マイクロ流体システムにおける流体混合および輸送
明細書は、通常マイクロ流体システムにおいて流体を混合し輸送するためのシステムおよび方法を開示する。所定の実施例において、流体は、１つ以上の化学的反応または生体反応に関与することができる試薬を含む。いくつかの実施例は、制御可能に流れ、且つ／またはマイクロ流体システム内の流体の部分を混合するために１つ以上の通気弁を使用するシステムおよび方法に関する。好適に、流体の流れの順序および流速の変化のうち少なくともいずれか一方のような流体の制御は、１つ以上の通気弁を開閉することにより、および略定圧にて操作される流体流（例えば真空）の単一の源の付与により行われ得る。これにより、意図した使用者による装置の操作および使用を単純化することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
マイクロ流体システムにおいて流体を混合し輸送するためのシステムおよび方法が開示される。所定の例において、流体は、１つ以上の化学的反応または生体反応に関与することができる試薬を含む。
【背景技術】
【０００２】
流体の処理は化学、微生物学および生化学のような分野において重要な役割を果たす。これらの流体は液体や気体を含み、化学的または生物学的工程に、試薬、溶媒、反応物あるいは洗い流し液を供給する。マイクロ流体の分析のような様々なマイクロ流体の方法および装置により、低コストで高感度且つ正確なプラットフォームが得られるが、複数の流体の混合、サンプル導入、試薬の導入、試薬の収容、流体の分離、廃棄物の収集、オフチップ分析のための流体の抽出、および１つのチップから次のチップへの流体の移動のような流体の操作により、コストおよび複雑さが更に増大する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従って、マイクロ流体システムにおいてコストを低減し、使用を単純化し、且つ／または流体の操作を改善することのできる分野における進歩が好適であろう。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
マイクロ流体システムにおいて流体を混合し輸送するためのシステムおよび方法が開示される。本発明の主題は、所定の例において、相互に関係する製品、所定の課題の代替解決策、および／または１つ以上のシステムおよび／または物の複数の異なる用途を含む。
【０００５】
一組の実施例において、一連の方法が提供される。一実施例において、方法は、主チャネル、第１の流体を含む第１の分岐チャネル、第２の流体を含む第２の分岐チャネル、第１の分岐チャネルの一部と主チャネルの一部との間に配置される通気弁を含む装置を提供する工程を含み、第１の分岐チャネルおよび第２の分岐チャネルは、交差部にて連通し、且つ主チャネルに連通する。方法は、通気弁を始動させる工程と、交差部に第１の流体および第２の流体を略同時に流れ込ませる工程と、混合流体を形成するために第１の流体および第２流体の少なくとも一部を混合する工程とを含む。
【０００６】
別例において、方法は、第１の流体を含む上流チャネル部、第１の流体とは異なる第２の流体を含む下流チャネル部、および上流チャネル部と下流チャネル部との間に配置される通気弁を含む装置を提供する工程を含む。第１のチャネル部および第２のチャネル部は、相互に連通するが、第２の流体は、第１の流体を実質的に流すことなくチャネル部を下流に流れる。方法は、第１の流体を流した後に、第２の流体を上流チャネル部から下流チャネル部に流す工程を更に含む。
【０００７】
別の組の実施例において、一連の装置が提供される。一実施例において、装置は入口、出口、入口と連通する上流チャネル部、出口と連通する下流チャネル部、および下流チャネル部と上流チャネル部との間に配置される通気弁を備える。第１の流体は、上流チャネル部および下流チャネル部の少なくとも一方に収容され、装置は、初めて使用されるに先立って少なくとも１時間にわたって第１の流体を装置に収容するようにシールされ構成される。
【０００８】
別例において、装置は、入口、出口、入口と出口との間の主チャネル、入口と出口との間の主チャネルに沿って直列に配置される第１の通気弁および第２の通気弁を含む。
本発明の他の効果および新規な特徴は、本発明を制限するものではない様々な実施例の後述の詳細な開示から、添付の図面と組み合わせて考慮することにより、明らかになるであろう。本明細書およびここに開示される文献が、矛盾し且つ／または一貫しない開示を含む場合は、本明細書の記載が優先するものとする。ここに開示される２つ以上の文献が相互に矛盾し且つ／または一貫しない開示を含む場合は、後の発効日を有する文献の記載が優先するものとする。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】一組の実施例による複数の通気弁を含む装置を示す概略図。
【図２Ａ】一組の実施例によるここに開示される装置において使用可能な通気弁を示す断面図。
【図２Ｂ】一組の実施例によるここに開示される装置において使用可能な通気弁を示す断面図。
【図２Ｃ】一組の実施例によるここに開示される装置において使用可能な通気弁を示す断面図。
【図２Ｄ】一組の実施例によるここに開示される装置において使用可能な通気弁を示す断面図。
【図２Ｅ】一組の実施例によるここに開示される装置において使用可能な通気弁を示す断面図。
【図２Ｆ】一組の実施例によるここに開示される装置において使用可能な通気弁を示す断面図。
【図３Ａ】一組の実施例による１つ以上の通気弁を含むチャネルの例示的な概略図。
【図３Ｂ】一組の実施例による１つ以上の通気弁を含むチャネルの例示的な概略図。
【図３Ｃ】一組の実施例による１つ以上の通気弁を含むチャネルの例示的な概略図。
【図３Ｄ】一組の実施例による１つ以上の通気弁を含むチャネルの例示的な概略図。
【図４Ａ】一組の実施例による分岐チャネルを示す概略図。
【図４Ｂ】一組の実施例による分岐チャネルを示す概略図。
【図４Ｃ】一組の実施例による分岐チャネルを示す概略図。
【図４Ｄ】一組の実施例による分岐チャネルを示す概略図。
【図４Ｅ】一組の実施例による分岐チャネルを示す概略図。
【図４Ｆ】一組の実施例による分岐チャネルを示す概略図。
【図４Ｇ】一組の実施例による分岐チャネルを示す概略図。
【図４Ｈ】一組の実施例による分岐チャネルを示す概略図。
【図４Ｉ】一組の実施例による分岐チャネルを示す概略図。
【図５Ａ】一組の実施例による装置のチャネルの流体プラグを示す概略図。
【図５Ｂ】一組の実施例による装置のチャネルの流体プラグを示す概略図。
【図６Ａ】一組の実施例による装置のチャネルの流体プラグの様々な構成を示す例示的な概略図。
【図６Ｂ】一組の実施例による装置のチャネルの流体プラグの様々な構成を示す例示的な概略図。
【図６Ｃ】一組の実施例による装置のチャネルの流体プラグの様々な構成を示す例示的な概略図。
【図７】一組の実施例による複数の検知領域を含む装置を示す例示的な概略図。
【図８】時間の関数として一組の実施例による混合流体の蓄積量を示すプロット。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の実施例は、概略図であって正確な寸法に描かれるものではない添付の図面を参照して例示により開示されるが、これらの実施例に限定されるものではない。図において、図示の同一または略同一の要素はそれぞれ、単一の参照符号によって通常示される。明瞭にすべく、全図において全ての要素に符号が付されているとは限らず、図示が当業者に本発明を理解させる上で必要ない場合には、本発明の各実施例の全ての要素が示されるものではない。
【００１１】
マイクロ流体システムにおいて流体を混合し輸送するためのシステムおよび方法が開示される。所定の例において、流体は、１つ以上の化学的反応や生体反応に関与する試薬を含む。いくつかの実施例は、マイクロ流体システムにおいて流体の部分を制御可能に流し、且つ／または混合するために１つ以上の通気弁を使用するシステムおよび方法に関する。通気弁は、例えば、流体が配置されるマイクロ流体チャネルに連通するポートを含み、ポート開口部を覆うようにシールを位置決めすることにより、あるいはシールをポート開口部から取り払うことにより始動される。所定の実施例において、シールは、ポートと連通するチューブに処理的に関連する機械弁のような弁機構を含む。通常、通気弁を開放することにより、ポートを通気孔として機能させることができる。ポートが、通気孔として機能する場合に、通気弁の一方の側に配置される流体は流れるが、第１の流体に対して通気弁の反対側に配置される流体は静止した状態を保持する。弁が閉鎖される場合に、ポートは通気孔としては機能しないため、通気弁の両側に配置される流体は、システムを通って出口に向かって流れる。好適に、流体の流れの順序および流速の変化のうち少なくともいずれか一方のような流体の制御は、１つ以上の通気弁を開閉し、略定圧にて操作される流体流の１つの源（例えば真空）を付与することによって行われ得る。これにより、意図した使用者による装置の操作および使用を単純化することができる。
【００１２】
マイクロ流体システムにおける流体の移動を制御するように通気弁を始動することができる。例えば、流体は、チャネルに連続して収容可能であり、チャネルに沿って配置される通気弁を閉鎖した後に、流体はチャネル出口に向かって連続して流れる。所定の場合に、流体は個別の交差するチャネルに収容され、通気弁を閉鎖した後に、流体は交差部の地点に向かって一体的に流れる。この組の実施例は、例えば、流体が一体的に流れるときに制御可能に流体を混合することに使用することができる。輸送のタイミングおよび輸送される流体の量は、例えば通気弁始動のタイミングによって制御することができる。
【００１３】
好適に、ここに開示される通気弁は、先行技術における所定の弁により生じるであろう操作するマイクロ流体チャネルの断面の収縮を伴うことなく操作することができる。そのような操作モードは、弁を横断して漏れが生じるのを防止することに好適である。更に、通気弁を使用することができるので、ここに開示される所定のシステムおよび方法は、例えば高コスト、組立ての複雑さ、脆弱性、混合気体および液体システムと相溶性の制限、および／またはマイクロ流体システムの低信頼性による課題を生じ得る所定の内部弁を使用することを要求するものではない。通気弁のような外部弁を使用することによって、マクロの規模（マイクロの規模ではなく）の機械的な特徴が利用され、これは通常組立が高価でなく、操作においてより堅固である。付加的に、ここに開示される外部弁は、異種混合の流体（例えば気体および液体の組み合わせ）、並びに泡、小滴および／または粒子を含む流体と組み合わされて好適に機能する。
【００１４】
所定の実施例において、ここに開示されるシステムにおいて使用される流体は、システム自体の内部に収容される。外部弁は試薬輸送のタイミングを制御するが、液体試薬の注入は、上述した所定のシステムを操作することに要求されるものではない。流体源への外部接続を形成することなくシステムを操作する性能により、操作を非常に単純化することができる。
【００１５】
ここに開示される物とシステムは低コストにて形成可能であり、所定の場合に、使い捨てであってもよい。付加的に、いくつかの実施例において、ここに開示される物とシステムは、機械的特徴が複雑ではないため迅速に形成可能である。これらの効果により、多数の化学的および生物学的システム（例えば生物活性実験）に好適な広い範囲の構成を実験し、実施することができる。他の効果はより詳細に以下に開示される。
【００１６】
ここに開示されるシステムおよび方法は、様々な分野に応用可能である。所定の場合に、システムおよび方法は、例えば特にマイクロ流体ポイントオブケア診断、マイクロ流体ラボ化学分析システム、細胞培養や生物反応槽における流体制御システムのような様々なマイクロ流体システムにおける流体流および混合を制御することに使用することができる。ここに開示される物、システム、および方法は、低コストで堅固且つ使い捨て可能なマイクロ流体装置が要求される所定の場合に、特に好適である。ここに開示される流体の制御は、任意の好適な化学的反応および生体反応のうち少なくともいずれか一方を行うために使用されてもよい。特定の例として、ここに開示される流体の制御は、例において後述する銀溶液分析のような不安定な反応先駆体を使用する抗体分析における試薬輸送を制御することに使用される。
【００１７】
ここに開示される物、要素、システム、および方法は、２００４年１２月２０日に出願され、発明の名称が「Ａｓｓａｙ Ｄｅｖｉｃｅ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ」である国際公開第ＷＯ２００５／０６６６１３号明細書（国際出願公開第ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０４３５８５号明細書）、２００５年１月２６日に出願され、発明の名称が「Ｆｌｕｉｄ Ｄｅｌｉｖｅｒｙ Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ」である国際公開第ＷＯ２００５／０７２８５８号明細書（国際特許出願公開第ＰＣＴ／ＵＳ２００５／００３５１４号明細書）、２００６年４月１９日に出願され、発明の名称が「Ｆｌｕｉｄｉｃ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ Ｍｅａｎｄｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｗｉｄｅ Ｃｈａｎｎｅｌｓ」である国際公開第ＷＯ２００６／１１３７２７号明細書（国際特許出願公開第ＰＣＴ／ＵＳ０６／１４５８３号明細書）、２００８年５月１日に出願され、発明の名称が「Ｆｌｕｉｄｉｃ Ｃｏｎｎｅｃｔｏｒｓ ａｎｄ Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ Ｓｙｓｔｅｍｓ」である米国特許出願公開第１２／１１３，５０３号明細書、２００８年８月２２日に出願され、発明の名称が「Ｌｉｑｕｉｄ ｃｏｎｔａｉｎｍｅｎｔ ｆｏｒ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ａｓｓａｙｓ」である米国特許出願公開第１２／１９６，３９２号明細書、２００９年４月２２日に出願され、発明の名称が「Ｆｌｏｗ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｎ Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ Ｓｙｓｔｅｍｓ」である米国特許出願公開第１２／４２８，３７２号明細書、２００８年１２月１８日に出願され、発明の名称が「Ｒｅａｇｅｎｔ Ｓｔｏｒａｇｅ ｉｎ Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ａｒｔｉｃｌｅｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ」である米国特許出願公開第６１／１３８，７２６号明細書、２００９年２月２日に出願され、発明の名称が「Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｆｏｒ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ Ｌｉｇｈｔ Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ ｗｉｔｈ Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ Ｄｅｖｉｃｅｓ」である米国特許出願公開第６１／１４９，２５３号明細書と組み合わされてもよい。これらの明細書は、その全体がここに開示されたものとする。
【００１８】
通気弁および他の要素を含む一連の例示的な装置が以下に開示される。
図１は、一組の実施例による、１つ以上の通気弁および１つ以上の流体を含む装置の例示的な概要図である。図１に示す実施例において、装置１０は、入口１４、出口１５、上流部１６、および下流部１８を含むチャネル１２を備える。チャネルは、上流チャネル部および下流チャネル部の少なくとも１つに第１の流体２０のような流体を更に含む。チャネルは、第１の流体に付加的に、あるいは第１の流体に代えて、第２の流体２２を更に含んでもよい。複数の流体が収容される実施例において、これらの複数の流体は、１つ以上の混合不能な分離する流体プラグ（例えば気体（例、空気）や油のような分離流体）によって相互に分離することができる。いくつかの実例において、装置（任意の入口、出口および通気弁を含む）は、意図される使用者により初めて使用されるに先立って装置に流体（例、流体２０および２２のいずれかまたは両者）を収容するように、シールされ、構成される。
【００１９】
図１に示すように、第１の流体２０および第２の流体２２は、相互に直接的に接触しない。例えば、チャネル内の第１の流体および第２の流体は、第１の流体および第２の流体の両者と混合不能な第３の流体２１によって分離される。一組の実施例において、流体２０および２２はいずれも、例えばそれらの間に配置される気体のプラグによって分離される液体であってもよい。別例において、流体２０および２２は両方の液体と混合不能な第３の液体によって分離される液体である。２以上の流体が使用される場合に、気体と液体の任意の好適な組み合わせがチャネル内の流体の複数の部分を分離するために使用されてもよい。
【００２０】
装置１０は、下流チャネル部と上流のチャネル部との間に配置される通気弁２４を更に含む。ここに使用されるように、「通気弁」は、チャネルと連通するポートを含む弁、およびポートを開閉するために操作可能な機構を示し、通気弁はチャネル内部に対する外部の環境にチャネル内部を暴露するか、外部の環境からチャネル内部をシールする。例示的な外部の環境は、例えば、周囲の環境（例えば空気）、および流体（例えば加圧された気体または加圧されない気体）を含むタンクを含む。
【００２１】
図２Ａ乃至図２Ｆは、通気弁の例示的な断面図である。図２Ａおよび図２Ｂに示す実施例の組において、通気弁２４Ａはチャネル１２に隣接して配置される。通気弁はチャネルと連通するポート２６Ａを含む。付加的に、通気弁は、アクチュエータ３０Ａによって移動可能なシール２８Ａ（例えばカバー）を含む。図２Ａにおいて、通気弁は、チャネル１２がポート２６Ａを介して周囲の環境３２に暴露されるように開放される。図２Ｂにおいて、通気弁は、チャネル１２がシール２８Ａによって周囲の環境３２から隔離されるように閉鎖される。図２Ｃおよび図２Ｄの実施例に示すように、通気弁２４Ｂは、ポート２６Ｂの開口部を閉鎖することができるプラグの形態のシール２８Ｂを含む。シール２８Ｂはいくつかの実施例において変形可能である。
【００２２】
図２Ｅおよび図２Ｆの実施例に示すように、通気弁２４Ｃは、流体を流すチャネル（例えばマイクロ流体チャネル）を形成するチューブ３３と処理的に関連する弁機構３１を含む。チューブは、マイクロ流体基板（例えば外側表面２７）に対して押圧されると気密なシールを形成するプレート３５に取り付けられる。シールは、圧縮したガスケットやＯリング３７、あるいはより詳細に後述する他の任意の好適な要素を使用して形成されてもよい。これに代えて、チューブはポートへ圧入されてもよい。図２Ｅおよび図２Ｆに示すように、弁はポート２６Ｃと連通する。弁は弁機構３１を始動させることにより開閉される。例えば、図２Ｅに示すように、弁が開放されると、チューブ３３内の流体は、自由に弁機構を横断して流れる。上記実施例、および別例において、チャネル１２は、チューブの他端にて環境３９に暴露され、連通する。例えば、図２Ｆに示すように、弁が閉鎖されると、チューブ３３内の流体は、弁機構を横断してもはや流れないため、チャネル１２は、チューブの他端にて環境３９と隔離され、連通しなくなる。環境３９は、周囲の環境（例えば、チューブが空気に開放される）と、流体（例えば圧縮空気や窒素のような気体）を含むタンクとを含む任意の好適な環境であるものといえる。
【００２３】
当業者は、好適な所定の応用に使用される始動機構およびシールのうち少なくともいずれか一方を選択することができるであろう。チューブや通気弁の他の任意の好適な要素に処理的に関係する弁機構の例は、ダイアフラム弁、ボール弁、ゲート弁、蝶形弁、玉形弁、ニードル弁、ピンチ弁、ポペット弁あるいはピンチ弁を含むが、これらに限定されるものではない。ソレノイド、モータを含む任意の好適な手段により、手動により、あるいは水圧や空圧により、弁機構は始動されてもよい。付加的に、任意の好適なシールが使用可能である。いくつかの実施例において、シールは、所定の場合にシステム内の１つ以上の流体と混合しても化学反応を生じないように選択されるゴムや他のエラストマ材料を含む。好適なシール材料は、天然ゴム、熱可塑性物質、合成ゴム（例えばフッ素重合体、ネオプレン、ニトリル、シリコン、フルオロシリコン（ｆｌｕｏｒｏｓｉｌｉｃｏｎｅ）等）、あるいはこれらの組み合わせを含むが、これらに限定されるものではない。シールは、いくつかの実施例において通気弁の表面に貼り付けられるか、表面に一体的に形成される。
【００２４】
所定の場合に、シールは、装置の表面の対応する切り欠きに係合するように設計される通気弁の表面のリップ部（図示しない）を含み（逆もまたしかり）、これにより通気弁が閉鎖位置にあるときに、シールを形成するためにリップ部が切り欠きに係合する。所定の場合に、１つ以上の通気弁が、電子的に始動される。例えば、いくつかの実施例において、センサは、システム内にて決定された信号に応じて通気弁を開閉可能なアクチュエータおよびマイクロプロセッサのうち少なくともいずれか一方と作用する関係にある。所定の場合に、例えばマイクロプロセッサによって実行される予め定義したプログラムによって命令されるタイミングに基づいて、通気弁は電気的に始動されてもよい。ここに開示される任意の好適な制御システムおよび技術は、潜在的に他の制御システムと組み合わせて設けられてもよく、これらの他のシステムは、特に他の、あるいは付加的な機能を有することが開示されるものではない。
【００２５】
通気弁は、所定の場合に、ポートがマイクロ流体チャネルの少なくとも一部に（例えば覆うように）隣接するように配置される。図２Ａおよび図２Ｂに示すように、例えば、いくつかの実施例において、ポートはチャネルが形成される装置の外側表面２７にチャネル内部を接続する開口部を含む。図２Ａおよび図２Ｂは、外側表面２７に直接隣接するポートの開口部を示すが、図２Ｃおよび図２Ｄに示す別例において、ポートの開口部は、介在するチャネル２９によってチャネル内部に接続されてもよい。いくつかの実施例において、チャネルは物に形成され、ポートは物の平面から実質的に退出する方向に延びるように形成される。例えば、いくつかの実施例において、ポートは、チャネルが形成される基板の天面にドリルにより穴を空けることにより形成されてもよい。別例において、例えば、例１に示すように、ポートは型枠の空洞に配置されるピンを使用して射出成形によって形成される基板にモールド成型されてもよい。
