及び収容するために設けられて
いる。
【００２１】充填区分の機能及び効果は以下のように適
切に提供される。所定の容積の流体試料が、例えばピペ
ットを使用することによって入口ポートへ導入される。
ピペットの先端部は、漏斗状の入口ポートへ隙間なく押
し込まれることができる。流体は、必要であればピペッ
ト内の流体に圧力を加えることによって、接続チャネル
に、充填チャンバへの入口ポートから進入する。充填チ
ャンバに流体が充填されると、ピペットを抜出すること
ができる。
【００２２】充填チャンバの充填及びこれに続く分析区
分の充填及び廃棄物区分の選択的な部分的な充填の間、
空気はチャネル及び中空空間から排気口を介して適切に
排出される。
【００２３】充填区分により、毛管力のみによって又は
外部力を加えることによって分析区分の明確な充填が可
能になる。充填区分の配列により、オペレータのスキル
に拘わらず、気泡を発生することなしに分析区分を完全
に充填することができる。
【００２４】充填チャンバの容積は、装置の設計に応じ
て、約１〜約１０００マイクロリットル、通常約１〜約
１００マイクロリットルで広範囲に変化することができ
る。
【００２５】分析区分の機能及び効果は以下のように適
切に提供される。分析区分は、本質的に、所定の長さ
と、断面と、断面形状とを有する閉鎖されたチャネルか
ら成る。様々な設計、例えば直線的な中空のチャンバ又
は湾曲したチャンバが適切である。分析区分の出口を別
の流体構造に接続することができる。分析区分の中空空
間は、チャンバ幅とチャンバ長さとの比及び流体の特性
に応じて、毛管力によって及び／又は付加的に能動的な
流れ推進によって、充填することができる。
【００２６】分析区分の中空空間内では、例えば化学反
応、生物反応、ハイブリダイゼーション又はその他の効
果が生じることができ、これにより、分析区分に包含さ
れた流体の有利には光学的特性を変化させる。このよう
な特性は公知の光学的方法によって検出することができ
る。
【００２７】廃棄物区分は、分析区分から流出する流体
を除去するために、有利にはこのような流体を廃棄物チ
ャンバに収集するために決定されている。
【００２８】本発明の装置は、１つ又は２つ以上、有利
には２つ以上又は全ての前記特徴を有していてよい。こ
れらの特徴は、すなわち、プリシュータ停止構造、バタ
フライ構造、充填区分、分析区分、カスケード構造、廃
棄物チャンバ入口、毛管被駆動試料入口チャンバ、毛管
停止構造、分岐流過構造、疎水性の排気口、本明細書に
言及されたその他の特徴である。
【００２９】本発明の装置は、装置に導入される生体分
子（核酸、ペプチド及び同様のものを含む）を含む用途
又はアッセイに適切に使用される。
【００３０】
【発明の実施の形態】前記のように、本発明の装置は、
装置構造を通る流体伝達の性能を高めることができる１
つ又は２つ以上の特徴を有しており、このような特徴
は、概してここでは、プリシュータ停止構造（図２ａ及
び図２ｂに２１０で示した）、バタフライ構造（図１に
１２０で示した）、カスケード構造（図３ａに３１０で
示した）、廃棄物チャンバ入口（図４Ａに４１０で示し
た）、毛管被駆動試料入口チャンバ（図４Ａ〜図４Ｃに
１３０で示した）、毛管停止構造（図５Ｃに５１０で示
した）、分岐流過構造（図２Ａに２２０で示した）、及
び疎水性の排気口（図５Ａ〜図５Ｃに５２０で示した）
である。
【００３１】本発明の流体装置は、ガラス、石英、シリ
コーン、ポリマ、ゲル、プラスチック、樹脂、カーボ
ン、金属、メンブレン等の様々な材料から、又はポリマ
ーブレンド、ポリマコーティングされたガラス、酸化珪
素でコーティングされた金属等の複数のタイプの材料の
組合せから形成されていてよい。