【００２６】
通気弁はチャネルシステム内の流体の移動を制御するために使用することができる。図１を参照すると、真空が出口９２に（出口１５を閉鎖した状態で、あるいは出口９２を閉鎖した状態で出口１５に）付与され、これにより、流体２２を出口に向かって矢印５２の方向に引くことができる。通気弁２４が開放されているときに、環境外部からチャネル内部までの流体は通気弁を通して、チャネル内に引くことができる。例えば、外部環境における流体が周囲空気である場合に、空気は通気弁の開放時にチャネル内部に進入する。
【００２７】
所定の場合に、外部環境からのこの流体は、チャネルシステム内の流体と混合される。例えば、通気弁２４に配置される流体２１が気体である実施例において、チャネルに進入する周囲空気は、流体２１と混合される。通気弁のポートが周囲空気と連通する場合のような所定の場合に、流体２１や流体２０に隣接する任意の他の流れに対する抵抗は、流体２０の流れ自体に対する抵抗より小さく、そのような場合、真空源が流体２０の下流に適用されても、流体２０は略静止した状態を保持する。これにより、流体２０を実質的に流すことなくチャネルの下流部を通して流体２２を流すことができる。通気弁２４が閉鎖している場合に、周囲空気は、通気弁を通してチャネルに引くことができず、流体２０は矢印５２の方向にチャネル１２を通して輸送される。
【００２８】
いくつかの実施例において、ここに開示される装置は複数の通気弁を備える。装置は、例えば、主チャネルの入口と出口との間に主チャネルに沿って直列に配置される複数の通気弁を含む。図１に示す実施例の組は、例えば、チャネル１２に沿って、入口１４と出口１５との間に、直列の通気弁２４を配置した任意の第２の通気弁３４を含む。
【００２９】
所定の場合に、装置は、１本以上の分岐チャネル、すなわち交差部にて装置の別のチャネルと交差するチャネルを含む。例えば、いくつかの実施例において、装置は、第１の分岐チャネルを含む第１の上流部、および第２の分岐チャネルを含む第２の上流部を備える。第１および第２の分岐チャネルは所定の場合に相互に交差する。付加的に、１本以上の分岐チャネルは、下流のチャネル部と連通する。所定の場合に、装置は、主チャネルと連通する１本以上の分岐チャネルを含み、それらのうち任意のものは、内部に収容される（例えば初めての使用に先立って）１つ以上の流体を含む。例えば、図１に示す実施例の組において、装置１０は、任意にチャネル３６および３８のうち少なくともいずれか一方を含み、これらは主チャネル１２から分岐する。チャネル３６および３８は、任意の通気弁３４の位置にて交差し、チャネル１２の下流部（例えば下流部１８）に連通する。分岐チャネルの各々は、いくつかの実施例において、更に分岐チャネルを含んでもよい。例えばチャネル３６から分岐チャネル４０、４２および４４のうち任意のものが装置に含まれてもよい。付加的に、例えばチャネル３８から分岐チャネル４６、４８および５０のうち任意のものが装置に含まれてもよい。任意に、１つ以上の通気弁が１本以上の分岐チャネルに関与してもよい。同じに関連した機能性と同様に通気弁とチャネルの付加的なレイアウトも、より詳細に下に開示される。
【００３０】
１組の実施例において、（例えば主チャネルの）上流チャネル部は、第１の分岐チャネルとして機能し、装置は第２の分岐チャネルを更に備え、第１の分岐チャネルおよび第２の分岐チャネルは交差部にて接続し、下流チャネル部に連通する。図１に示す実施例において、主チャネル１２の上流部１６は、第１の分岐チャネルとして機能し、チャネル３６および３８のいずれか、あるいは両者は第２（あるいは第３）のチャネルとして機能する。
【００３１】
ここに開示されるチャネルのレイアウトは任意の好適な構成に流体を収容することに使用することができる。分岐チャネルのうちのいずれも、主チャネル内に含まれる１つ以上の流体に代えて、あるいはその流体に付加的に１つ以上の流体を含むことができる。例えば、第１の流体は主チャネルに含まれ、第２の流体は第１の分岐チャネル内に含まれる。所定の例において、第３の流体は、第２の分岐チャネルに含まれてもよい等である。例えば、図１に示す実施例の組において、上流部１６は任意の流体６０を含み、任意の分岐チャネル３６は任意の流体６２を含み、また、任意の分岐チャネル３８は任意の流体６４を含む。付加的に、任意の分岐チャネル４０、４２、および４４は、任意の流体６６、６８、および７０をそれぞれ含み、任意の分岐チャネル４０、４２、および４４は、任意の流体７２、７４、および７６をそれぞれ含む。所定の場合に、そのような流体の１つ以上は、初めて使用されるに先立って装置に収容されシールされる。
【００３２】
通気弁は、装置内の任意の好適な位置に配置される。所定の場合に、通気弁は、２つの流体（例えば２つの収容される流体）間に配置される。例えば、図１に示す実施例の組において、通気弁２４は、第１の流体２０と第２の流体２２との間に配置される。付加的に、あるいはこれに代えて、任意の通気弁３４は、任意の第３の流体６０と、第１の流体２０および第２の流体２２のうち少なくともいずれか一方との間に配置されてもよい。所定の場合に、通気弁は、第１の分岐チャネルの一部と主チャネルの一部との間に配置される。例えば、通気弁は、分岐チャネルおよび主チャネルの交差部のような、２本以上のチャネルの交差部に配置される。例えば、図１において、任意の通気弁３４は、チャネル１２と、任意のチャネル３６および３８との交差部に配置される。付加的に、任意の通気弁７８は、任意のチャネル４０、４２、４４および３６の交差部に配置される。所定の場合に、１つ以上の通気弁が分岐チャネルの一部に配置される。例えば、図１において、分岐チャネル４６、４８、および５０は、通気弁８０、８２および８４をそれぞれ含み、これらは分岐チャネルの非交差部に配置される。
【００３３】
流体を輸送し、且つ／または混合する方法も開示される。一組の実施例において、方法は、１つ以上の流体を移動させる一方、１つ以上の他の流体を略静止した状態に保持する工程を含む。例えば、図１に示す実施例の組において、圧力勾配は、例えば出口（例えば、出口９２を閉鎖した状態の出口１５、あるいは出口１５を閉鎖した状態の出口９２）に負圧を付与することによってチャネル１２に付与される。通気弁２４が開放位置にある場合に、圧力勾配は、矢印５２の方向にチャネル１２を通して流体２２を流す。ここに開示されるような流体２０を実質的に流すことなくこれは生じる。いくつかの実施例において、チャネル１２内の流体２０より流体の流れに対して低い抵抗を有する周囲空気は、流体２０が実質的に静止した状態を保持できるように通気弁２４を通して引かれる。いくつかの実施例において、第１の流体が流される部分の上流のチャネル部からの第２の流体は、通気弁が閉鎖されるように上流チャネル部と下流チャネル部との間の通気弁を始動させることによって輸送される。例えば、図１において、通気弁２４が閉鎖位置にあり、且つ上流の入口（例、入口１４）や通気弁（例、通気弁３４）が開放されるときに、圧力勾配により、矢印５２の方向にチャネル１２を通して流体２０が流される。
【００３４】
流体の流れのタイミングは、ここに開示されるシステムおよび方法を使用しても制御することができる。例えば、いくつかの実施例において、流体２２および２０は、（例えば通気弁２４を閉鎖した後に真空を付与することによって）チャネル１２を通して略同時に輸送することができる。例えば、いくつかの実施例において、流体２２および２０は、（例えば通気弁２４を閉鎖するに先だって最初に真空を付与し、これにより流体２２を輸送し、続いて通気弁２４を閉鎖し、流体２０を輸送することによって）チャネル１２を通して連続して輸送することができる。これらの方法は、負圧源と、チャネル内に流すことを要求される流体との間の好適な通気弁を閉鎖することによって、任意のチャネル内の任意の流体の流れを制御することに通常使用可能である。例えば、任意の流体６２の輸送が要求されると、負圧が出口９２に付与されるが、出口１５および通気弁２４、３４および９４は、閉鎖される（且つ通気弁７８のような流体６２の上流の弁は、開放した状態を保持する）。所定の場合に、この輸送は、分岐部１６および３８のような他の分岐部が入口を含むとき、あるいは分岐部に含まれる任意の流体の上流に配置される通気弁が、閉鎖した位置、または分岐部１６および３８のような他の分岐部を含まない装置に配置されるときに行われる。これらおよび他の方法を使用して、流体は、流体システム内の所望の位置（すなわち、反応部位）に所定の時点にて所定の順に輸送され、反応あるいは他の流体の工程が実施される。更に、ここに開示される物および方法により、第１の組の工程を、第２の組の工程から切り離すことができる。例えば、これらの工程の各々を独立して制御することができるので、１つ以上の混合領域内の２つ以上の流体の混合時間は、反応領域内のサンプルの滞留時間から分離可能である。更なる効果および例がここに開示される。
【００３５】
２つ以上の流体を混合する方法も開示される。混合工程は、所定の場合に分岐チャネルを使用する工程を含む。いくつかの実施例において、方法は、主チャネル、第１の流体を含む第１の分岐チャネル、および第２の流体を含む第２の分岐チャネルを含む装置を提供する工程を含み、第１の分岐チャネルおよび第２の分岐チャネルは、交差部にて連通し、且つ主チャネルに連通する。いくつかの実施例において、第１の分岐チャネルは、交差部の上流にある主チャネルの一部を含む。例えば、図１に示す実施例の組において、主チャネルはチャネル１２を含み、第１の分岐チャネルは（流体６０を含む）上流部１６を含み、第２の分岐チャネルは（流体６２を含む）チャネル３６を含む。所定の場合に、第１の分岐チャネルおよび第２の分岐チャネルの両者は、主チャネルからの方向から逸脱する。例えば、図１において、主チャネルはチャネル１２を含み、第１の分岐チャネルは（流体６２を含む）チャネル３６を含み、第２の分岐チャネルは（流体６４を含む）チャネル３８を含む。いくつかの実施例において、装置は、第１の分岐チャネルの一部と主チャネルの一部との間に配置される通気弁を含む。所定の場合に、通気弁は、第１の分岐チャネルおよび第２の分岐チャネルの交差部に配置されてもよい。例えば、図１において、通気弁３４は、チャネル１２、３８および３６の交差部に配置される。いくつかの実施例において、通気弁は、分岐チャネルの交差部から上流に配置される。例えば、図１において、任意の通気弁９４はチャネル３６および３８の交差部の上流にチャネル３６を覆うように配置される。いくつかの実例において、装置は、第２の分岐チャネルの一部と主チャネルの一部との間に配置される通気弁を含む。図１において、通気弁３４は、第２の分岐チャネル３８と主チャネル１２との間に配置される。付加的に、任意の通気弁９６は、第２のチャネル３８の一部と、主チャネル１２との間に配置される。
【００３６】
いくつかの実施例において、混合方法は、少なくとも１つの通気弁を始動させる一方、第１の流体および第２の流体を２本以上のチャネルの交差部に流れ込ませるべく装置（例えば入口および出口）の２つの開口部を横断して圧力勾配を付与する工程を含む。交差部内への第１の流体および第２の流体の流れは、略同時に生じる。所定の場合に、交差部に輸送される流体の各々の少なくとも一部は、混合流体を形成すべく混合されてもよい。単一の通気弁を始動して、２つ以上の流体を流すことができる。例えば、図１において、通気弁３４が閉鎖される場合（且つ任意の通気弁９４および９６が設けられない場合）に、２つ以上の流体６２、６０、および６４は、これらの流体の各々の上流の少なくとも１つの入口あるいは通気弁が開放されている限り、チャネル１２、３６、および／または３８の交差部に向かって流れる。別例として、任意の通気弁７８が閉鎖される場合（弁７９と圧力勾配源との間の他の通気弁も閉鎖される場合）に、２つ以上の流体６６、６８、および７０は、これらの流体の各々の上流の少なくとも１つの入口あるいは通気弁が開放されている限り、チャネル４０、４２、および／または４４の交差部に向かって輸送される。
【００３７】
いくつかの実施例において、装置は、主チャネル、第１の流体を含む第１の分岐チャネル、および第２の流体を含む第２の分岐チャネルを含み、第１の分岐チャネルおよび第２の分岐チャネルは、交差部にて連通し、且つ主チャネルに連通する。第３の流体が、主チャネルに任意に設けられてもよく、これは例えば分岐チャネルの下流である。通気弁は、第１の分岐チャネルの一部と、主チャネルの一部との間に（例えば第１のチャネルおよび第２のチャネルの交差部に、あるいは主チャネルに沿って）配置されてもよい。システムを操作する工程は、通気弁を始動させる工程と、交差部に第１の流体および第２の流体を略同時に流れ込ませる工程と、混合流体を形成するために第１の流体および第２流体の少なくとも一部を混合する工程とを含む。いくつかの実施例において、主チャネルの第３の流体は、第１の流体および第２の流体を実質的に流すことなく通気弁（あるいは一連の通気弁）を始動させるに先だって流れてもよい。第３の流体が主チャネル（例えば反応部位あるいは装置の他の一部への）で流された後に、上述したように第１の流体および第２の流体を流すべく、第１の分岐チャネルの一部と主チャネルの一部との間に配置される通気弁を始動してもよい。いくつかの実例において、略一定の真空が、主チャネルの出口に付与され、第３の流体、第２の流体、および第１の流体の流れのタイミングが、通気弁の始動のタイミングによって得られる。システムを操作する工程は、所定の場合に、（例えば第１の流体および第２の流体の全てを混合させないように）所定量を混合させるべく通気弁を始動させた後に所定の時間待機する工程と、第１の分岐チャネルおよび第２の分岐チャネルに残留する第１の流体および第２の流体がそれぞれ主チャネルに流れることを防止すべく通気弁を続いて開放する工程とを含む。従って、所定の混合量の第１の流体および第２の流体が、このタイミングの方法を使用して、主チャネルに輸送される。
【００３８】
いくつかの実施例において、チャネル交差部に向かって２つ以上の流体を流すべく複数の通気弁が始動される。例えば、図１において、通気弁９４および９６の両者は（例えば略同時に）閉鎖され、これにより、流体６２および６４がチャネル３６および３８の交差部に向かって（例えば略同時に）流される。入口１４も、存在する場合に、閉鎖した状態を保持する。流体は、例えば出口９２にて低減された略一定の圧力を付与するとともに、全ての他の入口、出口、あるいは流体と出口９２との間の通気弁を閉鎖した状態を保持することによって生ぜられる圧力勾配の存在により流れる。付加的に、通気弁８０、８２、および８４は（例えば略同時に）閉鎖され、これにより流体７２、７４、および７６がチャネル３８の部分９８に向かって（例えば略同時に）流される。所定の実施例において、流体は共通の領域（例えば交差部、混合領域等）に略同時に至る。共通の領域に２つ以上の流体を略同時に輸送および／または輸送することは、例えば２つ以上の流体間の共通の表面積を最大限にすることによって、２つの流体を効率的に混合することができる点において好適である。付加的に、より詳細に後述するように、共通の領域に２つ以上の流体を略同時に輸送することにより、２つ以上の流体を略等量輸送することが補助される。これは、流体の正確な量の混合が要求される工程において重要である。所定の場合に、より詳細に後述するように、共通の領域に２つ以上の流体を略同時に輸送することにより、混合流体とシステム内の他の流体との間の泡の形成を回避することが補助される。
【００３９】
所定の場合に、装置の１つ以上のパラメータは、装置を通して輸送される２つ以上の流体が装置の領域内にて相互に略同時に接触するように、選択される。例えば、所定の場合に、少なくとも２本のチャネル（例えば２本の分岐チャネル、分岐チャネルおよび主チャネル等）の断面積、混合される流体の粘性、混合される流体の相対的な量、混合される流体を含むチャネルの直線状の長さ、付与される圧力の量、流体の各々から交差部の地点への距離は、等圧が２本のチャネルの各々に付与されるときに、これらのチャネル内の流体が交差部、あるいは他の共通の領域に略同時に流れ込むように選択される。
【００４０】
システム内の混合を制御するために、システムにおける流体の流速を制御することは有用であろう。例えば、１つの流体（例えば図１における流体６２）が別の流体（例えば図１における流体６０）に先だって通気弁のような共通の領域に至る場合に、課題が生じ得る。そのような場合、予想されるように、混合が生じない可能性がある。例えば、所定の場合に、第１の流体（例えば流体６２）は、第２の流体（例えば流体６０）に先だって通気弁３４に至ると、通気弁を満たし、通気弁と第２の流体の前方端部との間の分離する流体プラグの泡を効率よく捉えることができる。この場合に、流体６２の一部は、流体６０と混合することなく分離され、主チャネルの下流に流れるであろう。いくつかの実施例において、これにより、第１の量の混合されていない試薬（例えば流体６２中の試薬）に対して分析の反応領域あるいは他の領域が暴露され、分離する流体プラグのセグメントがこれに続き、流体６０および６２の略再生不能な混合物がこれに続く。いくつかのそのような場合において、反応領域に生じる化学的反応や生体反応は、再生不可能である。
【００４１】
理論によって拘束されることなく、発明者は、チャネルシステム内を流れる流体の流速、チャネル容量、および粘性間の関係をより良好に理解することに後述する理論を使用することができると思料する。ポアズイユの法則は、圧力によって駆動されるチューブ内の圧縮不能な一様な粘性流体（例えばニュートン流体）の層流を示し、これは以下のように表される：
【数１】
例えば、Ｑは容積測定の流速（例えばｍ３／秒）であり、Ｒはチューブ（ｍ）の半径であり、ΔＰはチューブ（Ｐａ）を横断する圧力の変化であり、ηは動的な流体の粘性（Ｐａ・ｓ）であり、Ｌはチューブ（ｍ）の長さである。任意の閉鎖されるチャネルへの円形のチューブを越えて一般化するために、この方程式を次のように表すことができる：
【数１ｂ】
Ａはチャネルの断面積であり、ＲＨは水力半径であり、Ｐはチャネルのパラメータであり、ＲＨ＝２Ａ／Ｐである。円形のチューブにおいて、ＡＲＨ２＝πＲ４である。幅ｗおよび深みｄの矩形のチャネルにおいて、ＡＲＨ２＝（ｗｄ）３／（ｗ＋ｄ）２である。複数の流体を制御して混合する場合に、個別の流体の流れに影響する要因を考慮することが重要である。ΔＰ、η、ＲＨ２およびＬが等しいように設計されるシステムにおいて、流体の両者は、同様の態様にて流れる必要があり、流体の再生可能な混合がなされる必要がある。これらのパラメータのうちの１つ以上が流体において異なる場合に、システムの設計は、差異が相殺されるようになされる必要がある。
【００４２】
いくつかの実施例において、混合される２つ以上の流体は、略等しい量を有する。２つ以上の流体は更に同様の粘性を有し、同様のチャネル断面を有するチャネルに配置される。所定の場合に、混合される流体の前方の接合部と、これらが混合される交差部（例えば混合室）との間の１つ以上の分離する流体プラグの量は、試薬の両者に対して類似する。これにより、流体が交差部に移動を開始するときに流体が交差部に略同時に確実に至ることが補助される。これらおよび他のパラメータにより、２つ以上の流体は共通の領域に略同時に輸送され、これにより、再生可能な混合を生じる。
【００４３】
第１の流体が第１の量を有し、第２の流体が第１の量とは異なる第２の量を有するいくつかの実施例において、より小容量の流体の速度は、比較的より小容量の流体が示す流体流に対する比較的小さな抵抗により、より大容量の流体に対して増加する（液体の流れに対する流体力学的抵抗は、１／Ｌに等しく、Ｌは流体セグメントの長さである。チャネルの寸法および粘性が等しい場合に、より短い流体セグメントは、より長い流体セグメントと比較して速く流れる）。これにより要求される混合比からずれが生じ得る。この理由として、より大容量の流体に対して付加されるより小容量の流体が比較的大量に生じてしまうことによる。この作用は自己増幅である。その理由として、より小容量の流体が、より速く移動すると、その容量は不均衡に減少し、これにより速度が更に高められることによる。この潜在的な課題を解決すべく、チャネルの流体流に対して等しい抵抗が生じるように、チャネルの断面を選択することができ、あるいは、混合される流体の粘性を選択することができる。例えば、より小容量の流体に対する抵抗を高めるべく、より小容量の流体は、より大容量の流体の全体的な抵抗と整合すべくより大容量の流体を含むチャネルと比較してより小さな断面を有するチャネルに配置される。付加的に、あるいはこれに代えて、より少量の流体の粘性は、より大容量の流体の全体的な抵抗と整合させるべく流体流に対するその抵抗を増加させるために増加されてもよい。
【００４４】
所定の場合に、チャネル内の流体の輸送および混合のうち少なくともいずれか一方は、比較的少量の表面の粗さを備えたチャネルを使用することによって促進することができる。各液体と混合室の収容位置間のチャネルの表面の異質性（例えば粗さ、チャネル表面の欠陥、チャネル表面の化学的堆積の変化）は、流体部分と分離する流動性のプラグの間の接合面（すなわち、液体の大部分）の前進に影響を付与し得る。従って、ここに開示されるいくつかの実施例において、チャネル表面は比較的低い表面の粗さを有する。チャネルの表面は、例えば約５μｍ未満の二乗平均平方根（ＲＭＳ）の表面の粗さを有する。別例において、ＲＭＳの表面の粗さは、約３μｍ未満、約１μｍ未満、約０．８μｍ未満、約０．５μｍ未満、約０．３μｍ未満あるいは約０．１μｍ未満である。
【００４５】
流体に湿潤剤を付加することによっても、チャネル内の流体の再生可能な進行を促進することができる。湿潤剤は、流体と分離する流体プラグとの間の接合部を固定させ、且つ／またはチャネルの表面への異質部分の影響を低減することができる。いくつかの実施例において、湿潤剤は流体内において１つ以上の要素（例えば試薬）と悪い反応をしないようなものを選択することができる。好適な湿潤剤の例は、非イオン性洗剤（例えば登録商標Ｔｗｅｅｎ ２０および登録商標Ｔｒｉｔｏｎ、脂肪アルコールのようなポリ（エチレンオキシド）誘導体）、陰イオン洗剤（例えば、デシル硫酸ナトリウム、硫酸オクタデシルナトリウム、あるいは脂肪酸塩のような、より短いかより長いアルカン鎖を備えるドデシル硫酸ナトリウムおよび関連する洗剤）、陽イオン洗剤（例えば、臭化セチルトリメチルアンモニウムのような第四アンモニウム陽イオン）、両性イオン界面活性剤（例えばドデシル・ベタイン）およびパーフルオロ界面活性剤（例えば登録商標Ｃａｐｓｔｏｎｅ ＦＳ−１０）を含むが、これらに制限されるものではない。
【００４６】
付加的に、あるいはこれに代えて、チャネルの表面は流体流（例えば疎水性または親水性の試薬）の抑制あるいは増強を促進するために物質により処理されてもよい。
いくつかの実施例において、チャネル内の流体の比較的高い流速を使用することによって、予測不能な流体の反応を防止することができる。流速は、要因の中で特に、輸送される流体の粘性、輸送される流体の量、流体を含むチャネルの断面積および断面形状のうち少なくともいずれか一方、圧力勾配等の要因に依存する。所定の場合に、チャネル内の少なくとも１つの流体は、少なくとも約１ｍｍ／秒、少なくとも約５ｍｍ／秒、少なくとも約１０ｍｍ／秒、あるいは少なくとも約１５ｍｍ／秒、少なくとも約２５ｍｍ／秒、あるいは少なくとも約１００ｍｍ／秒の直線的な流れの速度にて輸送される。いくつかの実施例において、直線的な流れの速度は、約１ｍｍ／秒と約１００ｍｍ／秒の間、約５ｍｍ／秒と約１００ｍｍ／秒の間、約１０ｍｍ／秒と約１００ｍｍ／秒の間、約１５ｍｍ／秒と約１００ｍｍ／秒の間、約１ｍｍ／秒と約２５ｍｍ／秒の間、約５ｍｍ／秒と約２５ｍｍ／秒の間、約１０ｍｍ／秒と約２５ｍｍ／秒の間、あるいは約１５ｍｍ／秒と約２５ｍｍ／秒の間である。異なる流速が、輸送される流体および装置において行なわれる工程のうち少なくともいずれか一方に応じて異なる時点にて実施される。例えば、１組の実施例において、第１の工程の間にサンプルが比較的緩慢に（例えば０．５ｍｍ／秒にて）反応領域を通して流れるが、第２の工程の間に２つの流体が比較的より高い流速（例えば１５ｍｍ／秒）にて混合地域において混合されることが望ましい。ここに開示される通気弁、並びに他の物および方法は、２００９年４月２２日に出願され発明の名称が「Ｆｌｏｗ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｎ Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ Ｓｙｓｔｅｍｓ」である米国特許出願公開第１２／４２８，３７２号明細書に開示されるシステムおよび方法と任意に組み合わせて使用され、装置の操作においてそのような流速および流量の変化を制御し実施してもよい。同明細書はその全体がここに開示されたものとする。装置において行なわれる処理の２つの異なる工程の間に適用される直線的な２つの流速は、例えば、等倍、５倍、１０倍、１５倍、２０倍、２５倍、３０倍、４０倍あるいは５０倍より大きな差異を有してもよい。例えば、１５ｍｍ／秒の比較的高い直線的な流れの速度は、０．５ｍｍ／秒の比較的遅い直線的な流れの速度より３０倍速い。所定の場合に、そのような流体の制御は、任意に１つ以上の工程において圧力あるいは減圧された圧力（例えば真空）源が装置に略連続して付与される場合にも１つ以上の通気弁を使用して行われ得る。
【００４７】
ここに開示されるように、２本以上のチャネルの交差部は混合領域を含む。そのような領域は、複数のチャネルから交差部まで流れる複数の流体の混合を促進することに好適である。いくつかの実施例において、混合領域は、混合領域にて交差する第１の、第２の、（あるいは第３の、第４等の）チャネル（例えば分岐チャネル）のいずれより大きな断面積を有し得る。例えば、混合領域は、混合地域と交差する最大のチャネルの平均断面積の少なくとも１．２倍、少なくとも１．５倍、少なくとも１．７倍、少なくとも２倍、少なくとも３倍あるいは少なくとも５倍である平均断面積を有し得る。交差部にて比較的大容量を有する混合室により、２本以上のチャネルの交差部における２つ以上の流体の到着時間の不一致を補償することが補助される。
【００４８】
しかしながら、別例において、比較的より小さな混合領域がここに開示される装置に設けられてもよい。例えば、混合領域は、混合地域と交差する最大のチャネルの平均断面積の５倍未満、３倍未満、２倍未満、１．７倍未満、１．５倍未満、あるいは１．２倍未満である平均断面積を有し得る。所定の場合に、混合領域は、混合領域と交差する最大のチャネルの平均断面積と略同じである平均断面積を有する。
【００４９】
所定の場合に、混合領域は通気弁を含む。例えば、通気弁のポートにより、複数の流体が混合される容量が得られる。いくつかの実施例において、要素（例えばチャネル、通気弁要素（例えばポート）、混合領域等）の断面積、長さや他のパラメータは、要素内に２つ以上の流体を流すことで所望の混合結果が得られるように選択され得る。例えば、いくつかの実施例において、通気弁（例えば通気弁のポート、あるいは通気弁の開口部に主チャネルを接続する通気弁の介在するチャネル）の容量は、２つ以上の流体が、通気弁内におけるこれらの滞留時間において（例えば拡散によって）完全に混合され得るように選択される。任意の介在するチャネルも含む通気弁の容量は、例えば、５０μＬ未満、約２０μＬ未満、約１０μＬ未満、約５μＬ未満、約３μＬ未満、約１μＬ未満、約０．１μＬ未満、約０．０１μＬ未満、約１０ｎＬ未満あるいは約１ｎＬ未満である。更に、他の量も可能である。
【００５０】
層流環境（これはほとんどのマイクロ流体システムに共通である）において、試薬の混合は拡散に略依存する。本明細書において、試薬がチャネルに沿ってともに流れるにつれ、試薬間の混合は徐々に増加する。そのような場合に、主チャネルの長さ（例えば混合が生じる通気孔と、反応領域のような混合試薬の使用点との間）は、２つ以上の流体をチャネル内におけるそれらの滞留時間中に完全にまたは十分に（例えば拡散によって）混合することができるように選択され得る。
【００５１】
拡散に基づく混合は、混合流体のチャネル内における滞留時間を増加させることによっても増加され得る。所定の場合に、滞留工程をシステムに付加することができる。例えば、略一定の圧力が出口９２に付与され、通気弁３４（通気弁３４、２４、および１５が閉鎖した状態）の上流に２つの混合した液体を有するシステムにおいて、これらの液体は、通気弁１５を開放することにより（あるいは、任意に通気弁２４を開放することにより）、チャネル１２内に滞留され得る。通気弁１５（または２４）を開放することによって、空気は通気弁１５（または２４）を通して出口９２に向かって優先的に引かれ、これにより液体がチャネル１２内の所定の位置に保持される。十分な滞留の後に、通気弁１５（または２４）は閉鎖され、これにより、反応領域８６内に液体を流れ込ませる。好適に、本実施例および別例に示すように、略一定の真空源あるいは流体流の他の源が装置に付与されるときにも、流体流の制御が可能である。
【００５２】
いくつかの実施例において、交差部や他の好適な混合領域内への１つ以上の流体の流れは、流体の全容量が交差部または混合領域に移動するに先立って遮断することができる。これは、例えば流体の部分が通気弁の反対側のチャネルに位置される間に通気弁を開放することによって可能である。例えば、流体の第１の部分は下方に配置されるチャネルの第１のチャネル部に配置され、流体の第２の部分は下方に配置されるチャネルの第２のチャネル部に配置され、第１のチャネル部および第２チャネル部は、通気弁の反対側に配置される。通気弁が開放されるとともに流体がそのポートの下方に配置される場合に、例えば周囲空気のような、チャネル内部に対する外的環境からの流体は、外的環境における流体流に対する抵抗が通気弁の下方の流体の残りの部分の流体流に対する抵抗より小さい場合に、ポートを介してチャネル内部に輸送可能である。例えば、チャネルへ気体のセグメントを導入することによって、チャネルに含まれる流体は、気体のセグメントによって分離される第１の部分および第２部分に分割することができる。
【００５３】
図３Ａ乃至図３Ｄは、通気弁を始動させることにより流体の流れを遮断することができる方法を示す概要図である。図３Ａ乃至図３Ｄに示す実施例の組において、チャネル１００は、入口１０２、出口１０４および通気弁１０６を含む。付加的に、チャネル１００は流体１０８を含む。図３Ａ乃至図３Ｄに、流体流の方向を矢印によって示す。図３Ａにおいて、通気弁１０６が開放されることにより、負圧が出口１０４に付与される場合に通気弁１０６を介して外部流体をチャネルに流れ込ませる。図３Ｂにおいて、通気弁１０６が閉鎖されるとともに入口１０２が開放されることにより、チャネル１００を介して流体１０８を出口１０４に向かって流す。図３Ｃにおいて、通気弁１０６は、流体１０８が通気弁を完全に通過するに先だって開放されることにより、外部流体に通気弁のポートを通過させ、チャネル内に至らしめ、流体１０８からセグメント１１０を分離する。この工程の繰り返しは、元の単一の流体から複数の流体セグメントを形成する。図３Ｄにおいて、例えば、流体セグメント１１０、１１１、１１２、および１１３は、通気弁１０６を４回開閉することにより形成されている。そのような方法は、予め選択された長さ、容量、あるいは他の好適な特徴を備える１つ以上の流体部を形成することに使用される。
【００５４】
単一の流体セグメントに由来する一連の流体セグメントまたは部分の形成は、所定の場合に、単一の流体セグメントにおける２つ以上の要素の混合と比較して、複数の流体における２つ以上の要素の混合を改善する。例えば、流体セグメント内の要素（例えば粒子、試薬あるいは他の要素）は、セグメント化された流れにて視認されるように、セグメントの直線的な流れ時にセグメント内で再循環する。いくつかの実施例において、混合される２つ以上の要素を含む流体は、通気弁の下方を通過し、例えば各流体部内における２つ以上の要素の混合を促進するために流体の複数の部分を形成すべく開閉される。この特徴は、乱流が生じないシステムにおいて（例えば多くのマイクロ流体システムにおいて）特に好適である。
【００５５】
分離された流体部を形成すべく通気弁を開閉することは、混合以外の工程においても好適である。単一の試薬の複数のプラグは、所定の状況において単一の長手のプラグに対して好ましく、その状況は、２００５年１月２６日に出願され発明の名称が「Ｆｌｕｉｄ Ｄｅｌｉｖｅｒｙ Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ」である国際公開第ＷＯ２００５／０７２８５８号明細書（国際特許出願公開第ＰＣＴ／ＵＳ２００５／００３５１４号明細書）に開示され、その全体がここに開示されたものとする。所定の例として、いくつかの実施例において、洗い流し流体の複数の部分により、単一の長尺状をなす流体部と比較して表面のより良好な洗い流しや洗浄が行われる。
【００５６】
２つ以上の流体部に単一の流体部を分離することは、所定の場合に、混合領域や他の領域内にて混合するための流体の好適な容量を得ることに使用される。例えば、所定の場合に、第１の分岐チャネルは第１の流体を含み、第２の分岐チャネルは、第１の流体より実質的に大きな容量を備えた第２の流体を含む。第１の流体および第２の流体は、第１の分岐チャネル、第２の分岐チャネル、および／または主チャネルの交差部に向かって流れる。いくつかの実施例において、第１の流体および第２の流体のうち少なくともいずれか一方の全容量が交差部を横断して通過するに先だって、第１の分岐チャネルまたは第２分岐チャネルの少なくとも１つの通気弁は、第１の流体および第２の流体のうち少なくともいずれか一方が第１のセグメントおよび第２のセグメントに分割されるように開放される。別例において、第１の流体および第２の流体のうち少なくともいずれか一方の全容量が交差部を横断して通過するに先だって、第１の分岐チャネルまたは第２分岐チャネルの少なくとも１つの通気弁は、第２の流体がより小さな複数のセグメントに（例えば第１の流体の容量に匹敵するように）分割されるように開放される。第２の流体のセグメントのうちの１つのみが第１の流体の全てまたは部分と混合するように交差部に輸送されてもよい。これらおよび他の方法により、所定の場合に、等量または好適な量の第１の流体および第２の流体が、（例えば第１の流体および第２の流体が共通の領域に略同時に輸送される場合に）主チャネル、混合領域、反応領域、あるいは他の好適な目的地に輸送され得る。従って、いくつかの実施例において、第１の流体の全てではなく一部、および第２の流体の全てではなく一部のうち少なくともいずれか一方が、使用されるか好適な目的地に輸送される混合流体を形成すべく一体的に混合される。
【００５７】
図４Ａおよび４Ｂに、共通の領域（例えば２つ以上のチャネルの交差部）に略等量の複数の流体を輸送する方法の一例を概略的に示す。図４Ａにおいて、主チャネル２００は出口２０２を含み、通気弁２０８にて分岐チャネル２０４および２０６に連通する。分岐チャネル２０４は入口２１０を備え、流体２１２を含み、分岐チャネル２０６は、入口２１４を備え、流体２１６を含む。図４Ａにおいて、流体２１２は、流体２１６より容量において実質的により小さい。図４Ａにおいて、通気弁２０８が開放されることにより、負圧が出口に付与されると、通気弁を介し、且つ主チャネル２００を介して（矢印によって示すように）外部流体が流れる。図４Ｂにおいて、通気弁２０８が閉鎖されるとともに入口２１０および２１４が開放され、負圧を付与されると流体２１２および２１６を出口２０２に向かって流す。実施例のこの組において、流体の粘性、およびチャネル２０４および２０６の断面寸法は、流体２１２および２１６がチャネル２０４および２０６の交差部にて相互に略同時に接触するように選択される。図４Ｃにおいて、流体２１２および２１６がチャネル２０４および２０６の交差部を完全に通過するに先だって通気弁２０８が開放されることにより、流体２１２および流体２１６の略等しい部分を含む混合流体のセグメント２１８が形成される。
【００５８】
いくつかの実施例において、混合流体の複数の部分は、通気弁２０８を任意の回数開閉することによって形成される。例えば、流体２１２および２１６が分岐チャネルの交差部にて最初に相互に同時に接触しない場合に、そのような実施例は好適である。いくつかのそのような場合において、混合流体の第１の部分は第２の流体よりむしろ第１の流体を含み、混合流体の後続の部分は略等量の第１の流体および第２の流体を含む。いくつかの実例において、混合流体の第１の部分は下流の加工に好適ではないため、主チャネルあるいは装置の他の領域から離間するように配流される。例えば、混合流体の望ましくない第１の部分は、廃棄物格納領域に通じる分岐チャネルに向かって案内される。流体流は、ここに開示される方法と組み合わされて１つ以上の弁（例えば外部弁）を使用することによって任意に制御することができる。混合流体の１つ以上の後続の部分（下流の加工に好適である）は、主チャネルあるいは反応領域のような装置の他の領域に輸送される。
【００５９】
図４Ｄ乃至４Ｉに混合流体（あるいは任意の他の流体）の一部を転換する一方法を示す。図４Ｄ乃至図４Ｉに示す実施例に示すように、出口２２０を有する分岐チャネル２１５が含まれる。この出口は、出口２０２に処理的に関連する同じ真空源に処理的に関係する。例えば、管材料（図示しない）が、真空源に出口の各々を接続してもよい。所定の場合に、弁機構（図示しない）は、管材料に処理的に関与する。出口はそれぞれ個別に制御される弁を備える。図４Ｄに示すように、混合流体を形成すべく流体２１２および２１６を混合するために、システムは、出口２２０を開放し、出口２０２を閉鎖することによって操作される。図４Ｅに示すように、通気弁２０８は混合を開始すべく閉鎖され、続いて図４Ｆに示すように主チャネル２２０内に流体２１８の第１の部分のみを輸送すべく開放される。混合部分が主チャネルに至ると、出口に処理的に関与する弁機構（図示しない）が駆動され、図４Ｇに示すように真空と出口２０２との間を連通させるとともに真空と出口２２０とを連通させる。真空が出口２２０に付与されているため、図４Ｈに示すように、流体２１８は、主チャネルから分岐チャネル２１５に配流される。出口に処理的に関与する弁機構が始動され、図４Ｉに示すように、真空と出口２０２とを連通させるとともに真空と出口２２０とを連通させる。
【００６０】
単一の流体部を２つ以上の流体部に分離する工程により、流体を混合し流体セグメントを形成することとは別に他の効果が得られる。例えば、所定の場合に、流体の後縁が通気弁に至ると、液体の僅かな破裂が、通気弁（例えば通気弁のポートに向かって、あるいは通気弁に関与するアクチュエータに向かって）に向かって放出され得る。所定の場合に、放出された液体は、外部の弁機構を妨害し得る。所定の場合に、これは通気弁の機能に直接影響するものではないが、期間にわたって、例えば流体の要素（例えば化学薬品）による通気弁の汚染のような、処理の低下を生じ得る。機構（例えば複数の実験を行なうこと）を繰り返し使用する際に、そのような汚染は、外部の弁機構の正常な機能を変更し得る。出願人は、本発明のいくつかの実施例において、流体の全てが弁の下方のチャネルを通過するに先だって（例えば、複数の流体セグメントを形成するように）通気弁を開放することによって、ほとんどあるいは全く後縁が通気弁に至らず、液体の放出が生じないことを発見した。
【００６１】
いくつかの実施例において、ここに開示されるシステム、装置、および方法は、１つ以上の化学的反応および生体反応のうち少なくともいずれか一方を行なうことに使用することができる。ここに開示される装置は、そのような目的および他の目的（例えば血液サンプル分析）に好適である付加的な要素を含んでもよい。所定の場合に、装置は例えば主チャネルの下流に配置される反応領域を含む。図１に示す実施例の組は、主チャネル１２の下流の任意の反応領域８６を含む。反応領域は、主チャネルの出口（例えば図１における出口１５）に連通する。反応領域は、例えば化学的反応および生体反応のうち少なくともいずれか一方が生じ得る量として機能する。いくつかの実施例において、試薬および触媒のうち少なくともいずれか一方は、反応領域内に配置される（例えば、反応領域の壁部に固定される）。例えば、いくつかの実施例において、結合パートナーが、反応領域（例えば表面に、あるいは反応領域に含まれる要素に、あるいはその要素内に）に配置されてもよい。ここに開示される装置において使用可能な例示的な反応領域は、２００６年４月１９日に出願され、発明の名称が「Ｆｌｕｉｄｉｃ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ Ｍｅａｎｄｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｗｉｄｅ Ｃｈａｎｎｅｌｓ」である国際公開第ＷＯ２００６／１１３７２７号明細書（国際特許出願公開第ＰＣＴ／ＵＳ０６／１４５８３号明細書）、２００８年５月１日に出願され、発明の名称が「Ｆｌｕｉｄｉｃ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ Ｍｅａｎｄｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｗｉｄｅ Ｃｈａｎｎｅｌｓ」である米国特許出願公開第１２／１１３，５０３号明細書、および２００８年８月２２日に出願され、発明の名称が「Ｌｉｑｕｉｄ ｃｏｎｔａｉｎｍｅｎｔ ｆｏｒ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ａｓｓａｙｓ」である米国特許出願公開第１２／１９６，３９２号明細書に開示され、これらの全体がここに開示されたものとする。
【００６２】
付加的に、いくつかの実施例において、流体廃棄物室は、例えば反応領域の下流に含まれる。流体廃棄物室は、例えば装置の操作時に負圧源（例えば真空）に使用済みの流体が流れ込まないように使用済み流体を収容可能な容積を設ける点において有用である。例えば、図１に示す実施例の組は、使用済みの流体が反応領域８６から流されるときに流体を保持する廃棄物室８８を含む。ここに開示される装置において使用することができる例示的な廃棄物格納領域は、２００８年８月２２日に出願され、発明の名称が「Ｌｉｑｕｉｄ ｃｏｎｔａｉｎｍｅｎｔ ｆｏｒ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ａｓｓａｙｓ」である米国特許出願公開第１２／１９６，３９２号明細書に開示され、その全体がここに開示されたものとする。
【００６３】
図１に示す実施例の組において、負圧源は、例えば出口１５、地点９０、および出口９２のうちの任意のものに付与される。例えば、所定の場合に、図１における流体２２はサンプル（例えば血液サンプル）を含む。サンプルは様々な方法を使用して、装置に導入可能である。ここに開示された装置と組み合わせて使用することができるサンプル導入のための例示的な方法および物は、２００８年５月１日に出願され、発明の名称が「Ｆｌｕｉｄｉｃ Ｃｏｎｎｅｃｔｏｒｓ ａｎｄ Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ Ｓｙｓｔｅｍｓ」である米国特許出願公開第１２／１１３，５０３号明細書、２００８年８月２２日に出願され、発明の名称が「Ｌｉｑｕｉｄ ｃｏｎｔａｉｎｍｅｎｔ ｆｏｒ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ａｓｓａｙｓ」である米国特許出願公開第１２／１９６，３９２号明細書に開示され、これらはその全体がここに開示されたものとする。サンプルは、最初に反応領域８６、続いて廃棄物格納領域８８に流れ込むことができる。反応領域は、それに反応領域の要素の特性を決定することができる検知器に関与する。サンプルが反応領域を通過することにより、所定の場合に、サンプルの１つ以上の要素（例えば抗原）と反応領域の１つ以上の要素（例えば抗体）との間を相互に作用（例えば、バインド）させる。いくつかの実施例において、反応領域の要素は、初めて使用されるに先立って反応領域に収容される乾燥した試薬の形態にあってもよい。この相互作用は、バインド対錯体のような製品を形成する。所定の場合に、この相互作用は、単独でマイクロ流体システムに関連する検知器によって信号を決定させる（例えば、測定される）。他の場合において、正確な信号が検知器によって決定されるために、製品は１つ以上の試薬によって処理される。例えば、流体は、サンプルの抗原と相互に作用する標識抗体を含んでもよい。この相互作用により、製品は標識を設けられるか、あるいは製品からの信号が増幅される。
【００６４】
いくつかの実施例において、サンプルおよび試薬のうち少なくともいずれか一方は、所定の時間にわたって反応領域内に滞留する。異種混合の親和性反応が使用される場合に、例えば、サンプルの種は、反応領域の表面に固定される捕捉プローブにバインドされるであろう。例えばサンプルが反応領域を通過して流れるのに必要な時間を制御することによって、十分な滞留時間が得られる。通気弁から真空源までのシステムの流速は、システム（例えば、流れの隘路として機能する）のチャネルの最も小さな断面積によって最も高い相対粘度流体の流量に依存し得る。いくつかの実施例において、システムの１つ以上の特性は、反応領域内の流体（例えばサンプル）の所望の滞留時間が得られるように選択することができる。滞留時間を制御すべく調整可能なパラメータの例は、サンプルの入手可能性によって決定されるか使用者の便宜に応じて決定されるサンプル自体の量（例えば、血液のフィンガーピックを使用する分析のための血一滴の量）；サンプルの粘性；システムの（負圧を付与するための）出口に付与されるか、システムの（正圧を付与するための）入口に付与される差圧（Δｐ）；並びに流速隘路の外形（例えば断面積、長さ等）および位置の変化を含むが、これらに限定されるものではない。いくつかの実施例において、システム・パラメータは、システムの１つ以上の混合領域（例えば通気弁）内の２つ以上の流体の混合の時間が、反応領域内のサンプルの滞留時間から独立して選択される。