【００３２】流体装置は、基板の容易な操作を可能にす
るために、また、様々な標準的な研究室装備（マイクロ
タイタープレート、マルチチャネルピペッタ、顕微鏡、
インキジェットタイプアレイスポット、ホトリソグラフ
ィアレイ合成機器、アレイスキャナ又はリーダ、蛍光検
出器、赤外線（ＩＲ）検出器、質量スペクトロメータ、
サーモサイクラ、高スループット機械、ロボット等）と
の両立性を可能にするように、様々な形状及びサイズに
製造されてよい。例えば、流体装置は、あらゆる便利な
形状（正方形、方形、円形、球形、ディスク状、スライ
ド、チップ、フィルム、プレート、パッド、チューブ、
ストランド、ボックス等）を有するように製造されてい
てよい。有利には、流体装置は、実質的に平坦であり、
操作を容易にするために選択的な突出した、凹んだ又は
窪んだ領域を備えている。
【００３３】本発明の流体装置は、この分野で知られる
あらゆる方法によって製造されてよい。例えば、製造の
方法は、レーザミリング、高温エンボシング、機械的切
削又はエッチングを含んでいてよい。有利な実施例にお
いては、プラスチック製の流体装置は射出成形を使用し
て製造される。
【００３４】前記のように、本発明の流体装置は、閉鎖
された構成として製造されている。閉鎖された構成によ
り、基板は、実質的にシールされたコンテナ内に包囲さ
れ、試料の注入及び洗浄のための一体化された微小流体
構造（microfluidic structures）を有していることを
意味する。
【００３５】前記のように、装置を通る流体の搬送は、
毛管力を介して生じることができる。流体は、流体を装
置システムに通過させる例えば外部から加えられる押圧
力で又は遠心力、重力、電気的力、浸透力、電気浸透力
及びその他の力、を介して装置システム内を搬送される
ことができる。このような流れの推進力は、個々に又は
互いに様々な組合せとして提供することができる。
【００３６】図１は、本発明の典型的な装置１００を示
しており、この装置１００は、試料を注入するための入
口ポート１１０ａと、バッファ洗浄のための及び洗浄又
は装填時に排気するためのポート１１０ｂとを有してい
る。入口ポートは、分析領域を汚染することなく試料を
注入しかつ洗浄することができるように、様々な構成で
配置されていてよい。前記のように、試料ポートは漏斗
状であり、この場合、漏斗の広い端部がケーシングの外
側に面しており、狭い端部がケーシングの内側に面して
おり、これにより、閉鎖されたスライド内への液体の導
入を容易にする。
【００３７】装置は、一体的な廃棄物チャンバ４２０
と、装置内に配置された廃棄物チャンバへの入口ポート
４１０とを有していてよく、この場合、入口の内壁は、
布、フリース、吸取り材料等の吸着材料を廃棄物チャン
バ内に掴持するために切欠きが設けられている。吸着材
料は、排気流体を吸収し、廃棄物材料が分析領域１４０
へ逆流するのを妨げることができる。
【００３８】具体的には、流体システムを排気チャンバ
内のフリース又はその他の吸着材料と適切に連結するた
めに、廃棄物チャンバ入口のネックは、切欠きを有する
構造のゾーン４３０、有利には星形のゾーンを有してい
る。このような切欠きは、接続エレメントとして機能す
ることができ、この接続エレメントは、入口と吸着材料
との接触面積を増大させる。楔形の切欠きは、毛管力に
より初期的な吸着力を生ぜしめる。
【００３９】前記のように、出口ポート５２０は、疎水
性でかつ空気透過性の材料によって適切に被覆されてお
り、これにより、流体を逃がさないようにしながら空気
を装置から逃がすことができる。
【００４０】流体装置、特に、バイオアレイを用いるよ
うな微小の分析において使用する流体装置においては、
流体の流れを狭幅なチャネルから幅広の領域へ均一に分