【００６５】
所定の場合に、システム・パラメータは、２つ以上の流体を混合した後に、２つ以上の流体が所定期間内に反応領域と接触することができるように選択することができる。例えば、いくつかの実施例において、混合流体は、混合流体内の２つ以上の流体を混合する１０分以内に反応領域と接触することができる。例えば、混合流体内の１つ以上の要素が比較的短期間の後にそれらの有効性を分解し且つ／または失う場合に、そのような実施例は好適である。所定の例として、いくつかの実施例において、銀塩溶液は還元剤と混合可能であり、混合の１０分以内に効果的に使用可能な活性化された銀溶液を生成する。様々な還元剤が写真工業によって開発されており、ここに開示される実施例において使用することができる。最もよく使用される還元剤のうちのいくつかは、ヒドロキノン、クロロヒドロキノン、ピロガロール、メトール（登録商標）、４−アミノフェノールおよびフェニドンを含む。
【００６６】
視認されるように、混合条件および時間は、サンプルの滞留時間とは独立したものとすることが好適である（これにより、より長い滞留時間であってもより長い混合時間を生じるものではない）。ここに開示される通気弁および方法の効果が明白になる。所定の場合に、反応領域のチャネルの寸法や、流体流を生じさせるべく付与される圧力等のような流体システムの所定の要素は、反応領域においてサンプル滞留時間がどれだけ必要とされてもいいように設計され、また、試薬の混合のタイミングは１つ以上の通気弁によって制御される。
【００６７】
ここに開示される装置において様々な流体を使用することができること（例えば、配置され、流され、あるいは収容される）を認識する必要がある。いくつかの実施例において、１つ以上の流体は、分析されるサンプルを含む。例えば、所定の場合に、流体は全血を含む。所定の場合に、流体は、試薬（例えば抗体流体）、洗い流し流体、あるいは任意の他の好適な流体を含む。所定の場合に、流体は、金属溶液を含む。例えば、流体は、コロイド懸濁液を形成することができる金属粒子（例えば銀、金等）の懸濁液を含む。所定の場合に、流体は、例えばヒドロキノンのような還元剤を含む。いくつかの実施例において、１つ以上の流体は、化学的または生物学的検定法の一部になり得る。
【００６８】
チャネル内の流体の各々は、略類似の、あるいは異なる化学的性質を有する。例えば、いくつかの実施例において、チャネルの第１の流体は、分析されるサンプル（例、血液）を含み、第２の流体は、例えば第３の流体の通路を予め下流部に形成すべく使用される洗い流し溶液を含む。いくつかの実施例において、第１の流体は、化学的反応および生体反応のうち少なくともいずれか一方のための第１の試薬を含み、第２の流体は、化学的反応および生体反応のうち少なくともいずれか一方のための、第１試薬とは異なる第２の試薬を含む。
【００６９】
付加的に、チャネル内の流体の各々は、略類似するか、異なる物理的特性を有する。例えば、いくつかの実施例において、チャネル内の第１の流体および第２流体は略異なる粘性を有する。粘性の差により、チャネルに圧力を付与すると流量に差が生じる。
【００７０】
ここで注目されるように、いくつかの実施例において、ここに開示されるマイクロ流体システムは、装置の初めて使用されるに先だって、且つ／または装置内へのサンプルの導入に先立って収容される試薬を含む。収容される試薬を使用することにより、装置を操作するために使用者が行う必要のある工程の数が最小限となるため、使用者によるマイクロ流体システムの使用が単純化される。この単純化により、ここに開示されるマイクロ流体システムは、ポイントオブケア設定のような操作を練習していない使用者によっても操作可能となる。マイクロ流体装置に収容される試薬は、免疫測定を行うように設計される装置に特に好適である。
【００７１】
ここで使用されるように、「装置が初めて使用されるに先立って」とは、販売後に意図される使用者によって初めて装置が使用される前の１つ以上の段階を示す。最初の使用は、使用者による装置の操作を要求する任意の１つ以上の工程を含む。例えば、最初の使用は、装置の中への試薬を導入する密封した入口を穿刺する工程、チャネル間を連通させるべく２本以上のチャネルを接続する工程、サンプルの分析に先だって装置を準備する工程（例えば、装置に試薬を装填する）、装置にサンプルを装填する工程、装置の領域にサンプルを準備する工程、サンプルにより反応を行う工程、サンプルを検知する工程等の１つ以上の工程を含む。最初の使用は、本明細書において、装置の製造業者によって行われる製造工程や他の準備工程、あるいは品質管理工程を含むものではない。当業者は、本明細書における最初の使用の意味を認識し、本発明の装置が最初の使用を行われたか否かを容易に判断することができるであろう。本発明の１組の実施例において、装置は初めて使用された後に使い捨てでき、初めて使用された後に装置を使用することは通常非実用的であるため、使い捨てであることは、そのような装置が初めて使用される場合に特に明白である。
【００７２】
試薬は流体および乾燥した形態のうち少なくともいずれか一方にて装置に収容され且つ／または配置され、収容または配置の方法は特定の用途に依存する。試薬は、液体、気体、ゲル、複数の粒子あるいはフィルムとして、例えば収容され、且つ／または配置される。試薬は、任意に試薬収容領域の一部となるチャネル内、タンク、表面上、薄膜内または上を含む、装置の任意の好適な部分に配置されるが、これらに限定されるものではない。試薬は任意の好適な方法にてマイクロ流体システム（あるいはシステムの要素）に関係する。例えば、試薬はマイクロ流体システム内の表面上に（例えば共有結合によりあるいはイオン結合により）架橋され、吸収され、あるいは吸着されてもよい（ｐｈｙｓｉｓｏｒｂｅｄ）。所定の一実施例において、（流体接続部の流体通路や装置基板のチャネルのような）チャネルの全てまたは一部は、抗凝血剤（例えばヘパリン）により覆われる。所定の場合に、液体は、初めて使用されるに先だって、且つ／または装置内へのサンプルの導入に先立って装置のチャネルやタンク内に含まれる。
【００７３】
いくつかの実施例において、乾燥した試薬はマイクロ流体装置の一セクションに収容され、濡れた試薬はマイクロ流体装置の第２のセクションに収容される。これに代えて、装置の２つの個別のセクションの両者が乾燥した試薬および濡れた試薬のうち少なくともいずれか一方を含んでもよい。第１のセクションおよび第２のセクションは、いくつかの実例において、初めて使用されるに先だって、且つ／または装置内へのサンプルの導入に先立って相互に連通する。他の場合において、セクションは、初めて使用されるに先だって、且つ／または装置内へのサンプルの導入に先立って相互に連通するものではない。初めて使用される時に、収容される試薬は、装置の一方のセクションから他方のセクションに移動する。例えば、流体の形態にて収容される試薬は、第１のセクションおよび第２のセクションが流体通路（例えば流体接続部であり、これは２００８年５月１日に出願され、発明の名称が「Ｆｌｕｉｄｉｃ Ｃｏｎｎｅｃｔｏｒｓ ａｎｄ Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ Ｓｙｓｔｅｍｓ」である米国特許出願公開第１２／１１３，５０３号明細書、２００８年８月２２日に出願され、発明の名称が「Ｌｉｑｕｉｄ ｃｏｎｔａｉｎｍｅｎｔ ｆｏｒ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ａｓｓａｙｓ」である米国特許出願公開第１２／１９６，３９２号明細書により詳細に開示され、これらはその全体がここに開示されたものとする）を介して接続された後に第１のセクションから第２のセクションに移動可能である。他の場合において、乾燥物として収容される試薬は、流体により水和され、続いてセクションの接続の際に第１のセクションから第２のセクションまで移動する。更なる他の場合において、乾燥物として収容される試薬は、流体により水和されるが、セクションの接続の際に一方のセクションから他方のセクションまで移動するものではない。
【００７４】
試薬収容領域において試薬の各々間で混合されない流体（分離流体）を保持することによって、収容される流体は、試薬収容領域から順に輸送されるとともに、収容される流体のうちの任意のものの間における接触が回避される。収容される試薬を分離する任意の混合されない流体は、反応領域の状態を変更することなく反応領域に適用される。例えば、抗体抗原結合が反応領域の検知領域のうちの１つにて生じている場合に、生じた結合に最小限の影響を付与するか、全く影響を付与しないように、空気が部位に付与される。
【００７５】
ここに開示されるように、マイクロ流体システムに試薬を収容することにより、下流の工程において試薬を所定の順に投与することができる（例えば、反応領域の信号を増幅する）。試薬に対して所定の暴露時間が要求される場合に、マイクロ流体システムにおける各流体の量は、試薬が下流の反応領域に暴露される時間の量に比例する。例えば、第１の試薬に対して要求される暴露時間が、第２の試薬に対して要求される暴露時間の２倍である場合に、チャネルの第１の試薬の量は、チャネルの第２の試薬の量の２倍となる。略一定の圧力差、あるいは流体流の源がチャネルから反応領域へ試薬を流す際に付与される場合、および流体の粘性が同じか類似する場合に、反応領域のような所定の地点の各流体の暴露時間は、流体の相対的な量に比例する。チャネル外形、圧力、あるいは粘性のような要因も、チャネルからの所定の流体の流速を変更するために変更されてもよい。ここに開示される通気弁、並びに他の物および方法を使用する使用者によって、収容される流体は、収容（例えば最初の使用）後に操作されてもよい。
【００７６】
付加的に、順に試薬を収容するこの方針（特に増幅試薬）は、広範囲の化学作用に適合される。例えば、光信号（例えば吸光度、蛍光、光あるいはフラッシュ化学発光、電気化学発光）、電気的信号（例えば無電解工程によって形成される金属構造体の抵抗、伝導性あるいはインピーダンス）、あるいは磁気信号（例えば磁気玉）を生成する様々な増幅の化学作用が、検知器によって信号を検知させるべく使用される。
【００７７】
試薬は様々な時間量にわたってマイクロ流体システムに収容され得る。例えば、試薬は１時間以上、６時間以上、１２時間以上、１日以上、１週間以上、１か月以上、３か月以上、６か月以上、１年以上、あるいは２年以上収容されてもよい。任意に、マイクロ流体システムは収容期間を延長すべく好適な方法にて処理されてもよい。例えば、内部に収容される試薬を含むマイクロ流体システムは、真空シールされ、暗い環境に収納され、且つ／または、低温（例えば、２℃乃至８℃に、あるいは０℃未満に冷却される）にて収納される。収容期間は、使用される所定の試薬、収容される試薬の形態（例えば、濡れているか乾燥している）、基板およびカバー層を形成することに使用される寸法および材料、基板およびカバー層を取り付ける方法、および装置が全体としてどのように処理され収容されるか等の１つ以上の要因に依存する。
【００７８】
いくつかの実施例において、入口、出口および／または通気弁のうち任意のものが、初めて使用されるに先立ってシールされ得る。入口、出口および／または通気弁をシールすることにより、装置内に配置されるか収容される流体の蒸発および汚染のうち少なくともいずれか一方を防止することができる。入口、出口および／または通気弁を覆うシールは、外部流体が入口および通気弁のうち少なくともいずれか一方に進入できるように貫通されるか、取り払われるか、破壊される。所定の例として、いくつかの実施例において、通気弁２４および入口１４は初めて使用されるに先立ってシールされ、これらのシールは外部流体が進入できるように貫通されるか、取り払われるか、破壊される。所定の実施例において、通気弁からカバーを取り払った後にのみ通気弁は始動される。付加的に、出口１５（あるいは地点９０または出口９２）は初めて使用されるに先立ってシールされ、負圧（例えば真空）の付与の直前に、あるいは、（例えば正圧が入口に付与される場合に）通気させるべく貫通されるか、取り払われるか、破壊される。
【００７９】
所定の一実施例において、装置１０はヒトＩｇＧのための免疫測定を行なうために使用することができ、信号増幅のために銀による増強を使用することができる。ヒトＩｇＧを含むサンプル（例えば流体２２）をチャネル１２から反応領域に輸送した後に、ヒトＩｇＧおよび収容される乾燥した試薬、反ヒトＩｇＧ間の結合が行われる。この結合により、反応領域近傍の検知領域（例えば、検知器を含む）にバインド対錯体を形成することができる。チャネル１２の上流部からの収容される試薬は、続いてこのバインド対錯体を覆うように流れる。収容される流体（例えば流体２０）のうちの１つは、検知される抗原（例えばヒトＩｇＧ）に特に結合する金属コロイド（例えば金結合抗体）の溶液を含む。この金属コロイドにより、検知領域の表面に、金属（例えば複数の銀の粒）の層のような不透明な材料の堆積のための触媒の表面が得られる。金属の層は、２つの要素のシステムを使用することにより形成することができる。所定の場合に、金属先駆体（例えば銀塩溶液）がチャネル３６に収容される流体６２に含まれ、還元剤（例えばヒドロキノン、あるいは上述した他の還元剤）が、チャネル３８に収容される流体６４に含まれる。混合されると信号を増幅することができるこれらの２つの要素は、相互に反応し、数分間のみ混合物として保持される。その理由により、これらは個別に収容され、流れにより溶液の両者が通気弁３４近傍の交差部に向かって移動されるまで、相互に混合されない。負圧が出口９２に付与され、通気弁２４および３４が閉鎖されると、銀塩およびヒドロキノン溶液は、通気弁３４近傍の交差部にて混合される。これらはチャネル１２に沿って流れるにつれ、緩慢に（例えば拡散により）混合され、続いて反応領域を覆うように流れる。従って、抗体抗原結合が反応領域において生じる場合に、領域を金属先駆体溶液が流れることにより、抗体抗原複合体に関連する触媒の金属コロイドの存在により銀層のような不透明な層が形成される。不透明な層は、１つ以上の波長にて光の伝達を妨害する物質を含む。マイクロ流体チャネルに形成される任意の不透明な層は、抗体や抗原を含まない領域の一部と比較して、例えば反応領域（例えば蛇行するチャネル）の一部を介した光線透過率の低減を測定することにより、光学上検知することができる。これに代えて、フィルムが検知領域に形成されているので、光線透過率の変化を測定することにより信号を時間の関数として得てもよい。不透明な層を形成しない技術と比較すると、不透明な層は、分析感度を高める。
【００８０】
免疫測定が主として開示されるが、ここに開示される装置は、任意の好適な化学的反応および生体反応のうち少なくともいずれか一方に使用されてもよく、例えば、タンパク質や他の生体分子（例えばＤＮＡ、ＲＮＡ、炭水化物）、あるいは非天然素材の分子（例えばアプタマーや合成アミノ酸）間の親和性反応に関する他の固相分析を含むものといえる。
【００８１】
チャネル内の流体流は任意の好適な方法により得られる。いくつかの実施例において、流れは、流体が含まれるチャネル内の圧力勾配を確立することによって得られる。そのような圧力勾配は、例えばチャネル（例えばチャネルの出口）の一端に負圧を付与することによって確立される。負圧を付与する例示的な方法は、出口への真空ポンプの取り付け、出口に取り付けられる注射器からの空気の排出、あるいは他の好適な方法を含むが、これらに限定されるものではない。
【００８２】
圧力勾配は、１つ以上の通気弁に正圧を付与し、周囲圧力のような比較的より小さな圧力を出口に付与することによっても確立することができる。例えば、図４Ａ乃至４Ｃにおいて、出口２０２は周囲圧力に暴露される。周囲圧力より大きな正圧を開放した通気弁２０８を介して付与してもよく、これにより、入口２１０および２１４が閉鎖された状態を保持する限り、図４Ａに示す矢印の方向に流体流が生じる。図４Ｂに例示的に示すように、通気弁２０８が閉鎖され、入口２１０および２１４が周囲圧力より大きな圧力に対して開放されてもよい。図４Ｃに示すような流体の混合プラグを移動させるために、入口２１０および２１４が閉鎖されるとともに通気弁２０８が正圧に対して再び開放されてもよい。正圧の使用は、流れの要求される通路における通気弁以外の装置に関与する全ての通気弁を閉鎖する工程を含む。任意の通気弁の閉鎖は気密である。正圧は、例えばポンプによって、重力を使用して、あるいは他の好適な方法によって、付与することができる。
【００８３】
所定の実施例において、流体流の源（例えば真空またはポンプ）から流体流（例えば正圧または負圧）を生じさせるべく付与される圧力は、チャネルシステムに流体流の源が最初に付与された後は、ここに開示される弁および他の要素のうち少なくともいずれか一方が始動される場合においても、装置における工程（例えば反応）の実行時において、略一定に保持される。しかしながら、チャネルの流体の直線的な流れの速度は変化し、２００９年４月２２日に出願され、発明の名称が「Ｆｌｏｗ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｎ Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ Ｓｙｓｔｅｍｓ」である米国特許出願公開第１２／４２８，３７２号明細書に開示されるような様々な方法によって制御される。同明細書はその全体がここに開示されたものとする。別例において、流体流の源からの圧力は、装置の操作時に変更可能である。
【００８４】
いくつかの実施例において、化学的反応および生体反応のうち少なくともいずれか一方は結合を含む。異なるタイプの結合が、ここに開示される装置において行われてもよい。用語「結合」は、相互に親和性や結合能力を示す分子の対応する対間の相互作用、通常生化学的、生理学的、および／または製薬的相互作用を含む特異的または非特異的結合や相互作用を示す。生物学的な結合は、タンパク質、核酸、糖タンパク質、炭水化物、ホルモン等を含む分子の対間に生じる一種の相互作用をなす。所定の例は、抗体／抗原、抗体／ハプテン、酵素／基質、酵素／阻害剤、酵素／共同因子、結合蛋白質／基質、キャリア蛋白質／基質、レクチン／炭水化物、受容器／ホルモン、受容器／エフェクター、核酸の相補鎖、タンパク質／核酸、抑制因子／誘発物、配位子／細胞の表面にある受容体、ウィルス／配位子等を含む。
【００８５】
所定の場合に、不均一反応（あるいは分析）がチャネルにおいて行われてもよく、例えば、結合パートナーは、チャネルの表面に関与し、相補的な結合パートナーが、流体相に設けられてもよい。用語「結合パートナー」は、所定の分子と結合可能な分子を示す。生物学的な結合パートナーが例であり、例えば、タンパク質Ａは、生体分子ＩｇＧの結合パートナーであり、その逆も結合パートナーである。同様に、抗体はその抗原の結合パートナーであり、その逆も結合パートナーである。他の場合において、均一系反応がチャネルにて生じる。例えば、結合パートナーの両者は、流体相にて（例えば２流体層流システムにおいて）設けられる。蛇行するチャネルシステムにおいて行われる通常の反応の例は、化学反応、酵素の反応、免疫ベースの反応（例えば抗原抗体）および細胞ベースの反応を含むが、これらに限定されるものではない。
【００８６】
装置は任意の好適な材料から形成される。材料の例は、ポリマ（例えばポリエチレン、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリ（ジメチルシロキサン）、ＰＭＭＡ、ＰＦＦＥ、環状オレフィンコポリマ（ＣＯＣ）、および環状オレフィンポリマー（ＣＯＰ）、ガラス、石英、およびシリコンを含むが、これらに限定されるものではない。当業者は、例えばその剛性、例えば、その剛性は、通過する流体に対するその不活性（例えば、流体による劣化からの解放）、所定の装置が使用される温度におけるその堅牢性、および／または（例えば、紫外線および可視領域内における）光に対するその透過性／不透過性に基づいて容易に好適な材料を選択することができる。いくつかの実施例において、基板の材料および寸法（例えば厚み）は、基板が水蒸気を略通さないように選択される。
【００８７】
いくつかの実例において、マイクロ流体基板は、上述したような２つ以上の材料の組み合わせから構成される。例えば、装置のチャネルは、第１の材料（例えばポリ（ジメチルシロキサン）にて形成され、第２の材料（例えばポリスチレン）にて形成されるカバーは、チャネルをシールすることに使用される。別例において、装置のチャネルはポリスチレンや他のポリマ（例えば射出成形による）にて形成され、生体適合性を備えたテープがチャネルをシールすることに使用される。様々な方法が、マイクロ流体チャネルやチャネルの部分をシールすることに使用される。方法は、接着剤の使用、接着、接合、溶接（例えば超音波）、あるいは機械的方法（例えば、クランプ）を含むが、これらに限定されるものではない。
【００８８】
チャネルは任意の断面形状（円形、半円形、楕円形、半楕円形、三角形、不規則、正方形、あるいは矩形等）を有し、覆われていても覆われていなくてもよい。チャネルが完全に覆われる実施例において、チャネルの少なくとも一部は、完全に包囲される断面を有するか、あるいはチャネル全体がその入口と出口を除きその全長に沿って完全に包囲される。チャネルには更に少なくとも２：１、通常少なくとも３：１、５：１、あるいは１０：１以上の縦横比（平均の断面寸法に対する長さ）を有する。開放された、あるいは部分的に開放されたチャネルは、設けられる場合に、流体の輸送に対して容易に制御可能である特徴、すなわち構造的な特徴（長尺状をなす刻み目）、および／または物理的または化学的特徴（疎水性対親水性）、あるいは流体に圧力（例えば包含圧力（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ｆｏｒｃｅ））を付与可能な特徴を含む。チャネル内の流体は、部分的にあるいは完全にチャネルを満たしてもよい。開放されるチャネルが使用される所定の場合に、流体は、例えば表面張力（例えば凹面または凸面のメニスカス）を使用して、チャネル内に保持される。
【００８９】
いくつかの実施例において、本発明のシステムはマイクロ流体であるが、所定の実施例において、本発明はマイクロ流体システムに制限されるものではなく、他のタイプの流体システムに関するものであってもよい。ここに使用されるような「マイクロ流体」は、１ｍｍ未満の断面寸法を有し、最大の断面寸法に対する長さの比が少なくとも３：１である少なくとも１本の流体チャネルを含む器具、装置、あるいはシステムを示す。ここに使用される「マイクロ流体チャネル」は、これらの基準を満たすチャネルである。
【００９０】