散させる必要がある。しばしば、流体を、極めて種々異
なる断面を有する構造の間に、例えば進入チャネルと、
ハイブリダイゼーション領域又は反応チャンバとの間
に、分散させる必要がある。
【００４１】図２及び図３は、前記困難を解決するため
に本発明の流体搬送システムが、チャネルのバタフライ
構造１２０及びカスケード構造３１０を有していること
を示している。バタフライチャネルシステム及びカスケ
ードチャネルシステム又は両者の組合せにより以下のこ
とが可能となる： ・流体を均一なフィルムを形成するように均一に分散さ
せる ・反応チャンバ（例えばハイブリダイゼーションチャン
バ）において表面を均一に湿らせる ・流体が、分析及び／又は反応及び／又は検出及び／又
は指示領域内に、２つのプレート（蓋と基板プラットフ
ォームのベース）の間を均一な流れプロフィルで進入す
る ・後に（分析領域の後）液体を均一に狭める（再合流さ
せる）。
【００４２】バタフライ構造は、分岐の対称的なデルタ
（三角形）構造のチャネルシステム１２０であり、この
場合、断面積は一定である（分岐路の数が増加するに従
いチャネル深さが減少しかつチャネル幅が増大する）。
バタフライチャネルシステムは、木構造の広い端部にお
いてＶ字形の境界線によって開始及び／又は終了してい
る。
【００４３】一定の断面積は、一定の流量と、増大する
毛管力とを提供することができる。Ｖ字形のフロントラ
インは、スマイリング効果を排除することを助け、不均
一なチャネル深さにより、流体は均一な膜に分散するこ
とができ、これにより、分析領域内への流体の均一の流
れを達成し、スマイリング効果を減少させる。スマイリ
ング効果は、Ｖ字形によって逆の流れプロフィルを生ぜ
しめる（anti-smilingtree）。Ｖ字形のフロントライン
の中央における突端は、尖鋭であっても丸味を帯びてい
てもよい。分析領域等の領域を充填する場合に使用する
ことに加え、バタフライ構造は択一的に流体の流れを狭
めるために使用することもできる。
【００４４】本発明の有利な流体搬送システムは、同様
の構造の付加的なチャネルシステムをも有していてよ
く、この場合、三角形の頂点に向かって深さが増大した
（毛管力が減少した）段部（テラス）３１０を備えた三
角形の構造は、流体流れの均一の分散又は集束を可能に
する。カスケードは、種々異なる深さひいては種々異な
る毛管現象（毛管力）を備えた少なくとも２つの領域か
ら成っている。その結果、流れる流体は、次のテラスへ
上昇又は下降する前に完全に各ステップを充満する。カ
スケード状のテラスの縁部は、廃棄物チャンバへの入口
に関して本願において説明しているように、次のテラス
をより容易に濡らすために切欠きを有していてよい。
【００４５】前記のように、本発明の有利な流体搬送装
置は、流体マイクロ装置において流体を分散させること
に関する困難を解消するためにプリシュータ停止構造２
１０を有していてよい。流体が２つのプレート、例えば
流体装置の蓋とベースとの間の広いが極めて狭い領域に
進入するならば、液体は、縁部の角隅における毛管力が
より大きな領域のために、領域の中央よりも縁部におい
てより速く流れる傾向がある。「プリシュータ」は、液
体が縁部に沿って極めて速く流れると生じる。さらに、
「スマイリング効果」は、例えば分析領域における流れ
る流体のフロントラインが、均一でなくかつ定常なフロ
ントラインを欠落し、笑顔のように湾曲していることを
意味する。
【００４６】本発明の有利な装置は、１つ又は２つ以上
のプリシュータ停止構造２１０（図２参照）を有してお
り、このプリシュータ停止構造は、望ましくないプリシ
ュータの発生を回避し、均一な流体の前線を提供するこ
とができる。プリシュータ停止構造は、流れチャネルの
壁部に沿って位置決めされた不規則な形状の構造、有利
には三角形又は鋸歯状の構造であり、これにより、広く
平坦な領域（例えば分析領域）におけるプリシュータを
回避し、この領域内への及びこの領域を通る均一な液体
流を形成する。プリシュータ停止構造は、不連続部を介
して縁部に沿って毛管力を妨害する。臨界的な位置（例
えば、バタフライ構造の端部とハイブリダイゼーション
チャンバの開始部との間の境界のそれぞれの側）に１つ
のプリシュータ停止構造のみを配置することができる。
さらに、図２に示したように、領域（例えば分析領域１
４０）の境界に沿って２つ以上のプリシュータ停止構造
２１０を配置することもできる。プリシュータ停止構造
の機能は、歯（突起）の角度及び高さに依存する。なぜ
ならば、停止構造の高さが大きい程、妨害力が生じるか
らである。
【００４７】装置の付加的な構造は、装置における流体
の効率的な進入及び分散を達成するために使用されても
よい。図４に示したように、流体構造を流体で充填する
ために、「毛管被駆動試料入口チャンバ」１３０が有利
である。このチャンバは、装置にピペットで提供される
流体を入口ポートに初期的に保持することができる。こ
のチャンバから、装置に設けられた流体チャネルは、毛
管作用を維持するために所要の程度にまで液体で連続的
に充填されることを必要とする。このことは、試料入口
チャンバを使用することによって解決された。試料入口
チャンバは、少なくとも１つの鉛直方向の楔形の毛管切
欠き４４０を有しており、この毛管切欠き４４０はチャ
ンバの底部から上部にまで延びており、これにより流体
装置のチャネル４５０及び分析領域１４０を流体で連続
的に充填することができる。チャンバの内容物がチャネ
ルシステムを充填し、このチャネルシステムは鉛直方向
の切欠きの毛管力によって駆動される。毛管力は切欠き
の角度に応じて変化することができる。
【００４８】流体装置においては、処理中に流体を所定
の箇所で停止させかつ液体を所定の位置に所定の時間だ
け保持することが必要である。このような要求は、例え
ば、加熱又は冷却等の化学反応又は物理的処理中に生じ
る。加熱中には、流体の熱膨張を考慮しなければなら
ず、この熱膨張は、通常の毛管力よりも大きな力を生ぜ
しめる。
【００４９】このような要求に対処するために、本発明
の有利な流体搬送装置は、「毛管停止構造」５１０を有
している。毛管停止構造は、種々異なる毛管力を備えた
チャネルの移行区分から成っている。このようなエレメ
ントは、高い毛管力を備えた２つのチャネルの間におけ
る小さな毛管力のギャップから成っている。流体の流れ
は、第１のチャネルの終末において終了し、ギャップに
進入しない。
【００５０】毛管停止構造の有利な使用例は、例えば図
５に示したように廃棄物入口４１０の前におけるよう
な、２つの毛管停止構造５１０の組合せである。第１の
毛管停止構造は、装置の充填中に液体を停止させるのに
対し、第２の毛管停止構造は、分析又はアッセイ反応に
必要な加熱ステップ等の方法の間流体を停止させる。毛
管停止構造のこのような組合せは、流体の熱膨張の前及
び後に流体を停止させることができる。
【００５１】付加的な停止構造が、所望の領域、例えば
入口チャンバと洗浄バッファ入口との間に設けられてい
てもよい。この停止構造は、流体が充填チャンバから後
方へバッファ入口内へ流れることを防止する。
【００５２】毛管停止構造とは逆に、装置は、「反停
止」構造を有していても有利であり、この反停止構造
は、流体の分割と、分岐部を通る連続的な流れとを可能
にする。通常条件下では、Ｔ字形分岐部を使用して液体
流れを分割することは、チャネルの必然的な広がりのた
めに、不確実である（Ｔ字形分岐部は前記のように停止