チャネルの「断面寸法」（例えば直径）は、流体流の方向に直交するように測定される。本発明の要素におけるほとんどの流体チャネルは、２ｍｍ未満の、所定の場合に、１ｍｍ未満の最大の断面寸法を有する。１組の実施例において、本発明の実施例を含む全ての流体チャネルは、マイクロ流体であるか、あるいは最大でも２ｍｍ以下あるいは１ｍｍ以下の断面寸法を有する。別の組の実施例において、本発明の実施例を含むチャネルの最大の断面寸法は、５００マイクロメートル未満、２００マイクロメートル未満、１００マイクロメートル未満、５０マイクロメートル未満あるいは２５マイクロメートル未満である。所定の場合に、チャネルの寸法は、流体が物や基板を自由に流れることができるように選択される。更に、チャネルの寸法は、例えば、チャネルの流体の所定の容積測定や直線的な流れの速度測定ができるように選択される。もちろん、チャネルの数およびチャネルの形状は当業者に周知の任意の方法によって変更可能である。所定の場合に、１本以上のチャネルや毛細管が使用されてもよい。
【００９１】
いくつかの実例において、試薬はマイクロ流体チャネルシステムの完全な組立てに先立ってチャネルに配置される。例えば、包囲されるチャネルを有するように設計されるシステムがなお完全に包囲されていないチャネルを有する場合に、マイクロ流体チャネルシステムは完全ではない。チャネルの少なくとも一部が完全に包囲される断面を有する場合に、あるいは全チャネルがその全長に沿ってその入口および出口のうち少なくともいずれか一方を除いて完全に包囲される場合に、チャネルは包囲される。
【００９２】
システムのチャネルが完全に覆われた後に、濡れた試薬はマイクロ流体システムに通常収容される。システムに収容される流体の試薬は、チャネルの入口へ導入されてもよく、チャネルを流体により少なくとも部分的に満たした後にチャネルの入口および出口のうち少なくともいずれか一方は、例えば、流体を保持し、且つ外部源からの汚染を防止すべくシールすることができる。
【００９３】
ここに使用される用語「測定」は、通常、例えば定量的、あるいは質的な（例えば反応部位内の）物質の測定および分析のうち少なくともいずれか一方、あるいは物質の存在または不存在の検知を示す。更に「測定」は、例えば、定量的あるいは質的な、２つ以上の物質間の相互作用の測定および分析のうち少なくともいずれか一方、あるいは相互作用の存在または不存在の検知を示す。
【００９４】
様々な測定（例えば、測定、計量、検知、および制限）技術が使用される。測定技術は、光送信、吸光度、光散乱、光反射および視覚的な技術のような光学に基づいた技術を含む。測定技術は、さらにホトルミネセンス（例えば蛍光）、化学発光、生物発光、および／または電気化学発光のような発光技術を含む。使用される測定技術に従ってマイクロ流体装置を修正する方法は当業者に周知である。例えば、測定に使用される化学発光の種を含む装置に関して、不透明且つ／暗い背景が好ましい。金属コロイドを使用した測定に関して、透明な背景が好ましい。更に、任意の好適な検知器もここに開示される装置と組み合わせて使用されてもよい。例えば、公知の分光光度計および光学読み取り装置（例えば９６−ｗｅｌｌプレートリーダ）と同様に単純な光学検波器を使用することができる。
【００９５】
（例）
次の例は、本発明の所定の実施例を示すことを意図するが、本発明の範囲を完全に示すものではない。
【００９６】
（例１）
マイクロ流体チャネルシステムを組み立てる方法が開示される。
図１Ａおよび１Ｂに示すチャネルシステムは、コンピュータ利用設計（ＣＡＤ）プログラムにより設計される。マイクロ流体装置は、ＳＵ８フォトレジスト（マサチューセッツ州ニュートンに所在するＭｉｃｒｏＣｈｅｍ社）にて製造されたマスタを使用して迅速なプロトタイピングによって、ポリ（ジメチルシロキサン）Ｓｙｌｇａｒｄ １８４（ＰＤＭＳ、登録商標ダウコーニング、ウィスコンシン州ジャーマンタウンに所在するエルズワース社）にて形成される。マスタはシリコンウェハに設けられ、ＰＤＭＳにネガ・パターンを複製することに使用される。マスタは２レベルのＳＵ８を含み、１レベルは、７０マイクロメートル以下の厚み（高さ）を有し、免疫測定領域においてチャネルを形成し、且つ３６０マイクロメートル以下の第２の厚み（高さ）を有し、試薬収容領域および廃棄物格納領域を形成する。別のマスタは３３μｍの厚み（高さ）を有するチャネルにより設計される。マスタは（トリデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロオクチル）トリクロロシラン（独国ＡＢＣ−Ｒ社）によりシラン処理される。ＰＤＭＳはメーカーの指示によって混合され、マスタに注がれる。重合（４時間、６５℃）の後に、ＰＤＭＳの複製が、マスタからはぎ取られ、アクセス・ポートが鋭端（直径１．５ｍｍ）を備えるステンレス鋼管材料を使用して、ＰＤＭＳを打ち抜いて形成される。流体のネットワークを完成させるべく、スライド・ガラス、シリコンウェハ、ポリスチレン表面、ＰＤＭＳのフラットスラブ、あるいは接着テープのような平坦な基板が、カバーとして使用され、ＰＤＭＳ表面に対して配置される。カバーは、分子間力によって適所に保持されても、接着剤を使用してマイクロ流体装置に固定されてもよい。
【００９７】
別例において、マイクロ流体チャネルは、射出成形によってポリスチレン、環状オレフィンコポリマ、あるいは他の熱可塑性物質にて形成される。この方法は当業者に周知である。射出成形キャビティの容量は、成形品の厚みを決定する中空の構造によって分離される底面および天面によって定められる。物の２つの対向側にチャネル特徴部および／または他のマイクロ寸法の要素を含む物において、成形キャビティの底面および天面は、物の両側にチャネル特徴部を形成する隆起した特徴部を含む。物の一方の側にのみチャネル特徴部を含む物については、成形キャビティの天面または底面のみがそのような特徴を含む。物の厚み全体を貫通する貫通孔が、キャビティを横断し、キャビティの１つ以上の表面に埋め込まれ、反対側と接触するピンによって形成される。例えば、ピンは、天面のみから、底面のみから、あるいは天面および底面の両者から延びてもよい。キャビティが加圧され溶解したプラスチックにより満たされ、続いて冷却されると、一方の側または両側にチャネルを備え、且つ接続部や入口および出口として機能する穴を備える物が形成される。流体のネットワークを完成させるべく、接着テープがチャネルをシールすべく物の表面に貼り付けられる。
【００９８】
（例２）
本例は、流体の移動を制御するために少なくとも１つの通気弁が組み込まれる１本のチャネルを含むマイクロ流体システムにおける流体の移動の制御について開示する。図５Ａおよび図５Ｂは、本例に開示されるシステムの概要を示す。
【００９９】
図５Ａに示すシステムは１本のチャネルを含み、このチャネルに入口、出口、通気弁が形成される。本システムは、例１に開示されるような射出成形によって形成される。単一のチャネル３０２は、矢印３０８の方向に流体部３０４および３０６を流すように構成される。水が本実験において流体部３０４および３０６に使用され、これらの流体部は空気のプラグによって分離される。チャネルは通気弁３１０、および通気弁３１０の上流の入口３１２を含む。実験全体において、マイクロ流体チャネルを横断して圧力を降下させるべく−４０ｋＰａの略定圧にて作用する真空がチャネル出口３１４に付与される。
【０１００】
通気弁３１０は開放されると、選択的弁として機能し、これは弁を通過して流れる空気が出口を通過してシステムを退出する流体に代わることを示す。通気弁３１０（弁３１０と入口３１２との間の流体を含む）の上流に配置される流体は、入口が開放されているか閉鎖されているかにかかわらず流れない。通気弁３１０が閉鎖されていると、入口３１２が開放されている限りチャネルの全ての流体は流れる。このように、通気弁３１０はマイクロ流体チャネルの流体の輸送を制御することに使用される。通気弁３１０および入口３１２の両者が閉鎖されていると、流体は（真空が付与されると、所定の運動が流体の膨張により観察されるが）チャネルを流れないものといえる。
【０１０１】
図５Ｂに示すシステムは１本のチャネルを含み、このチャネルに３つの通気弁が組み込まれる。単一のチャネル３２０は、矢印３０８の方向に流体部３２２、３２４、３２６、および３２８を流すように構成される。チャネルは入口３３０、通気弁３３２、３３４、および３３６を含む。図５Ａに開示されるシステムと同様に、マイクロ流体チャネルを横断して圧力を降下させるべく真空がチャネル出口３４０に付与される。
【０１０２】
一実験において、通気弁３３２が開放され、出口３４０に真空が付与されると、流体３２２のみがチャネル３２０を通して輸送される。続いて、通気弁３３２が閉鎖されるとともに弁３３４が開放されると、流体３２４のみがチャネル３２０を通して輸送される。次に、通気弁３３２および３３４が閉鎖されるとともに弁３３６が開放されると、流体部３２６がチャネルを通して輸送される。次に、通気弁３３２、３３４、および３３６が閉鎖されるとともに入口３３０が開放されると、流体部３２８がチャネルを通して輸送される。
【０１０３】
実験の別例において、複数の流体が、チャネルを通して同時に輸送される。一例において、初めて使用されるに先立って、通気弁３３２は閉鎖されるが、弁３３４は開放される。出口３４０に真空を付与すると、流体部３２２および３２４は、矢印３０８の方向にチャネル３２０を通して同時に輸送される。別の実験において、初めて使用されるに先立って、通気弁３３２および３３４は閉鎖されるが、弁３３６は開放される。出口３４０に真空を付与すると、流体部３２２、３２４、および３２６は、矢印３０８の方向にチャネル３２０を通して同時に輸送される。最後に、一実験において、通気弁の全てが閉鎖されるとともに入口３３０が開放される場合に、出口３４０に真空が付与されると、流体部３２２、３２４、３２６、および３２８が同時に輸送される。
【０１０４】
この例は、流体プラグのタイミングを含む流体の制御が、装置において、１つ以上の通気弁を開閉し、装置の使用全体にわたって略定圧にて操作される流体流の１つの源（例えば真空）を付与することによって行われ得ることを示す。
【０１０５】
（例３）
本例は、流体の移動を制御するために複数のチャネルおよび少なくとも１つの通気弁を備えるマイクロ流体システムにおける流体の移動の制御について開示する。図６Ａ乃至６Ｃは、本例に開示されるシステムの概要を示す。図６Ａに示す装置において、マイクロチャネル４１０は、通気弁４１６で交差する２本の分岐チャネル４１２および４１４に連通する。マイクロチャネル４１０は流体４１８を含む。付加的に、流体４２０および４２２は、分岐４１２および４１４にそれぞれ収容される。チャネル４１０が出口４２４に接続されるとともに分岐４１２および４１４が入口４２６および４２８にそれぞれ接続される。装置における全ての流体は、気体（流体４１８、４２０および４２２に混ざらない）のプラグによって分離される。
【０１０６】
実験全体において−４０ｋＰａの略定圧にて作用する真空が、出口４２４に付与される。最初に、通気弁４１６が開放され、これにより流体４１８が矢印４０８の方向にマイクロチャネル４１０を通して流され、空気が通気弁４１６を通して流される。入口４２６および４２８が開放されても、流体４２０および４２２は移動しない。流体４１８が出口４２４を退出した後に、通気弁４１６を通過する気体の流速は、流体４１８によって生じる圧力降下がなくなると、高められる。次に、通気弁４１６が閉鎖される。通気弁が閉鎖されると、図６Ｂに示す混合流体４３０を生成すべく流体４２０および４２２が通気弁４１６にて混合される。
【０１０７】
実験の別例において、流体４２０および４２２は、通気弁４１６を同時にではなく順に輸送される。第１の実験における図６Ｃに示す実施例において、流体４１８が出口４２４を通して輸送された後に、通気弁４１６および入口４２６の両者が閉鎖される（とともに入口４２８は開放される）。入口４２６を閉鎖することによって、流体４２０は、入口４２６に気体が進入できないため、分岐４１２において略静止した状態を保持される。他方、気体が入口４２８を通して輸送されると、流体４２２は分岐４１４を通して輸送され、閉鎖される通気弁４１６を通過して輸送される。
【０１０８】
この例は、流体プラグの混合およびタイミングを含む流体の制御が、装置において、１つ以上の通気弁を開閉し、装置の使用全体にわたって略定圧にて操作される流体流の１つの源（例えば真空）を付与することによって行われ得ることを示す。
【０１０９】
（例４）
本例は、金の粒子上に無電解に銀を析出させることによって光学上検知可能な信号の分析を行なうための分岐チャネルシステムの使用を開示する。図７は、本例において使用される分析装置３００を示す概略図である。本例において使用される分析は、通常２００４年１２月２０日に出願され、発明の名称が「Ａｓｓａｙ Ｄｅｖｉｃｅ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ」である国際公開第ＷＯ２００５／０６６６１３号明細書（国際特許出願公開第ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０４３５８５号明細書）に開示され、その全体がここに開示されたものとする。
【０１１０】
装置は反応領域５１０、廃棄物格納領域５１２、および出口５１４を含む。反応領域は、全長１７５ｍｍ、深み５０マイクロメートル、幅１２０マイクロメートルのマイクロ流体チャネルを含む。装置は、更にマイクロ流体チャネル５１６、並びに分岐チャネル５１８および５２０（それぞれ入口５１９および５２１を含む）を含む。チャネル５１６、並びに分岐５１８および５２０は、深みが３５０マイクロメートル、幅が５００マイクロメートルである。付加的に、チャネル５１６は、長さ３９０ｍｍであり、分岐５１８および５２０は、各々長さ３６０ｍｍである。例１に開示されるように、反応領域およびマイクロ流体チャネルは形成される。チャネルをシールするに先だって、反ＰＳＡ抗体が、反応領域５１０のセグメントにおいて装置の表面に取り付けられる。
【０１１１】
初めて使用されるに先立って、装置に液体試薬が装填される。液体が、２マイクロリットルの水５４２のプラグ、２マイクロリットルの緩衝液５４１のプラグ、コロイド状の金５２６標識の反ＰＳＡ抗体を含む２０マイクロリットルの水溶液のプラグ、１マイクロリットル緩衝液５２４のプラグの順番にてチャネル５１６に装填される。この連続した流体プラグは、入口ポート５３９を通してピペットを使用して装填される。銀塩溶液を含む流体５２８は、ピペットを使用してポート５１９を通して、分岐チャネルに装填される。還元溶液を含む流体５３０は、ポート５２１を通して分岐チャネル５２０内に装填される。図７に示す液体の各々は、空気のプラグによって他の液体から分離される。ポート５１４、５１９、５２１、５３６、５３９、および５４０は、容易に取り払いまたは貫通することができる接着テープによりシールされる。従って、液体は初めて使用されるに先立って装置に収容される。
【０１１２】
最初の使用において、ポート５１４、５１９、５２１、５３６、５３９、および５４０が開封される。１０マイクロリットルのサンプル血液（５２２）を含むチューブ５４４は、ポート５３９および５４０に接続される。これにより、反応領域５１０とチャネル５１６との間に流体の接合部が形成されるが、これがなければ初めて使用されるに先立って反応領域５１０およびチャネル５１６は接合されるものではなく、相互に連通するものでもない。−４０ｋＰａの真空がポート５１４に付与される。サンプル５２２が、反応領域５１０において矢印５３８の方向に流れる。流体が反応領域を通過すると、サンプル５２２のＰＳＡのタンパク質が反応エリアの壁に固定される反ＰＳＡ抗体によって捕捉される。サンプルが反応領域を通過するのに５分かかり、その後、サンプルは廃棄物格納領域５１２に捕捉される。ここに開示される装置において使用可能な例示的な廃棄物格納領域は２００８年８月２２日に出願され、発明の名称が「Ｌｉｑｕｉｄ ｃｏｎｔａｉｎｍｅｎｔ ｆｏｒ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ａｓｓａｙｓ」である米国特許出願公開第１２／１９６，３９２号明細書に開示され、その全体がここに開示されたものとする。
【０１１３】
流体５２４、５２６、５４１、および５４２は、反応領域５１０を介して廃棄物格納領域５１２に向かってサンプルに続く。これにより流体５２４が反応領域５１０に向かって矢印５３８の方向に輸送される。流体５２４が反応領域を通過すると、残存する結合していないサンプル要素を洗い流す。流体５２６が反応領域を通過すると、金標識反ＰＳＡ抗体は、（サンドイッチ免疫複合体を形成すべく）反応領域の壁に捕捉されるＰＳＡに連結される。流体５４１および５４２は、任意の結合していない試薬要素の反応領域に続き更に洗浄する。最後の洗浄流体５４２（水）は、銀塩（すなわち塩化物、リン酸塩、アジ化物）と反応可能な塩類を洗い流す。
【０１１４】
信号を増幅するためにコロイドの径を増加させるべく銀が捕捉される金の粒子に堆積される。いくつかの実施例において、信号は光学的濃度として光学的方法によって記録することができる。これを遂行するために、流体５２８および５３０は反応的な銀溶液を生成すべく混合される。流体５２８および５３０の容量の比は約１：１である。流体５２８および５３０の混合を開始すべく、通気弁５３６が閉鎖されるとともに５１４にて付与される真空は保持され、これらにより、通気弁５３６に向かって流体５２８および５３０が同時に流れる。通気弁は、最終となる前の流体５４２が反応領域を退出した後にのみ、混合を開始すべく閉鎖される。閉鎖は、接着テープによりポート５３６をシールすることによって一実験において行なわれる。別の実験において、電磁弁（ＳＭＣ社Ｖ１２４Ａ−６Ｇ−Ｍ５（図示しない））に処理的に関連するチューブ（図示しない）が、通気弁５３６にＯリングにより気密に接続される。電磁弁は図２Ｅおよび２Ｆに関してここに開示されたものと類似の方法によりポートをシールするために活性化される（ポートを開封するために後に非活性化される）。流体５２８および５３０は、通気弁５３６にて相互に混合され、約１ｘ１０−３Ｐａ ｓの粘性を備える活性化された銀溶液を生成する。通気弁５３６下のマイクロ流体チャネルの断面積は、チャネル５１８および５２０の断面積の約２倍である。１０秒後に、通気弁５３６が開放される。その時に、流体５２８および５３０の両者の約５５％が混合され、残りの流体５２８および５３０は、チャネル５１８および５２０にそれぞれ残される。
【０１１５】
堆積される銀を得るべく、活性化された銀溶液は、反応領域５１０を通過して流れる。混合溶液は数分しか（通常１０分未満）安定しないため、混合は反応領域５１０にて使用するに先だって１分未満行なわれる。更に、コロイドに銀を再生可能に堆積できるように、活性化された銀溶液を生成するための試薬の混合と、反応領域への活性化された銀溶液の輸送との間の時間は、それらが複数の実験間において一貫するように制御される。
【０１１６】
システムを通して流体を流す場合に、チャネル５１６および反応領域５１０内の流体の流速の制御は重要である。反応領域の比較的狭小な横断面積により、反応領域は隘路として機能し、これによりシステムにおける全体的な流速を制御する。反応領域が液体を含む場合に、チャネル５１６の流体の直線的な流れの速度は、約０．５ｍｍ／秒である。分岐チャネル５１８および５２０から主チャネル５１６に流れ込む流体は、この速度においては再生可能に混合されるものではなく、その理由として、一方の流体が他方の流体より速く流れ、これにより、流体５２８および５３０の不等な部分を混合させることが挙げられる。他方では、反応領域が空気を含む場合に、チャネル５１６、並びに分岐チャネル５１８および５２０における流体の直線的な流れの速度は、約１５ｍｍ／秒である。このより高い流速にて、分岐チャネル５１８および５２０における流速は等しく、且つ再生可能であり（通気弁５３６が閉鎖されている場合に）、これにより再生可能な混合が行われる。この理由により、通気弁５３６は、流体５４２が反応領域を通して廃棄物格納領域に移動するまで閉鎖される。流体５４２がいつ反応領域５１０を退出したかを視認により（目により）決定可能である。これに代えて、２００４年１２月２０日に出願され、発明の名称が「Ａｓｓａｙ Ｄｅｖｉｃｅ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ」である国際特許第ＷＯ２００５／０６６６１３号明細書（国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０４３５８５号明細書）に詳細に開示されるように、光学検波器は反応領域５１０の一部を通した光の送信を測定するように配置される。明細書はその全体がここに開示されたものとする。
【０１１７】
図７に示すマイクロ流体システムは、通気弁５３６と反応領域５１０との間のチャネルの量が、混合され活性化された銀溶液（すなわち、流体５２８および５３０の結合した部分がチャネル５１６へ移動するとともに、通気弁５３６が閉鎖される）の予想される量より大きくなるように設計される。これにより、比較的高い直線的な流れの速度にて混合の略全てが、活性化された溶液が反応領域に至るに先立って確実に行われる（この時点において液体は反応領域５１０内になく空気のみが反応領域５１０内に配置されるため）。この構成により、再生可能且つ一様な混合の促進が補助される。
【０１１８】
本例に開示される分析において、数分（例えば２乃至１０分）間反応領域内の活性化された銀混合物の流れを保持することが重要である。第１の実験において、流体５２８および５３０の４５マイクロリットルの量が装填され、その一部は、混合に使用される（合計５５マイクロリットルの活性化された銀溶液を生成する）。この量の結合した流体は、約３００秒の反応領域における滞留時間を有する。しかしながら、液体のこの比較的少量の使用は、課題を提起し得る。比較的短い長さの流体セグメント５２８および５３０が使用される場合に、１：１の比率にて２つの流体を確実に混合することは比較的困難である。セグメント長さにおける小さな変化により、２つの流体の流速は不均一となり、より長いセグメントと比較してより短いセグメントは（比較的小さな抵抗により流れることにより）比較的高い流速を示す。この結果、混合比にずれが生じ得る。
【０１１９】
この結果を区別するために、第２の組の実験が行われ、９０マイクロリットルの量の活性化された銀溶液を生成すべく、４５マイクロリットルの量の銀塩溶液と、４５マイクロリットルの量の還元溶液が混合される。銀塩溶液は、（化学組成の違いによる製造における僅かな差異、およびチャネル形成に使用される加工技術の公差によるチャネル断面の僅かな変動を含む理由の組み合わせにより）還元溶液に対して僅かに速く流れることがわかったため、真空が付与されるときに分岐を通して僅かに高い流速を示す。図８は、銀塩および還元溶液の最初の接触後の経過時間の関数として混合チャネル（単位：マイクロリットル）に進入する銀塩溶液（破線）および還元溶液（実線）の量を示すプロットを含む。図８において、流速のこの差は、ｔ＝０秒乃至ｔ＝９秒までの線の傾斜の僅かな差によって示される。ｔ＝９秒で、セグメントの長さの絶対差は重要なものとなる。また、銀塩溶液（より速い流速を有するため、その分岐により短いセグメントの液体が残る）は、還元溶液に比べて更に速く流れる。この結果は、銀塩の（直線的な推定に対する）曲線の上昇傾向および還元溶液の曲線の下降傾向によって示される。