構造のように働く）。したがって、流体は毛管力のギャ
ップに停止する。
【００５３】図２に示したような「反停止」構造２２０
の利点は基本的に、分岐部の形状、すなわちチャネルシ
ステムのＹ字形ブランチによって与えられる。不適切な
Ｔ字形分岐部とは対称的に、本発明は、湾曲したＶ字形
の分岐部（Ｖ字形構造）を提供し、この場合、Ｖ字の先
端が入口（ソース流体流れチャネル）内へ深く食い込ん
でいる。Ｖ字の先端は、分岐部の内側の三角形の尖鋭な
構造であることができる。Ｖ字の先端が流体源内へ食い
込んでいる（ひいてはＹ字形構造を形成している）の
で、毛管力は従来のＴ字形分岐部のように妨害されず、
流体は流れ続ける。
【００５４】図６Ａは、微細構造装置を示しており、こ
の微細構造装置は、充填チャンバ７１４への入口に設け
られた入口ポートと、充填チャンバ７１４の出口と分析
区分のチャネルへの入口とに接続した毛管７１７と、２
つの微細チャネルの間に設けられたチャネル９１３と、
切欠きを備えた廃棄物チャンバ入口９１６とを有してい
る。
【００５５】図６Ｂは、図６Ａの配置とは異なる択一的
な適切なフォーマットでエレメントの配列を備えた微細
構造装置を示している。
【００５６】図６Ｃは、Ａ−Ａ線に沿って見た図６Ａの
装置の断面図を示している。
【００５７】図７は、有利な典型的な充填区分を示して
いる。ピペットの先端部を取り上げるように設計された
漏斗状の入口ポート７１１は、底部チャネル７１２と鉛
直方向チャネル７１３とを介して充填チャネル７１４の
一端に接続されている。充填チャンバの底部には、充填
チャンバの全長に亘って延びたＶ字形の溝が設けられて
いる。充填チャンバから接続毛管７１７への移行箇所に
は毛管段部７１６が設けられている。
【００５８】図７Ａに示されたエレメントは、プラット
フォーム７２１上に配置されている。このプラットフォ
ームの上側は、カバープレート７２２によって被覆され
ており、カバープレート７２２は、入口ポートと排気口
とを除いて、上面及びこの上面に配置された全てのエレ
メントを被覆している。
【００５９】底部チャネル７１２は、プラットフォーム
７２１の底面に設けられたカバープレート７３１によっ
て被覆されている。
【００６０】図８は、分析区分のチャネル８１１の一部
を示しており、分析区分の入口は毛管７１７を介して充
填区分に接続されている。毛管７１７からチャネル８１
１への移行箇所には毛管段部８１２が設けられている。
【００６１】湾曲部８１３におけるチャネル８１１の幅
は、チャネル８１１の直線的な部分の幅よりも小さい。
【００６２】図９は、分析区分の下流に位置決めされた
有利な典型的な毛管停止構造を示している。比較的幅広
の接続毛管９１１は、狭幅なオリフィスを有する短い微
細チャネル９１２へ変化しており、この微細チャネル９
１２の後には、幅広のチャンバ９１３と、別の短い微細
チャネル９１４と、廃棄物出口チャネルとして使用され
る比較的幅広の接続毛管９１５とが続いている。接続毛
管９１５は、入口９１６を介して廃棄物チャンバ（図示
せず）に接続することができる。廃棄物チャンバ入口は
切欠き９１７を有することができる。廃棄物チャンバ入
口は、プラットフォーム７２１の一体的な中空の空間で
あることができる。
【００６３】エレメント９１２、９１３及び９１４は、
流れ制限部若しくは「流れゲート」及び流体をゲートす
るための毛管停止構造として働くことができる。これら
のエレメントは、微細チャネル９１２及び９１４の横断
面が減じられていることにより及びこれらの微細チャネ
ルの間の幅広のチャンバ９１３の比較的大きな容積とに
より、接続毛管９１１と接続毛管９１５との間に設けら
れた拡散バリヤとして作用することもできる。
【００６４】これに対して、エレメント９１２、９１３
及び９１４を充填区分の末端に位置決めすることができ
る。この場合、図９の接続毛管９１５は、図８の接続毛
管９１７に相当し、図９の接続毛管９１１は、図７Ａの
充填チャネル７１４の一端に接続される。したがって、
充填区分から分析区分への流体の流入が制限され、分析
区分に存在する流体との充填区分からの残りの流体の
「クロストーク」が減じられる。
【００６５】幅広のチャンバ９１３は、流体のための蒸
発チャンバとして働くことができる。このことは、例え
ば大きな温度変化が生じる標準的なハイブリダイゼーシ
ョンプロトコルが行われる場合に特に重要である。標準
的な分子生物学からの例は、ポリメラーゼ連鎖反応等の
核酸の複製のためのサーモサイクリングプロセスの使用
であり、この場合、ハイブリダイゼーション処理中に２
５〜９０℃の温度変化が加えられる。
【００６６】図１及び図６に示された本発明による装置
の典型的な寸法は：幅 約２５ｍｍ、長さ 約７５ｍ
ｍ、厚さ 約２ｍｍである。図６に示したチャネル８１
１の典型的な寸法は、幅 約３ｍｍ、高さ 約５０μｍ
である。図１の分析領域１４０におけるチャネルの典型
的な寸法は、幅 約２０ｍｍ及び高さ 約７５μｍであ
る。
【００６７】本発明を有利な実施例を引用して詳細に説
明した。しかしながら、当業者は、この開示を考慮する
ことによって、発明の思想及び範囲内で修正及び改良を
行っていよいことが認められる。
【図面の簡単な説明】
【図１】分析のために使用する典型的な微細構造装置を
示す上面図である。
【図２】典型的なバタフライ構造１２０と、プリシュー
タ停止構造２１０と、分岐流過構造２２０とを示す図で
ある。
【図３】種々異なる深さのテラス３１０と切欠き３２０
とを備えた典型的なカスケード構造を示す図である。
【図４Ａ】毛管被駆動試料入口チャンバ１３０と廃棄物
チャンバ入口４１０とを示す底面図である。
【図４Ｂ】毛管被駆動試料入口チャンバ１３０と廃棄物
チャンバ入口４１０とを示す縦断面図である。
【図４Ｃ】毛管被駆動試料入口チャンバ１３０と廃棄物
チャンバ入口４１０とを示す上面図である。
【図５Ａ】廃棄物チャンバ入口４１０の前における典型
的な毛管停止構造システム５１０と、疎水性の孔５２０
とを示す底面図である。
【図５Ｂ】廃棄物チャンバ入口４１０の前における典型
的な毛管停止構造システム５１０と、疎水性の孔５２０
とを示す縦断面図である。
【図５Ｃ】廃棄物チャンバ入口４１０の前における典型
的な毛管停止構造システム５１０と、疎水性の孔５２０
とを示す上面図である。
【図６Ａ】充填区分６１０と、分析区分６２０と、廃棄
区分６３０とを有する典型的な微細構造の装置を示す上
面図である。
【図６Ｂ】典型的な微細構造の装置を示す図である。
【図６Ｃ】図６Ａに示した装置の断面図である。
【図７Ａ】典型的な充填区分の詳細を示す上面図であ
る。
【図７Ｂ】図７ＡのＢ−Ｂ線に沿って見た充填チャンバ
の断面図である。
【図７Ｃ】図７ＡのＣ−Ｃ線に沿って見た充填チャンバ
の断面図である。
【図８】分析区分の一部の詳細を示す上面図である。
【図９】典型的な廃棄区分の前に設けられた典型的な毛
管停止構造の詳細を示す上面図である。
【符号の説明】
１００ 装置、 １１０ａ 入口ポート、 １１０ｂ
入口ポート、 １２０バタフライ構造、 １３０ 毛管
試料入口チャンバ、 １４０ 分析領域、２１０ プリ
シュータ停止構造、 ２２０ 分岐流過構造、 ３１０
カスケード構造、 ３２０ 切欠き、 ４１０ 廃棄
物チャンバ入口、 ４２０ 廃棄物チャンバ、 ４３０
切欠き構造ゾーン、 ４４０ 毛管切欠き、 ４５０
チャネル、 ５１０ 毛管停止構造、 ５２０ 出口
ポート、 ６１０ 充填区分、 ６２０ 分析区分、