【０１２０】
付加的に、流体５２８および５３０の試薬のうちの一方の後縁が、通気弁５３６に至ったときに、通気弁５３６の穴の頂部に向かって液体の僅かな爆発が放出されることが観察される。その液体は、外部の弁機構と接触すべく進入すると分かった。これらは弁の効率に迅速にして、且つ顕著な影響を付与するものではないが、弁の望ましくない汚染を生じる。この方法にて（例えば複数の実験を実行すること）弁を繰り返し使用することによって、弁の正常機能が変更される。流体５２８および５３０の全てが混合されるに先だって通気弁５３６を再び開放することにより、流体５２８および５３０のいずれの後縁も通気弁５２６には確実に至らず、また、液体の排出も確実に生じない。従って、（流れる際に流体５２８および５３０の長さ間に大きな変化が確実に生じないように）分岐５１８および５２０に過剰な試薬を装填することによって、および通気弁５３６を再び開放するに先立って約２／３未満の量の収容される試薬を使用することによって、一貫した混合比が混合工程の全体にわたって保持されるとともに、通気弁５３６における外部弁機構の液体の突出または汚染が回避される。弁は、所定の組の試薬の流れの状態に応じて完了の様々な段階にて再び開放される。
【０１２１】
本例は、試薬の混合、流速の変更、および流速のタイミングを含む流体の制御が装置において行われ、１つ以上の通気弁を開閉し、装置の使用全体にわたって略定圧にて操作される流体流の１つの源（例えば真空）を付与することによって分析が行われることを示す。本例は、装置において混合される流体の個別のプラグの流速を制御する重要性を更に示す。
【０１２２】
本発明のいくつかの実施例がここに開示されたが、当業者は機能を実施し、且つ／または結果を得るための様々な他の手段および／または構造体、および／または、ここに開示される１つ以上の効果の構想を容易に描き、そのような変更および／または変形は本発明の範囲内にあるものといえる。通常、当業者はここに開示される全てのパラメータ、寸法、材料、および構成は例示的なものであり、実際のパラメータ、寸法、材料、および／または構成は、本発明の教示が使用される特定の１つ以上の応用に依存することを容易に認識するであろう。当業者は、ただのルーチン実験を使用して、ここに開示される本発明の所定の実施例に対する多くの均等物を認識するかあるいは確認することができるであろう。従って、先の実施例は、添付の特許請求の範囲およびこれらの均等物の範囲内において例示によってのみ示されたものであり、本発明は具体的に開示され特許請求の範囲に請求されるもの以外によって実施されてもよいものといえる。本発明は、ここに開示される個別の特徴、システム、物、材料、キットおよび／または方法に関する。付加的に、２つ以上のそのような特徴、システム、物、材料、キット、および／または方法の任意の組み合わせも、そのような特徴、システム、物、材料、キット、および／または方法が、相互に一貫しないわけではない場合に、本発明の範囲内に含まれる。
【０１２３】
明細書および特許請求の範囲においてここに使用されるような不定冠詞「１つ（ａ）」および「１つ（ａｎ）」は、特に明示されない限り「少なくとも１つ（ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ）」を意味するものといえる。
【０１２４】
明細書および特許請求の範囲においてここに使用される句「および／または（ａｎｄ／ｏｒ）」は、要素の「いずれかまたは両者（ｅｉｔｈｅｒ ｏｒ ｂｏｔｈ）」を示し、要素がそのように結合されたこと、すなわち、所定の場合に結合して設けられ、他の場合に分離して設けられることを示すものといえる。他の要素は、「および／または（ａｎｄ／ｏｒ）」節によって特に識別される要素以外に任意に設けられてもよく、反対の趣旨が明示されない限り特に識別される要素に関連づけられても無関係であってもよい。従って、例として、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」のような非制限的用語と組み合わせて使用される場合に「Ａおよび／またはＢ（Ａ ａｎｄ／ｏｒ Ｂ）」は、一実施例において、Ｂを伴わないＡ（Ｂ以外の要素を任意に含む）を示し、別例において、Ａを伴わないＢ（任意にＡ以外の要素を含む）を示し、更なる別例において、ＡおよびＢの両者（任意に他の要素を含む）を示すこと等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【０１２５】
明細書および特許請求の範囲においてここに使用されるように、「あるいは（ｏｒ）」は、上述したように「および／または（ａｎｄ／ｏｒ）」と同じ意味を有するものといえる。例えば、リスト中の項目を分離する場合に、「あるいは（ｏｒ）」や「および／または（ａｎｄ／ｏｒ）」は、包括的であると解釈されるものとする。すなわち少なくとも１つを包含するが、１つ以上、多数の要素またはリストに示す要素、および任意に付加的なリストに無記載の項目を含む。「〜のうち１つのみ（ｏｎｌｙ ｏｎｅ ｏｆ）」、「〜のうちまさに１つ（ｅｘａｃｔｌｙ ｏｎｅ ｏｆ）」、あるいは特許請求の範囲に使用される場合の「〜からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｏｆ）」のような、それと反対に明示される用語のみ、多くの要素あるいはリストに挙げられる要素のうちまさに一要素を包含するものとする。通常、ここに使用される用語「あるいは（ｏｒ）」は、「いずれか（ｅｉｔｈｅｒ）」、「〜のうちの１つ（ｏｎｅ ｏｆ）」、「〜のうち１つのみ（ｏｎｌｙ ｏｎｅ ｏｆ）」、「〜のうちまさに１つ（ｅｘａｃｔｌｙ ｏｎｅ ｏｆ）」のような排他的用語が先行する場合に、排他的な選択肢（すなわち、「一方または他方であるが両者ではない（ｏｎｅ ｏｒ ｔｈｅ ｏｔｈｅｒ ｂｕｔ ｎｏｔ ｂｏｔｈ）」）を示すものとのみ解釈されるものとする。「〜のみからなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ ｏｆ）」は、特許請求の範囲において使用される場合に、特許法の分野において使用されるようなその通常の意味を有するものとする。
【０１２６】
明細書および特許請求の範囲においてここに使用されるように、１つ以上の要素のリストに関する句「少なくとも１つ（ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ）」は、要素のリスト中の要素のうちの任意の１つ以上から選択される少なくとも１つの要素を意味するが、具体的にリストされる各要素および全ての要素のうち少なくとも１つを含む必要はなく、要素のリスト中の要素の任意の組み合わせを排除するものではないものといえる。この定義により、要素は、句「少なくとも１つ（ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ）」が示す要素のリスト内において特に識別される要素以外に任意に設けられてもよく、特に識別される要素に関係しても無関係であってもよい。従って、例として、「ＡおよびＢのうち少なくとも１つ（ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ ｏｆ Ａ ａｎｄ Ｂ）」（あるいは、同義の「ＡまたはＢのうち少なくとも１つ（ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ ｏｆ Ａ ｏｒ Ｂ）」、あるいは、同義の「Ａおよび／またはＢのうち少なくとも１つ（ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ ｏｆ Ａ ａｎｄ／ｏｒ Ｂ）」）は、一実施例において、少なくとも１つのＡ、任意に１つ以上のＡを含み、Ｂは設けられない（任意にＢ以外の要素を含む）ことを示し、別例において、少なくとも１つのＢ、任意に１つ以上のＢを含み、Ａは設けられない（任意にＡ以外の要素を含む）ことを示し、更なる別例において、少なくとも１つのＡ、任意に１つ以上のＡ、および少なくとも１つのＢ、任意に１つ以上のＢを含む（任意に他の要素を含む）こと等を示す。
【０１２７】
特許請求の範囲においては、上記明細書と同様に、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」、「ｃａｒｒｙｉｎｇ」、「ｈａｖｉｎｇ」、「ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ」、「ｉｎｖｏｌｖｉｎｇ」、「ｈｏｌｄｉｎｇ」等の全ての移行句は、無制限、すなわち含むがこれらに限定されるものではないことを示すものといえる。移行句「ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｏｆ」、および「ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ ｏｆ」のみは、米国特許庁の米国特許審査基準セクション２１１１．０３に示すように、それぞれ限定的、または半限定的な移行句である。
【技術分野】
【０００１】
マイクロ流体システムにおいて流体を混合し輸送するためのシステムおよび方法が開示される。所定の例において、流体は、１つ以上の化学的反応または生体反応に関与することができる試薬を含む。
【背景技術】
【０００２】
流体の処理は化学、微生物学および生化学のような分野において重要な役割を果たす。これらの流体は液体や気体を含み、化学的または生物学的工程に、試薬、溶媒、反応物あるいは洗い流し液を供給する。マイクロ流体の分析のような様々なマイクロ流体の方法および装置により、低コストで高感度且つ正確なプラットフォームが得られるが、複数の流体の混合、サンプル導入、試薬の導入、試薬の収容、流体の分離、廃棄物の収集、オフチップ分析のための流体の抽出、および１つのチップから次のチップへの流体の移動のような流体の操作により、コストおよび複雑さが更に増大する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従って、マイクロ流体システムにおいてコストを低減し、使用を単純化し、且つ／または流体の操作を改善することのできる分野における進歩が好適であろう。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
マイクロ流体システムにおいて流体を混合し輸送するためのシステムおよび方法が開示される。本発明の主題は、所定の例において、相互に関係する製品、所定の課題の代替解決策、および／または１つ以上のシステムおよび／または物の複数の異なる用途を含む。
【０００５】
一組の実施例において、一連の方法が提供される。一実施例において、方法は、主チャネル、第１の流体を含む第１の分岐チャネル、第２の流体を含む第２の分岐チャネル、第１の分岐チャネルの一部と主チャネルの一部との間に配置される通気弁を含む装置を提供する工程を含み、第１の分岐チャネルおよび第２の分岐チャネルは、交差部にて連通し、且つ主チャネルに連通する。方法は、通気弁を始動させる工程と、交差部に第１の流体および第２の流体を略同時に流れ込ませる工程と、混合流体を形成するために第１の流体および第２流体の少なくとも一部を混合する工程とを含む。
【０００６】
別例において、方法は、第１の流体を含む上流チャネル部、第１の流体とは異なる第２の流体を含む下流チャネル部、および上流チャネル部と下流チャネル部との間に配置される通気弁を含む装置を提供する工程を含む。第１のチャネル部および第２のチャネル部は、相互に連通するが、第２の流体は、第１の流体を実質的に流すことなくチャネル部を下流に流れる。方法は、第１の流体を流した後に、第２の流体を上流チャネル部から下流チャネル部に流す工程を更に含む。
【０００７】
別の組の実施例において、一連の装置が提供される。一実施例において、装置は入口、出口、入口と連通する上流チャネル部、出口と連通する下流チャネル部、および下流チャネル部と上流チャネル部との間に配置される通気弁を備える。第１の流体は、上流チャネル部および下流チャネル部の少なくとも一方に収容され、装置は、初めて使用されるに先立って少なくとも１時間にわたって第１の流体を装置に収容するようにシールされ構成される。
【０００８】
別例において、装置は、入口、出口、入口と出口との間の主チャネル、入口と出口との間の主チャネルに沿って直列に配置される第１の通気弁および第２の通気弁を含む。
本発明の他の効果および新規な特徴は、本発明を制限するものではない様々な実施例の後述の詳細な開示から、添付の図面と組み合わせて考慮することにより、明らかになるであろう。本明細書およびここに開示される文献が、矛盾し且つ／または一貫しない開示を含む場合は、本明細書の記載が優先するものとする。ここに開示される２つ以上の文献が相互に矛盾し且つ／または一貫しない開示を含む場合は、後の発効日を有する文献の記載が優先するものとする。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】一組の実施例による複数の通気弁を含む装置を示す概略図。
【図２Ａ】一組の実施例によるここに開示される装置において使用可能な通気弁を示す断面図。
【図２Ｂ】一組の実施例によるここに開示される装置において使用可能な通気弁を示す断面図。
【図２Ｃ】一組の実施例によるここに開示される装置において使用可能な通気弁を示す断面図。
【図２Ｄ】一組の実施例によるここに開示される装置において使用可能な通気弁を示す断面図。
【図２Ｅ】一組の実施例によるここに開示される装置において使用可能な通気弁を示す断面図。
【図２Ｆ】一組の実施例によるここに開示される装置において使用可能な通気弁を示す断面図。
【図３Ａ】一組の実施例による１つ以上の通気弁を含むチャネルの例示的な概略図。
【図３Ｂ】一組の実施例による１つ以上の通気弁を含むチャネルの例示的な概略図。
【図３Ｃ】一組の実施例による１つ以上の通気弁を含むチャネルの例示的な概略図。
【図３Ｄ】一組の実施例による１つ以上の通気弁を含むチャネルの例示的な概略図。
【図４Ａ】一組の実施例による分岐チャネルを示す概略図。
【図４Ｂ】一組の実施例による分岐チャネルを示す概略図。
【図４Ｃ】一組の実施例による分岐チャネルを示す概略図。
【図４Ｄ】一組の実施例による分岐チャネルを示す概略図。
【図４Ｅ】一組の実施例による分岐チャネルを示す概略図。
【図４Ｆ】一組の実施例による分岐チャネルを示す概略図。
【図４Ｇ】一組の実施例による分岐チャネルを示す概略図。
【図４Ｈ】一組の実施例による分岐チャネルを示す概略図。
【図４Ｉ】一組の実施例による分岐チャネルを示す概略図。
【図５Ａ】一組の実施例による装置のチャネルの流体プラグを示す概略図。
【図５Ｂ】一組の実施例による装置のチャネルの流体プラグを示す概略図。
【図６Ａ】一組の実施例による装置のチャネルの流体プラグの様々な構成を示す例示的な概略図。
【図６Ｂ】一組の実施例による装置のチャネルの流体プラグの様々な構成を示す例示的な概略図。
【図６Ｃ】一組の実施例による装置のチャネルの流体プラグの様々な構成を示す例示的な概略図。
【図７】一組の実施例による複数の検知領域を含む装置を示す例示的な概略図。
【図８】時間の関数として一組の実施例による混合流体の蓄積量を示すプロット。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の実施例は、概略図であって正確な寸法に描かれるものではない添付の図面を参照して例示により開示されるが、これらの実施例に限定されるものではない。図において、図示の同一または略同一の要素はそれぞれ、単一の参照符号によって通常示される。明瞭にすべく、全図において全ての要素に符号が付されているとは限らず、図示が当業者に本発明を理解させる上で必要ない場合には、本発明の各実施例の全ての要素が示されるものではない。
【００１１】
マイクロ流体システムにおいて流体を混合し輸送するためのシステムおよび方法が開示される。所定の例において、流体は、１つ以上の化学的反応や生体反応に関与する試薬を含む。いくつかの実施例は、マイクロ流体システムにおいて流体の部分を制御可能に流し、且つ／または混合するために１つ以上の通気弁を使用するシステムおよび方法に関する。通気弁は、例えば、流体が配置されるマイクロ流体チャネルに連通するポートを含み、ポート開口部を覆うようにシールを位置決めすることにより、あるいはシールをポート開口部から取り払うことにより始動される。所定の実施例において、シールは、ポートと連通するチューブに処理的に関連する機械弁のような弁機構を含む。通常、通気弁を開放することにより、ポートを通気孔として機能させることができる。ポートが、通気孔として機能する場合に、通気弁の一方の側に配置される流体は流れるが、第１の流体に対して通気弁の反対側に配置される流体は静止した状態を保持する。弁が閉鎖される場合に、ポートは通気孔としては機能しないため、通気弁の両側に配置される流体は、システムを通って出口に向かって流れる。好適に、流体の流れの順序および流速の変化のうち少なくともいずれか一方のような流体の制御は、１つ以上の通気弁を開閉し、略定圧にて操作される流体流の１つの源（例えば真空）を付与することによって行われ得る。これにより、意図した使用者による装置の操作および使用を単純化することができる。
【００１２】
マイクロ流体システムにおける流体の移動を制御するように通気弁を始動することができる。例えば、流体は、チャネルに連続して収容可能であり、チャネルに沿って配置される通気弁を閉鎖した後に、流体はチャネル出口に向かって連続して流れる。所定の場合に、流体は個別の交差するチャネルに収容され、通気弁を閉鎖した後に、流体は交差部の地点に向かって一体的に流れる。この組の実施例は、例えば、流体が一体的に流れるときに制御可能に流体を混合することに使用することができる。輸送のタイミングおよび輸送される流体の量は、例えば通気弁始動のタイミングによって制御することができる。
【００１３】
好適に、ここに開示される通気弁は、先行技術における所定の弁により生じるであろう操作するマイクロ流体チャネルの断面の収縮を伴うことなく操作することができる。そのような操作モードは、弁を横断して漏れが生じるのを防止することに好適である。更に、通気弁を使用することができるので、ここに開示される所定のシステムおよび方法は、例えば高コスト、組立ての複雑さ、脆弱性、混合気体および液体システムと相溶性の制限、および／またはマイクロ流体システムの低信頼性による課題を生じ得る所定の内部弁を使用することを要求するものではない。通気弁のような外部弁を使用することによって、マクロの規模（マイクロの規模ではなく）の機械的な特徴が利用され、これは通常組立が高価でなく、操作においてより堅固である。付加的に、ここに開示される外部弁は、異種混合の流体（例えば気体および液体の組み合わせ）、並びに泡、小滴および／または粒子を含む流体と組み合わされて好適に機能する。
【００１４】
所定の実施例において、ここに開示されるシステムにおいて使用される流体は、システム自体の内部に収容される。外部弁は試薬輸送のタイミングを制御するが、液体試薬の注入は、上述した所定のシステムを操作することに要求されるものではない。流体源への外部接続を形成することなくシステムを操作する性能により、操作を非常に単純化することができる。
【００１５】
ここに開示される物とシステムは低コストにて形成可能であり、所定の場合に、使い捨てであってもよい。付加的に、いくつかの実施例において、ここに開示される物とシステムは、機械的特徴が複雑ではないため迅速に形成可能である。これらの効果により、多数の化学的および生物学的システム（例えば生物活性実験）に好適な広い範囲の構成を実験し、実施することができる。他の効果はより詳細に以下に開示される。
【００１６】
ここに開示されるシステムおよび方法は、様々な分野に応用可能である。所定の場合に、システムおよび方法は、例えば特にマイクロ流体ポイントオブケア診断、マイクロ流体ラボ化学分析システム、細胞培養や生物反応槽における流体制御システムのような様々なマイクロ流体システムにおける流体流および混合を制御することに使用することができる。ここに開示される物、システム、および方法は、低コストで堅固且つ使い捨て可能なマイクロ流体装置が要求される所定の場合に、特に好適である。ここに開示される流体の制御は、任意の好適な化学的反応および生体反応のうち少なくともいずれか一方を行うために使用されてもよい。特定の例として、ここに開示される流体の制御は、例において後述する銀溶液分析のような不安定な反応先駆体を使用する抗体分析における試薬輸送を制御することに使用される。
【００１７】
ここに開示される物、要素、システム、および方法は、２００４年１２月２０日に出願され、発明の名称が「Ａｓｓａｙ Ｄｅｖｉｃｅ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ」である国際公開第ＷＯ２００５／０６６６１３号明細書（国際出願公開第ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０４３５８５号明細書）、２００５年１月２６日に出願され、発明の名称が「Ｆｌｕｉｄ Ｄｅｌｉｖｅｒｙ Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ」である国際公開第ＷＯ２００５／０７２８５８号明細書（国際特許出願公開第ＰＣＴ／ＵＳ２００５／００３５１４号明細書）、２００６年４月１９日に出願され、発明の名称が「Ｆｌｕｉｄｉｃ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ Ｍｅａｎｄｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｗｉｄｅ Ｃｈａｎｎｅｌｓ」である国際公開第ＷＯ２００６／１１３７２７号明細書（国際特許出願公開第ＰＣＴ／ＵＳ０６／１４５８３号明細書）、２００８年５月１日に出願され、発明の名称が「Ｆｌｕｉｄｉｃ Ｃｏｎｎｅｃｔｏｒｓ ａｎｄ Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ Ｓｙｓｔｅｍｓ」である米国特許出願公開第１２／１１３，５０３号明細書、２００８年８月２２日に出願され、発明の名称が「Ｌｉｑｕｉｄ ｃｏｎｔａｉｎｍｅｎｔ ｆｏｒ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ａｓｓａｙｓ」である米国特許出願公開第１２／１９６，３９２号明細書、２００９年４月２２日に出願され、発明の名称が「Ｆｌｏｗ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｎ Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ Ｓｙｓｔｅｍｓ」である米国特許出願公開第１２／４２８，３７２号明細書、２００８年１２月１８日に出願され、発明の名称が「Ｒｅａｇｅｎｔ Ｓｔｏｒａｇｅ ｉｎ Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ａｒｔｉｃｌｅｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ」である米国特許出願公開第６１／１３８，７２６号明細書、２００９年２月２日に出願され、発明の名称が「Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｆｏｒ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ Ｌｉｇｈｔ Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ ｗｉｔｈ Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ Ｄｅｖｉｃｅｓ」である米国特許出願公開第６１／１４９，２５３号明細書と組み合わされてもよい。これらの明細書は、その全体がここに開示されたものとする。