６３０ 廃棄物区分、 ７１１ 入口ポート、 ７１２
底部チャネル、 ７１３ 鉛直チャネル、 ７１４
充填チャネル、 ７１６ 毛管段部、 ７１７ 毛管、
７２１ プラットフォーム、 ７２２ カバープレー
ト、 ７３１ カバープレート、 ８１１ チャネル、
８１２ 毛管段部、 ８１３ 湾曲部、 ９１１ 毛
管、 ９１２ 微小チャネル、 ９１３チャンバ、 ９
１４ 微小チャネル、 ９１５ 毛管、 ９１６ 入
口、 ９１７ 切欠き
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ホルガー バルトス ドイツ連邦共和国 ドルトムント クライ ネ シュヴェルター シュトラーセ 27ア ー (72)発明者 ラルフ−ペーター ペータース ドイツ連邦共和国 ベルギッシュ−グラー トバッハ ツム ヴァッシュバッハ 23 アー (72)発明者 クリスティアン シェーン ドイツ連邦共和国 ドルトムント コッベ ンデレ 21 (72)発明者 ディルク オスターロー ドイツ連邦共和国 ウンナ アム カスタ ーニエンホーフ 72 ベー (72)発明者 ゲルト ブランケンシュタイン ドイツ連邦共和国 ドルトムント アム クナッペンベルク 79 Ｆターム(参考） 2G058 AA01 AA09 DA07 EC01 FB01 4B029 AA07 AA23 BB20 FA15 4G068 AA03 AB15 AC17 AC20 AD19 AD47 AE03 AF31

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 流体の分析及びその他の用途のための装
    置において、 少なくとも充填区分と、分析区分と、チャネルのシステ
    ムとが設けられており、前記区分が、微細構造であり、
    かつ前記微細構造の区分及びチャネルのシステムを通る
    流体の制御された搬送のための少なくとも１つの流体構
    造を有していることを特徴とする、流体の分析及びその
    他の用途のための装置。
  2. 【請求項２】 前記流体構造が、バタフライ構造、カス
    ケード構造、分岐流過構造、プリシュータ停止構造及び
    毛管流れ停止構造のグループのうちの少なくとも１つの
    構造から成っている、請求項１記載の装置。
  3. 【請求項３】 第１の単一の流れチャネルが設けられて
    おり、該第１の単一の流れチャネルが、２つの別個の流
    れチャネルへの分岐する流路を提供しており、この場
    合、２つの別個の流れチャネルと、第１の単一の流れチ
    ャネルとが、実質的にＹ字形を形成しており、前記チャ
    ネルがさらに対称的なデルタに分岐しており、この場
    合、第１の単一の流れチャネルの断面積と、別個の流れ
    チャネルの合計の断面積とが、実質的に同じである、請
    求項１記載の装置。
  4. 【請求項４】 前記チャネルシステムが、前記デルタの
    広い方の端部においてＶ字形の境界で終わっている、請
    求項３記載の装置。
  5. 【請求項５】 三角形の構造から成るチャネルが設けら
    れており、前記三角形の構造が、２つ又は３つ以上の段
    部若しくはテラスを有しており、これらの段部若しくは
    テラスが、該三角形の構造が拡開するに従い深さが減少
    し、これにより毛管力を減少させ、流体流れの均一な広
    がり又は再収集を可能にしている、請求項１記載の装
    置。
  6. 【請求項６】 前記段部若しくはテラスの縁部が、切欠
    きが形成されたゾーンから成っている、請求項３記載の
    装置。
  7. 【請求項７】 前記チャネルの壁部が、１つ又は２つ以
    上のプリシュータ停止構造を有しており、該プリシュー
    タ停止構造が、毛管力を減衰させかつ均一な流体流れを
    促進し、前記プリシュータ停止構造が、不規則な形状の
    構造、有利には三角形又は鋸歯状の構造から成ってい
    る、請求項１記載の装置。
  8. 【請求項８】 前記プリシュータ停止構造が、約１〜約
    １２０゜の角度を有している、請求項７記載の装置。
  9. 【請求項９】 前記プリシュータ停止構造が、約１μｍ
    〜約３ｍｍの高さを有している、請求項７記載の装置。
  10. 【請求項１０】 前記充填区分が、試料入口チャンバか
    ら成っており、該試料入口チャンバが、少なくとも１つ
    の鉛直方向の楔形の毛管切欠きを有しており、該毛管切
    欠きが、チャンバの底部からチャンバの上部にまで延び
    ており、この上部において、切欠きが流体流れチャネル
    に接続されており、前記試料入口チャンバが、毛管作用
    によって駆動される流体流れチャネルを充填するように
    なっている、請求項１記載の装置。
  11. 【請求項１１】 前記毛管切欠きが、約１〜約１５０゜
    の角度を有している、請求項１０記載の装置。
  12. 【請求項１２】 １つ又は２つ以上の流れ中断チャネル
    が設けられており、該流れ中断チャネルが、より高い毛
    管力を有する第１及び第２の流体流れチャネルの間に設
    けられた、低い毛管力のチャネル又は空間から成ってお
    り、流体の流れが、第１の流体流れチャネルの端部にお
    いて停止するようになっている、請求項１記載の装置。
  13. 【請求項１３】 前記チャネルが、ソース流体流れチャ
    ネルから分岐した１つ又は２つ以上の分岐部から成って
    おり、該各分岐部が、湾曲したＶ字形の構造から成る分
    岐流過構造から成っており、前記Ｖ字形構造の先端がソ
    ース流体流れチャネル内へ食い込んでおり、これにより
    連続的な毛管力を維持するようになっている、請求項１
    記載の装置。
  14. 【請求項１４】 付加的に、前記分析区分から流出する
    流体を収集するための廃棄物区分が設けられて、該廃棄
    物区分が、プラットフォームの一体的部分を形成してお
    りかつチャネルの上部に配置された排気口を有してい
    る、請求項１記載の装置。
  15. 【請求項１５】 前記廃棄物区分が、廃棄物チャンバか
    ら成っており、該廃棄物チャンバの入口が、１つ又は２
    つ以上の切欠き構造ゾーンを備えたネックから成ってい
    る、請求項１４記載の装置。
  16. 【請求項１６】 前記切欠き構造ゾーンに吸着材が固定
    されており、該吸着材が有利にはフリースである、請求
    項１５記載の装置。
  17. 【請求項１７】 前記排気口が、空気透過性の流体バリ
    ヤ材料で塞がれている、請求項１４記載の装置。
  18. 【請求項１８】 排気口上のキャップが、疎水性材料か
    ら形成されている、請求項１７記載の装置。
  19. 【請求項１９】 前記排気口が、装置内の流体から気泡
    を分離することができるように位置決めされている、請
    求項１４記載の装置。
  20. 【請求項２０】 請求項２から１９までのいずれか１項
    記載の２つ又は３つ以上の特徴の組合せである、請求項
    １記載の装置。
JP2001328081A 2000-10-25 2001-10-25 流体の分析及び流体の制御された搬送のための装置 Expired - Lifetime JP4142280B2 (ja)

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