【００１８】
通気弁および他の要素を含む一連の例示的な装置が以下に開示される。
図１は、一組の実施例による、１つ以上の通気弁および１つ以上の流体を含む装置の例示的な概要図である。図１に示す実施例において、装置１０は、入口１４、出口１５、上流部１６、および下流部１８を含むチャネル１２を備える。チャネルは、上流チャネル部および下流チャネル部の少なくとも１つに第１の流体２０のような流体を更に含む。チャネルは、第１の流体に付加的に、あるいは第１の流体に代えて、第２の流体２２を更に含んでもよい。複数の流体が収容される実施例において、これらの複数の流体は、１つ以上の混合不能な分離する流体プラグ（例えば気体（例、空気）や油のような分離流体）によって相互に分離することができる。いくつかの実例において、装置（任意の入口、出口および通気弁を含む）は、意図される使用者により初めて使用されるに先立って装置に流体（例、流体２０および２２のいずれかまたは両者）を収容するように、シールされ、構成される。
【００１９】
図１に示すように、第１の流体２０および第２の流体２２は、相互に直接的に接触しない。例えば、チャネル内の第１の流体および第２の流体は、第１の流体および第２の流体の両者と混合不能な第３の流体２１によって分離される。一組の実施例において、流体２０および２２はいずれも、例えばそれらの間に配置される気体のプラグによって分離される液体であってもよい。別例において、流体２０および２２は両方の液体と混合不能な第３の液体によって分離される液体である。２以上の流体が使用される場合に、気体と液体の任意の好適な組み合わせがチャネル内の流体の複数の部分を分離するために使用されてもよい。
【００２０】
装置１０は、下流チャネル部と上流のチャネル部との間に配置される通気弁２４を更に含む。ここに使用されるように、「通気弁」は、チャネルと連通するポートを含む弁、およびポートを開閉するために操作可能な機構を示し、通気弁はチャネル内部に対する外部の環境にチャネル内部を暴露するか、外部の環境からチャネル内部をシールする。例示的な外部の環境は、例えば、周囲の環境（例えば空気）、および流体（例えば加圧された気体または加圧されない気体）を含むタンクを含む。
【００２１】
図２Ａ乃至図２Ｆは、通気弁の例示的な断面図である。図２Ａおよび図２Ｂに示す実施例の組において、通気弁２４Ａはチャネル１２に隣接して配置される。通気弁はチャネルと連通するポート２６Ａを含む。付加的に、通気弁は、アクチュエータ３０Ａによって移動可能なシール２８Ａ（例えばカバー）を含む。図２Ａにおいて、通気弁は、チャネル１２がポート２６Ａを介して周囲の環境３２に暴露されるように開放される。図２Ｂにおいて、通気弁は、チャネル１２がシール２８Ａによって周囲の環境３２から隔離されるように閉鎖される。図２Ｃおよび図２Ｄの実施例に示すように、通気弁２４Ｂは、ポート２６Ｂの開口部を閉鎖することができるプラグの形態のシール２８Ｂを含む。シール２８Ｂはいくつかの実施例において変形可能である。
【００２２】
図２Ｅおよび図２Ｆの実施例に示すように、通気弁２４Ｃは、流体を流すチャネル（例えばマイクロ流体チャネル）を形成するチューブ３３と処理的に関連する弁機構３１を含む。チューブは、マイクロ流体基板（例えば外側表面２７）に対して押圧されると気密なシールを形成するプレート３５に取り付けられる。シールは、圧縮したガスケットやＯリング３７、あるいはより詳細に後述する他の任意の好適な要素を使用して形成されてもよい。これに代えて、チューブはポートへ圧入されてもよい。図２Ｅおよび図２Ｆに示すように、弁はポート２６Ｃと連通する。弁は弁機構３１を始動させることにより開閉される。例えば、図２Ｅに示すように、弁が開放されると、チューブ３３内の流体は、自由に弁機構を横断して流れる。上記実施例、および別例において、チャネル１２は、チューブの他端にて環境３９に暴露され、連通する。例えば、図２Ｆに示すように、弁が閉鎖されると、チューブ３３内の流体は、弁機構を横断してもはや流れないため、チャネル１２は、チューブの他端にて環境３９と隔離され、連通しなくなる。環境３９は、周囲の環境（例えば、チューブが空気に開放される）と、流体（例えば圧縮空気や窒素のような気体）を含むタンクとを含む任意の好適な環境であるものといえる。
【００２３】
当業者は、好適な所定の応用に使用される始動機構およびシールのうち少なくともいずれか一方を選択することができるであろう。チューブや通気弁の他の任意の好適な要素に処理的に関係する弁機構の例は、ダイアフラム弁、ボール弁、ゲート弁、蝶形弁、玉形弁、ニードル弁、ピンチ弁、ポペット弁あるいはピンチ弁を含むが、これらに限定されるものではない。ソレノイド、モータを含む任意の好適な手段により、手動により、あるいは水圧や空圧により、弁機構は始動されてもよい。付加的に、任意の好適なシールが使用可能である。いくつかの実施例において、シールは、所定の場合にシステム内の１つ以上の流体と混合しても化学反応を生じないように選択されるゴムや他のエラストマ材料を含む。好適なシール材料は、天然ゴム、熱可塑性物質、合成ゴム（例えばフッ素重合体、ネオプレン、ニトリル、シリコン、フルオロシリコン（ｆｌｕｏｒｏｓｉｌｉｃｏｎｅ）等）、あるいはこれらの組み合わせを含むが、これらに限定されるものではない。シールは、いくつかの実施例において通気弁の表面に貼り付けられるか、表面に一体的に形成される。
【００２４】
所定の場合に、シールは、装置の表面の対応する切り欠きに係合するように設計される通気弁の表面のリップ部（図示しない）を含み（逆もまたしかり）、これにより通気弁が閉鎖位置にあるときに、シールを形成するためにリップ部が切り欠きに係合する。所定の場合に、１つ以上の通気弁が、電子的に始動される。例えば、いくつかの実施例において、センサは、システム内にて決定された信号に応じて通気弁を開閉可能なアクチュエータおよびマイクロプロセッサのうち少なくともいずれか一方と作用する関係にある。所定の場合に、例えばマイクロプロセッサによって実行される予め定義したプログラムによって命令されるタイミングに基づいて、通気弁は電気的に始動されてもよい。ここに開示される任意の好適な制御システムおよび技術は、潜在的に他の制御システムと組み合わせて設けられてもよく、これらの他のシステムは、特に他の、あるいは付加的な機能を有することが開示されるものではない。
【００２５】
通気弁は、所定の場合に、ポートがマイクロ流体チャネルの少なくとも一部に（例えば覆うように）隣接するように配置される。図２Ａおよび図２Ｂに示すように、例えば、いくつかの実施例において、ポートはチャネルが形成される装置の外側表面２７にチャネル内部を接続する開口部を含む。図２Ａおよび図２Ｂは、外側表面２７に直接隣接するポートの開口部を示すが、図２Ｃおよび図２Ｄに示す別例において、ポートの開口部は、介在するチャネル２９によってチャネル内部に接続されてもよい。いくつかの実施例において、チャネルは物に形成され、ポートは物の平面から実質的に退出する方向に延びるように形成される。例えば、いくつかの実施例において、ポートは、チャネルが形成される基板の天面にドリルにより穴を空けることにより形成されてもよい。別例において、例えば、例１に示すように、ポートは型枠の空洞に配置されるピンを使用して射出成形によって形成される基板にモールド成型されてもよい。
【００２６】
通気弁はチャネルシステム内の流体の移動を制御するために使用することができる。図１を参照すると、真空が出口９２に（出口１５を閉鎖した状態で、あるいは出口９２を閉鎖した状態で出口１５に）付与され、これにより、流体２２を出口に向かって矢印５２の方向に引くことができる。通気弁２４が開放されているときに、環境外部からチャネル内部までの流体は通気弁を通して、チャネル内に引くことができる。例えば、外部環境における流体が周囲空気である場合に、空気は通気弁の開放時にチャネル内部に進入する。
【００２７】
所定の場合に、外部環境からのこの流体は、チャネルシステム内の流体と混合される。例えば、通気弁２４に配置される流体２１が気体である実施例において、チャネルに進入する周囲空気は、流体２１と混合される。通気弁のポートが周囲空気と連通する場合のような所定の場合に、流体２１や流体２０に隣接する任意の他の流れに対する抵抗は、流体２０の流れ自体に対する抵抗より小さく、そのような場合、真空源が流体２０の下流に適用されても、流体２０は略静止した状態を保持する。これにより、流体２０を実質的に流すことなくチャネルの下流部を通して流体２２を流すことができる。通気弁２４が閉鎖している場合に、周囲空気は、通気弁を通してチャネルに引くことができず、流体２０は矢印５２の方向にチャネル１２を通して輸送される。
【００２８】
いくつかの実施例において、ここに開示される装置は複数の通気弁を備える。装置は、例えば、主チャネルの入口と出口との間に主チャネルに沿って直列に配置される複数の通気弁を含む。図１に示す実施例の組は、例えば、チャネル１２に沿って、入口１４と出口１５との間に、直列の通気弁２４を配置した任意の第２の通気弁３４を含む。
【００２９】
所定の場合に、装置は、１本以上の分岐チャネル、すなわち交差部にて装置の別のチャネルと交差するチャネルを含む。例えば、いくつかの実施例において、装置は、第１の分岐チャネルを含む第１の上流部、および第２の分岐チャネルを含む第２の上流部を備える。第１および第２の分岐チャネルは所定の場合に相互に交差する。付加的に、１本以上の分岐チャネルは、下流のチャネル部と連通する。所定の場合に、装置は、主チャネルと連通する１本以上の分岐チャネルを含み、それらのうち任意のものは、内部に収容される（例えば初めての使用に先立って）１つ以上の流体を含む。例えば、図１に示す実施例の組において、装置１０は、任意にチャネル３６および３８のうち少なくともいずれか一方を含み、これらは主チャネル１２から分岐する。チャネル３６および３８は、任意の通気弁３４の位置にて交差し、チャネル１２の下流部（例えば下流部１８）に連通する。分岐チャネルの各々は、いくつかの実施例において、更に分岐チャネルを含んでもよい。例えばチャネル３６から分岐チャネル４０、４２および４４のうち任意のものが装置に含まれてもよい。付加的に、例えばチャネル３８から分岐チャネル４６、４８および５０のうち任意のものが装置に含まれてもよい。任意に、１つ以上の通気弁が１本以上の分岐チャネルに関与してもよい。同じに関連した機能性と同様に通気弁とチャネルの付加的なレイアウトも、より詳細に下に開示される。
【００３０】
１組の実施例において、（例えば主チャネルの）上流チャネル部は、第１の分岐チャネルとして機能し、装置は第２の分岐チャネルを更に備え、第１の分岐チャネルおよび第２の分岐チャネルは交差部にて接続し、下流チャネル部に連通する。図１に示す実施例において、主チャネル１２の上流部１６は、第１の分岐チャネルとして機能し、チャネル３６および３８のいずれか、あるいは両者は第２（あるいは第３）のチャネルとして機能する。
【００３１】
ここに開示されるチャネルのレイアウトは任意の好適な構成に流体を収容することに使用することができる。分岐チャネルのうちのいずれも、主チャネル内に含まれる１つ以上の流体に代えて、あるいはその流体に付加的に１つ以上の流体を含むことができる。例えば、第１の流体は主チャネルに含まれ、第２の流体は第１の分岐チャネル内に含まれる。所定の例において、第３の流体は、第２の分岐チャネルに含まれてもよい等である。例えば、図１に示す実施例の組において、上流部１６は任意の流体６０を含み、任意の分岐チャネル３６は任意の流体６２を含み、また、任意の分岐チャネル３８は任意の流体６４を含む。付加的に、任意の分岐チャネル４０、４２、および４４は、任意の流体６６、６８、および７０をそれぞれ含み、任意の分岐チャネル４０、４２、および４４は、任意の流体７２、７４、および７６をそれぞれ含む。所定の場合に、そのような流体の１つ以上は、初めて使用されるに先立って装置に収容されシールされる。
【００３２】
通気弁は、装置内の任意の好適な位置に配置される。所定の場合に、通気弁は、２つの流体（例えば２つの収容される流体）間に配置される。例えば、図１に示す実施例の組において、通気弁２４は、第１の流体２０と第２の流体２２との間に配置される。付加的に、あるいはこれに代えて、任意の通気弁３４は、任意の第３の流体６０と、第１の流体２０および第２の流体２２のうち少なくともいずれか一方との間に配置されてもよい。所定の場合に、通気弁は、第１の分岐チャネルの一部と主チャネルの一部との間に配置される。例えば、通気弁は、分岐チャネルおよび主チャネルの交差部のような、２本以上のチャネルの交差部に配置される。例えば、図１において、任意の通気弁３４は、チャネル１２と、任意のチャネル３６および３８との交差部に配置される。付加的に、任意の通気弁７８は、任意のチャネル４０、４２、４４および３６の交差部に配置される。所定の場合に、１つ以上の通気弁が分岐チャネルの一部に配置される。例えば、図１において、分岐チャネル４６、４８、および５０は、通気弁８０、８２および８４をそれぞれ含み、これらは分岐チャネルの非交差部に配置される。
【００３３】
流体を輸送し、且つ／または混合する方法も開示される。一組の実施例において、方法は、１つ以上の流体を移動させる一方、１つ以上の他の流体を略静止した状態に保持する工程を含む。例えば、図１に示す実施例の組において、圧力勾配は、例えば出口（例えば、出口９２を閉鎖した状態の出口１５、あるいは出口１５を閉鎖した状態の出口９２）に負圧を付与することによってチャネル１２に付与される。通気弁２４が開放位置にある場合に、圧力勾配は、矢印５２の方向にチャネル１２を通して流体２２を流す。ここに開示されるような流体２０を実質的に流すことなくこれは生じる。いくつかの実施例において、チャネル１２内の流体２０より流体の流れに対して低い抵抗を有する周囲空気は、流体２０が実質的に静止した状態を保持できるように通気弁２４を通して引かれる。いくつかの実施例において、第１の流体が流される部分の上流のチャネル部からの第２の流体は、通気弁が閉鎖されるように上流チャネル部と下流チャネル部との間の通気弁を始動させることによって輸送される。例えば、図１において、通気弁２４が閉鎖位置にあり、且つ上流の入口（例、入口１４）や通気弁（例、通気弁３４）が開放されるときに、圧力勾配により、矢印５２の方向にチャネル１２を通して流体２０が流される。
【００３４】
流体の流れのタイミングは、ここに開示されるシステムおよび方法を使用しても制御することができる。例えば、いくつかの実施例において、流体２２および２０は、（例えば通気弁２４を閉鎖した後に真空を付与することによって）チャネル１２を通して略同時に輸送することができる。例えば、いくつかの実施例において、流体２２および２０は、（例えば通気弁２４を閉鎖するに先だって最初に真空を付与し、これにより流体２２を輸送し、続いて通気弁２４を閉鎖し、流体２０を輸送することによって）チャネル１２を通して連続して輸送することができる。これらの方法は、負圧源と、チャネル内に流すことを要求される流体との間の好適な通気弁を閉鎖することによって、任意のチャネル内の任意の流体の流れを制御することに通常使用可能である。例えば、任意の流体６２の輸送が要求されると、負圧が出口９２に付与されるが、出口１５および通気弁２４、３４および９４は、閉鎖される（且つ通気弁７８のような流体６２の上流の弁は、開放した状態を保持する）。所定の場合に、この輸送は、分岐部１６および３８のような他の分岐部が入口を含むとき、あるいは分岐部に含まれる任意の流体の上流に配置される通気弁が、閉鎖した位置、または分岐部１６および３８のような他の分岐部を含まない装置に配置されるときに行われる。これらおよび他の方法を使用して、流体は、流体システム内の所望の位置（すなわち、反応部位）に所定の時点にて所定の順に輸送され、反応あるいは他の流体の工程が実施される。更に、ここに開示される物および方法により、第１の組の工程を、第２の組の工程から切り離すことができる。例えば、これらの工程の各々を独立して制御することができるので、１つ以上の混合領域内の２つ以上の流体の混合時間は、反応領域内のサンプルの滞留時間から分離可能である。更なる効果および例がここに開示される。
【００３５】
２つ以上の流体を混合する方法も開示される。混合工程は、所定の場合に分岐チャネルを使用する工程を含む。いくつかの実施例において、方法は、主チャネル、第１の流体を含む第１の分岐チャネル、および第２の流体を含む第２の分岐チャネルを含む装置を提供する工程を含み、第１の分岐チャネルおよび第２の分岐チャネルは、交差部にて連通し、且つ主チャネルに連通する。いくつかの実施例において、第１の分岐チャネルは、交差部の上流にある主チャネルの一部を含む。例えば、図１に示す実施例の組において、主チャネルはチャネル１２を含み、第１の分岐チャネルは（流体６０を含む）上流部１６を含み、第２の分岐チャネルは（流体６２を含む）チャネル３６を含む。所定の場合に、第１の分岐チャネルおよび第２の分岐チャネルの両者は、主チャネルからの方向から逸脱する。例えば、図１において、主チャネルはチャネル１２を含み、第１の分岐チャネルは（流体６２を含む）チャネル３６を含み、第２の分岐チャネルは（流体６４を含む）チャネル３８を含む。いくつかの実施例において、装置は、第１の分岐チャネルの一部と主チャネルの一部との間に配置される通気弁を含む。所定の場合に、通気弁は、第１の分岐チャネルおよび第２の分岐チャネルの交差部に配置されてもよい。例えば、図１において、通気弁３４は、チャネル１２、３８および３６の交差部に配置される。いくつかの実施例において、通気弁は、分岐チャネルの交差部から上流に配置される。例えば、図１において、任意の通気弁９４はチャネル３６および３８の交差部の上流にチャネル３６を覆うように配置される。いくつかの実例において、装置は、第２の分岐チャネルの一部と主チャネルの一部との間に配置される通気弁を含む。図１において、通気弁３４は、第２の分岐チャネル３８と主チャネル１２との間に配置される。付加的に、任意の通気弁９６は、第２のチャネル３８の一部と、主チャネル１２との間に配置される。
【００３６】
いくつかの実施例において、混合方法は、少なくとも１つの通気弁を始動させる一方、第１の流体および第２の流体を２本以上のチャネルの交差部に流れ込ませるべく装置（例えば入口および出口）の２つの開口部を横断して圧力勾配を付与する工程を含む。交差部内への第１の流体および第２の流体の流れは、略同時に生じる。所定の場合に、交差部に輸送される流体の各々の少なくとも一部は、混合流体を形成すべく混合されてもよい。単一の通気弁を始動して、２つ以上の流体を流すことができる。例えば、図１において、通気弁３４が閉鎖される場合（且つ任意の通気弁９４および９６が設けられない場合）に、２つ以上の流体６２、６０、および６４は、これらの流体の各々の上流の少なくとも１つの入口あるいは通気弁が開放されている限り、チャネル１２、３６、および／または３８の交差部に向かって流れる。別例として、任意の通気弁７８が閉鎖される場合（弁７９と圧力勾配源との間の他の通気弁も閉鎖される場合）に、２つ以上の流体６６、６８、および７０は、これらの流体の各々の上流の少なくとも１つの入口あるいは通気弁が開放されている限り、チャネル４０、４２、および／または４４の交差部に向かって輸送される。
【００３７】
いくつかの実施例において、装置は、主チャネル、第１の流体を含む第１の分岐チャネル、および第２の流体を含む第２の分岐チャネルを含み、第１の分岐チャネルおよび第２の分岐チャネルは、交差部にて連通し、且つ主チャネルに連通する。第３の流体が、主チャネルに任意に設けられてもよく、これは例えば分岐チャネルの下流である。通気弁は、第１の分岐チャネルの一部と、主チャネルの一部との間に（例えば第１のチャネルおよび第２のチャネルの交差部に、あるいは主チャネルに沿って）配置されてもよい。システムを操作する工程は、通気弁を始動させる工程と、交差部に第１の流体および第２の流体を略同時に流れ込ませる工程と、混合流体を形成するために第１の流体および第２流体の少なくとも一部を混合する工程とを含む。いくつかの実施例において、主チャネルの第３の流体は、第１の流体および第２の流体を実質的に流すことなく通気弁（あるいは一連の通気弁）を始動させるに先だって流れてもよい。第３の流体が主チャネル（例えば反応部位あるいは装置の他の一部への）で流された後に、上述したように第１の流体および第２の流体を流すべく、第１の分岐チャネルの一部と主チャネルの一部との間に配置される通気弁を始動してもよい。いくつかの実例において、略一定の真空が、主チャネルの出口に付与され、第３の流体、第２の流体、および第１の流体の流れのタイミングが、通気弁の始動のタイミングによって得られる。システムを操作する工程は、所定の場合に、（例えば第１の流体および第２の流体の全てを混合させないように）所定量を混合させるべく通気弁を始動させた後に所定の時間待機する工程と、第１の分岐チャネルおよび第２の分岐チャネルに残留する第１の流体および第２の流体がそれぞれ主チャネルに流れることを防止すべく通気弁を続いて開放する工程とを含む。従って、所定の混合量の第１の流体および第２の流体が、このタイミングの方法を使用して、主チャネルに輸送される。
【００３８】
いくつかの実施例において、チャネル交差部に向かって２つ以上の流体を流すべく複数の通気弁が始動される。例えば、図１において、通気弁９４および９６の両者は（例えば略同時に）閉鎖され、これにより、流体６２および６４がチャネル３６および３８の交差部に向かって（例えば略同時に）流される。入口１４も、存在する場合に、閉鎖した状態を保持する。流体は、例えば出口９２にて低減された略一定の圧力を付与するとともに、全ての他の入口、出口、あるいは流体と出口９２との間の通気弁を閉鎖した状態を保持することによって生ぜられる圧力勾配の存在により流れる。付加的に、通気弁８０、８２、および８４は（例えば略同時に）閉鎖され、これにより流体７２、７４、および７６がチャネル３８の部分９８に向かって（例えば略同時に）流される。所定の実施例において、流体は共通の領域（例えば交差部、混合領域等）に略同時に至る。共通の領域に２つ以上の流体を略同時に輸送および／または輸送することは、例えば２つ以上の流体間の共通の表面積を最大限にすることによって、２つの流体を効率的に混合することができる点において好適である。付加的に、より詳細に後述するように、共通の領域に２つ以上の流体を略同時に輸送することにより、２つ以上の流体を略等量輸送することが補助される。これは、流体の正確な量の混合が要求される工程において重要である。所定の場合に、より詳細に後述するように、共通の領域に２つ以上の流体を略同時に輸送することにより、混合流体とシステム内の他の流体との間の泡の形成を回避することが補助される。
【００３９】
所定の場合に、装置の１つ以上のパラメータは、装置を通して輸送される２つ以上の流体が装置の領域内にて相互に略同時に接触するように、選択される。例えば、所定の場合に、少なくとも２本のチャネル（例えば２本の分岐チャネル、分岐チャネルおよび主チャネル等）の断面積、混合される流体の粘性、混合される流体の相対的な量、混合される流体を含むチャネルの直線状の長さ、付与される圧力の量、流体の各々から交差部の地点への距離は、等圧が２本のチャネルの各々に付与されるときに、これらのチャネル内の流体が交差部、あるいは他の共通の領域に略同時に流れ込むように選択される。
【００４０】
システム内の混合を制御するために、システムにおける流体の流速を制御することは有用であろう。例えば、１つの流体（例えば図１における流体６２）が別の流体（例えば図１における流体６０）に先だって通気弁のような共通の領域に至る場合に、課題が生じ得る。そのような場合、予想されるように、混合が生じない可能性がある。例えば、所定の場合に、第１の流体（例えば流体６２）は、第２の流体（例えば流体６０）に先だって通気弁３４に至ると、通気弁を満たし、通気弁と第２の流体の前方端部との間の分離する流体プラグの泡を効率よく捉えることができる。この場合に、流体６２の一部は、流体６０と混合することなく分離され、主チャネルの下流に流れるであろう。いくつかの実施例において、これにより、第１の量の混合されていない試薬（例えば流体６２中の試薬）に対して分析の反応領域あるいは他の領域が暴露され、分離する流体プラグのセグメントがこれに続き、流体６０および６２の略再生不能な混合物がこれに続く。いくつかのそのような場合において、反応領域に生じる化学的反応や生体反応は、再生不可能である。
【００４１】
理論によって拘束されることなく、発明者は、チャネルシステム内を流れる流体の流速、チャネル容量、および粘性間の関係をより良好に理解することに後述する理論を使用することができると思料する。ポアズイユの法則は、圧力によって駆動されるチューブ内の圧縮不能な一様な粘性流体（例えばニュートン流体）の層流を示し、これは以下のように表される：
【数１】
例えば、Ｑは容積測定の流速（例えばｍ３／秒）であり、Ｒはチューブ（ｍ）の半径であり、ΔＰはチューブ（Ｐａ）を横断する圧力の変化であり、ηは動的な流体の粘性（Ｐａ・ｓ）であり、Ｌはチューブ（ｍ）の長さである。任意の閉鎖されるチャネルへの円形のチューブを越えて一般化するために、この方程式を次のように表すことができる：
【数１ｂ】
Ａはチャネルの断面積であり、ＲＨは水力半径であり、Ｐはチャネルのパラメータであり、ＲＨ＝２Ａ／Ｐである。円形のチューブにおいて、ＡＲＨ２＝πＲ４である。幅ｗおよび深みｄの矩形のチャネルにおいて、ＡＲＨ２＝（ｗｄ）３／（ｗ＋ｄ）２である。複数の流体を制御して混合する場合に、個別の流体の流れに影響する要因を考慮することが重要である。ΔＰ、η、ＲＨ２およびＬが等しいように設計されるシステムにおいて、流体の両者は、同様の態様にて流れる必要があり、流体の再生可能な混合がなされる必要がある。これらのパラメータのうちの１つ以上が流体において異なる場合に、システムの設計は、差異が相殺されるようになされる必要がある。
【００４２】
いくつかの実施例において、混合される２つ以上の流体は、略等しい量を有する。２つ以上の流体は更に同様の粘性を有し、同様のチャネル断面を有するチャネルに配置される。所定の場合に、混合される流体の前方の接合部と、これらが混合される交差部（例えば混合室）との間の１つ以上の分離する流体プラグの量は、試薬の両者に対して類似する。これにより、流体が交差部に移動を開始するときに流体が交差部に略同時に確実に至ることが補助される。これらおよび他のパラメータにより、２つ以上の流体は共通の領域に略同時に輸送され、これにより、再生可能な混合を生じる。
【００４３】
第１の流体が第１の量を有し、第２の流体が第１の量とは異なる第２の量を有するいくつかの実施例において、より小容量の流体の速度は、比較的より小容量の流体が示す流体流に対する比較的小さな抵抗により、より大容量の流体に対して増加する（液体の流れに対する流体力学的抵抗は、１／Ｌに等しく、Ｌは流体セグメントの長さである。チャネルの寸法および粘性が等しい場合に、より短い流体セグメントは、より長い流体セグメントと比較して速く流れる）。これにより要求される混合比からずれが生じ得る。この理由として、より大容量の流体に対して付加されるより小容量の流体が比較的大量に生じてしまうことによる。この作用は自己増幅である。その理由として、より小容量の流体が、より速く移動すると、その容量は不均衡に減少し、これにより速度が更に高められることによる。この潜在的な課題を解決すべく、チャネルの流体流に対して等しい抵抗が生じるように、チャネルの断面を選択することができ、あるいは、混合される流体の粘性を選択することができる。例えば、より小容量の流体に対する抵抗を高めるべく、より小容量の流体は、より大容量の流体の全体的な抵抗と整合すべくより大容量の流体を含むチャネルと比較してより小さな断面を有するチャネルに配置される。付加的に、あるいはこれに代えて、より少量の流体の粘性は、より大容量の流体の全体的な抵抗と整合させるべく流体流に対するその抵抗を増加させるために増加されてもよい。
【００４４】
所定の場合に、チャネル内の流体の輸送および混合のうち少なくともいずれか一方は、比較的少量の表面の粗さを備えたチャネルを使用することによって促進することができる。各液体と混合室の収容位置間のチャネルの表面の異質性（例えば粗さ、チャネル表面の欠陥、チャネル表面の化学的堆積の変化）は、流体部分と分離する流動性のプラグの間の接合面（すなわち、液体の大部分）の前進に影響を付与し得る。従って、ここに開示されるいくつかの実施例において、チャネル表面は比較的低い表面の粗さを有する。チャネルの表面は、例えば約５μｍ未満の二乗平均平方根（ＲＭＳ）の表面の粗さを有する。別例において、ＲＭＳの表面の粗さは、約３μｍ未満、約１μｍ未満、約０．８μｍ未満、約０．５μｍ未満、約０．３μｍ未満あるいは約０．１μｍ未満である。
【００４５】
流体に湿潤剤を付加することによっても、チャネル内の流体の再生可能な進行を促進することができる。湿潤剤は、流体と分離する流体プラグとの間の接合部を固定させ、且つ／またはチャネルの表面への異質部分の影響を低減することができる。いくつかの実施例において、湿潤剤は流体内において１つ以上の要素（例えば試薬）と悪い反応をしないようなものを選択することができる。好適な湿潤剤の例は、非イオン性洗剤（例えば登録商標Ｔｗｅｅｎ ２０および登録商標Ｔｒｉｔｏｎ、脂肪アルコールのようなポリ（エチレンオキシド）誘導体）、陰イオン洗剤（例えば、デシル硫酸ナトリウム、硫酸オクタデシルナトリウム、あるいは脂肪酸塩のような、より短いかより長いアルカン鎖を備えるドデシル硫酸ナトリウムおよび関連する洗剤）、陽イオン洗剤（例えば、臭化セチルトリメチルアンモニウムのような第四アンモニウム陽イオン）、両性イオン界面活性剤（例えばドデシル・ベタイン）およびパーフルオロ界面活性剤（例えば登録商標Ｃａｐｓｔｏｎｅ ＦＳ−１０）を含むが、これらに制限されるものではない。
【００４６】
付加的に、あるいはこれに代えて、チャネルの表面は流体流（例えば疎水性または親水性の試薬）の抑制あるいは増強を促進するために物質により処理されてもよい。
いくつかの実施例において、チャネル内の流体の比較的高い流速を使用することによって、予測不能な流体の反応を防止することができる。流速は、要因の中で特に、輸送される流体の粘性、輸送される流体の量、流体を含むチャネルの断面積および断面形状のうち少なくともいずれか一方、圧力勾配等の要因に依存する。所定の場合に、チャネル内の少なくとも１つの流体は、少なくとも約１ｍｍ／秒、少なくとも約５ｍｍ／秒、少なくとも約１０ｍｍ／秒、あるいは少なくとも約１５ｍｍ／秒、少なくとも約２５ｍｍ／秒、あるいは少なくとも約１００ｍｍ／秒の直線的な流れの速度にて輸送される。いくつかの実施例において、直線的な流れの速度は、約１ｍｍ／秒と約１００ｍｍ／秒の間、約５ｍｍ／秒と約１００ｍｍ／秒の間、約１０ｍｍ／秒と約１００ｍｍ／秒の間、約１５ｍｍ／秒と約１００ｍｍ／秒の間、約１ｍｍ／秒と約２５ｍｍ／秒の間、約５ｍｍ／秒と約２５ｍｍ／秒の間、約１０ｍｍ／秒と約２５ｍｍ／秒の間、あるいは約１５ｍｍ／秒と約２５ｍｍ／秒の間である。異なる流速が、輸送される流体および装置において行なわれる工程のうち少なくともいずれか一方に応じて異なる時点にて実施される。例えば、１組の実施例において、第１の工程の間にサンプルが比較的緩慢に（例えば０．５ｍｍ／秒にて）反応領域を通して流れるが、第２の工程の間に２つの流体が比較的より高い流速（例えば１５ｍｍ／秒）にて混合地域において混合されることが望ましい。ここに開示される通気弁、並びに他の物および方法は、２００９年４月２２日に出願され発明の名称が「Ｆｌｏｗ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｎ Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ Ｓｙｓｔｅｍｓ」である米国特許出願公開第１２／４２８，３７２号明細書に開示されるシステムおよび方法と任意に組み合わせて使用され、装置の操作においてそのような流速および流量の変化を制御し実施してもよい。同明細書はその全体がここに開示されたものとする。装置において行なわれる処理の２つの異なる工程の間に適用される直線的な２つの流速は、例えば、等倍、５倍、１０倍、１５倍、２０倍、２５倍、３０倍、４０倍あるいは５０倍より大きな差異を有してもよい。例えば、１５ｍｍ／秒の比較的高い直線的な流れの速度は、０．５ｍｍ／秒の比較的遅い直線的な流れの速度より３０倍速い。所定の場合に、そのような流体の制御は、任意に１つ以上の工程において圧力あるいは減圧された圧力（例えば真空）源が装置に略連続して付与される場合にも１つ以上の通気弁を使用して行われ得る。
【００４７】
ここに開示されるように、２本以上のチャネルの交差部は混合領域を含む。そのような領域は、複数のチャネルから交差部まで流れる複数の流体の混合を促進することに好適である。いくつかの実施例において、混合領域は、混合領域にて交差する第１の、第２の、（あるいは第３の、第４等の）チャネル（例えば分岐チャネル）のいずれより大きな断面積を有し得る。例えば、混合領域は、混合地域と交差する最大のチャネルの平均断面積の少なくとも１．２倍、少なくとも１．５倍、少なくとも１．７倍、少なくとも２倍、少なくとも３倍あるいは少なくとも５倍である平均断面積を有し得る。交差部にて比較的大容量を有する混合室により、２本以上のチャネルの交差部における２つ以上の流体の到着時間の不一致を補償することが補助される。
【００４８】
しかしながら、別例において、比較的より小さな混合領域がここに開示される装置に設けられてもよい。例えば、混合領域は、混合地域と交差する最大のチャネルの平均断面積の５倍未満、３倍未満、２倍未満、１．７倍未満、１．５倍未満、あるいは１．２倍未満である平均断面積を有し得る。所定の場合に、混合領域は、混合領域と交差する最大のチャネルの平均断面積と略同じである平均断面積を有する。
【００４９】
所定の場合に、混合領域は通気弁を含む。例えば、通気弁のポートにより、複数の流体が混合される容量が得られる。いくつかの実施例において、要素（例えばチャネル、通気弁要素（例えばポート）、混合領域等）の断面積、長さや他のパラメータは、要素内に２つ以上の流体を流すことで所望の混合結果が得られるように選択され得る。例えば、いくつかの実施例において、通気弁（例えば通気弁のポート、あるいは通気弁の開口部に主チャネルを接続する通気弁の介在するチャネル）の容量は、２つ以上の流体が、通気弁内におけるこれらの滞留時間において（例えば拡散によって）完全に混合され得るように選択される。任意の介在するチャネルも含む通気弁の容量は、例えば、５０μＬ未満、約２０μＬ未満、約１０μＬ未満、約５μＬ未満、約３μＬ未満、約１μＬ未満、約０．１μＬ未満、約０．０１μＬ未満、約１０ｎＬ未満あるいは約１ｎＬ未満である。更に、他の量も可能である。
【００５０】
層流環境（これはほとんどのマイクロ流体システムに共通である）において、試薬の混合は拡散に略依存する。本明細書において、試薬がチャネルに沿ってともに流れるにつれ、試薬間の混合は徐々に増加する。そのような場合に、主チャネルの長さ（例えば混合が生じる通気孔と、反応領域のような混合試薬の使用点との間）は、２つ以上の流体をチャネル内におけるそれらの滞留時間中に完全にまたは十分に（例えば拡散によって）混合することができるように選択され得る。
【００５１】
拡散に基づく混合は、混合流体のチャネル内における滞留時間を増加させることによっても増加され得る。所定の場合に、滞留工程をシステムに付加することができる。例えば、略一定の圧力が出口９２に付与され、通気弁３４（通気弁３４、２４、および１５が閉鎖した状態）の上流に２つの混合した液体を有するシステムにおいて、これらの液体は、通気弁１５を開放することにより（あるいは、任意に通気弁２４を開放することにより）、チャネル１２内に滞留され得る。通気弁１５（または２４）を開放することによって、空気は通気弁１５（または２４）を通して出口９２に向かって優先的に引かれ、これにより液体がチャネル１２内の所定の位置に保持される。十分な滞留の後に、通気弁１５（または２４）は閉鎖され、これにより、反応領域８６内に液体を流れ込ませる。好適に、本実施例および別例に示すように、略一定の真空源あるいは流体流の他の源が装置に付与されるときにも、流体流の制御が可能である。
【００５２】
いくつかの実施例において、交差部や他の好適な混合領域内への１つ以上の流体の流れは、流体の全容量が交差部または混合領域に移動するに先立って遮断することができる。これは、例えば流体の部分が通気弁の反対側のチャネルに位置される間に通気弁を開放することによって可能である。例えば、流体の第１の部分は下方に配置されるチャネルの第１のチャネル部に配置され、流体の第２の部分は下方に配置されるチャネルの第２のチャネル部に配置され、第１のチャネル部および第２チャネル部は、通気弁の反対側に配置される。通気弁が開放されるとともに流体がそのポートの下方に配置される場合に、例えば周囲空気のような、チャネル内部に対する外的環境からの流体は、外的環境における流体流に対する抵抗が通気弁の下方の流体の残りの部分の流体流に対する抵抗より小さい場合に、ポートを介してチャネル内部に輸送可能である。例えば、チャネルへ気体のセグメントを導入することによって、チャネルに含まれる流体は、気体のセグメントによって分離される第１の部分および第２部分に分割することができる。
【００５３】
図３Ａ乃至図３Ｄは、通気弁を始動させることにより流体の流れを遮断することができる方法を示す概要図である。図３Ａ乃至図３Ｄに示す実施例の組において、チャネル１００は、入口１０２、出口１０４および通気弁１０６を含む。付加的に、チャネル１００は流体１０８を含む。図３Ａ乃至図３Ｄに、流体流の方向を矢印によって示す。図３Ａにおいて、通気弁１０６が開放されることにより、負圧が出口１０４に付与される場合に通気弁１０６を介して外部流体をチャネルに流れ込ませる。図３Ｂにおいて、通気弁１０６が閉鎖されるとともに入口１０２が開放されることにより、チャネル１００を介して流体１０８を出口１０４に向かって流す。図３Ｃにおいて、通気弁１０６は、流体１０８が通気弁を完全に通過するに先だって開放されることにより、外部流体に通気弁のポートを通過させ、チャネル内に至らしめ、流体１０８からセグメント１１０を分離する。この工程の繰り返しは、元の単一の流体から複数の流体セグメントを形成する。図３Ｄにおいて、例えば、流体セグメント１１０、１１１、１１２、および１１３は、通気弁１０６を４回開閉することにより形成されている。そのような方法は、予め選択された長さ、容量、あるいは他の好適な特徴を備える１つ以上の流体部を形成することに使用される。
【００５４】
単一の流体セグメントに由来する一連の流体セグメントまたは部分の形成は、所定の場合に、単一の流体セグメントにおける２つ以上の要素の混合と比較して、複数の流体における２つ以上の要素の混合を改善する。例えば、流体セグメント内の要素（例えば粒子、試薬あるいは他の要素）は、セグメント化された流れにて視認されるように、セグメントの直線的な流れ時にセグメント内で再循環する。いくつかの実施例において、混合される２つ以上の要素を含む流体は、通気弁の下方を通過し、例えば各流体部内における２つ以上の要素の混合を促進するために流体の複数の部分を形成すべく開閉される。この特徴は、乱流が生じないシステムにおいて（例えば多くのマイクロ流体システムにおいて）特に好適である。
【００５５】
分離された流体部を形成すべく通気弁を開閉することは、混合以外の工程においても好適である。単一の試薬の複数のプラグは、所定の状況において単一の長手のプラグに対して好ましく、その状況は、２００５年１月２６日に出願され発明の名称が「Ｆｌｕｉｄ Ｄｅｌｉｖｅｒｙ Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ」である国際公開第ＷＯ２００５／０７２８５８号明細書（国際特許出願公開第ＰＣＴ／ＵＳ２００５／００３５１４号明細書）に開示され、その全体がここに開示されたものとする。所定の例として、いくつかの実施例において、洗い流し流体の複数の部分により、単一の長尺状をなす流体部と比較して表面のより良好な洗い流しや洗浄が行われる。
【００５６】
２つ以上の流体部に単一の流体部を分離することは、所定の場合に、混合領域や他の領域内にて混合するための流体の好適な容量を得ることに使用される。例えば、所定の場合に、第１の分岐チャネルは第１の流体を含み、第２の分岐チャネルは、第１の流体より実質的に大きな容量を備えた第２の流体を含む。第１の流体および第２の流体は、第１の分岐チャネル、第２の分岐チャネル、および／または主チャネルの交差部に向かって流れる。いくつかの実施例において、第１の流体および第２の流体のうち少なくともいずれか一方の全容量が交差部を横断して通過するに先だって、第１の分岐チャネルまたは第２分岐チャネルの少なくとも１つの通気弁は、第１の流体および第２の流体のうち少なくともいずれか一方が第１のセグメントおよび第２のセグメントに分割されるように開放される。別例において、第１の流体および第２の流体のうち少なくともいずれか一方の全容量が交差部を横断して通過するに先だって、第１の分岐チャネルまたは第２分岐チャネルの少なくとも１つの通気弁は、第２の流体がより小さな複数のセグメントに（例えば第１の流体の容量に匹敵するように）分割されるように開放される。第２の流体のセグメントのうちの１つのみが第１の流体の全てまたは部分と混合するように交差部に輸送されてもよい。これらおよび他の方法により、所定の場合に、等量または好適な量の第１の流体および第２の流体が、（例えば第１の流体および第２の流体が共通の領域に略同時に輸送される場合に）主チャネル、混合領域、反応領域、あるいは他の好適な目的地に輸送され得る。従って、いくつかの実施例において、第１の流体の全てではなく一部、および第２の流体の全てではなく一部のうち少なくともいずれか一方が、使用されるか好適な目的地に輸送される混合流体を形成すべく一体的に混合される。
【００５７】
図４Ａおよび４Ｂに、共通の領域（例えば２つ以上のチャネルの交差部）に略等量の複数の流体を輸送する方法の一例を概略的に示す。図４Ａにおいて、主チャネル２００は出口２０２を含み、通気弁２０８にて分岐チャネル２０４および２０６に連通する。分岐チャネル２０４は入口２１０を備え、流体２１２を含み、分岐チャネル２０６は、入口２１４を備え、流体２１６を含む。図４Ａにおいて、流体２１２は、流体２１６より容量において実質的により小さい。図４Ａにおいて、通気弁２０８が開放されることにより、負圧が出口に付与されると、通気弁を介し、且つ主チャネル２００を介して（矢印によって示すように）外部流体が流れる。図４Ｂにおいて、通気弁２０８が閉鎖されるとともに入口２１０および２１４が開放され、負圧を付与されると流体２１２および２１６を出口２０２に向かって流す。実施例のこの組において、流体の粘性、およびチャネル２０４および２０６の断面寸法は、流体２１２および２１６がチャネル２０４および２０６の交差部にて相互に略同時に接触するように選択される。図４Ｃにおいて、流体２１２および２１６がチャネル２０４および２０６の交差部を完全に通過するに先だって通気弁２０８が開放されることにより、流体２１２および流体２１６の略等しい部分を含む混合流体のセグメント２１８が形成される。
【００５８】
いくつかの実施例において、混合流体の複数の部分は、通気弁２０８を任意の回数開閉することによって形成される。例えば、流体２１２および２１６が分岐チャネルの交差部にて最初に相互に同時に接触しない場合に、そのような実施例は好適である。いくつかのそのような場合において、混合流体の第１の部分は第２の流体よりむしろ第１の流体を含み、混合流体の後続の部分は略等量の第１の流体および第２の流体を含む。いくつかの実例において、混合流体の第１の部分は下流の加工に好適ではないため、主チャネルあるいは装置の他の領域から離間するように配流される。例えば、混合流体の望ましくない第１の部分は、廃棄物格納領域に通じる分岐チャネルに向かって案内される。流体流は、ここに開示される方法と組み合わされて１つ以上の弁（例えば外部弁）を使用することによって任意に制御することができる。混合流体の１つ以上の後続の部分（下流の加工に好適である）は、主チャネルあるいは反応領域のような装置の他の領域に輸送される。
【００５９】
図４Ｄ乃至４Ｉに混合流体（あるいは任意の他の流体）の一部を転換する一方法を示す。図４Ｄ乃至図４Ｉに示す実施例に示すように、出口２２０を有する分岐チャネル２１５が含まれる。この出口は、出口２０２に処理的に関連する同じ真空源に処理的に関係する。例えば、管材料（図示しない）が、真空源に出口の各々を接続してもよい。所定の場合に、弁機構（図示しない）は、管材料に処理的に関与する。出口はそれぞれ個別に制御される弁を備える。図４Ｄに示すように、混合流体を形成すべく流体２１２および２１６を混合するために、システムは、出口２２０を開放し、出口２０２を閉鎖することによって操作される。図４Ｅに示すように、通気弁２０８は混合を開始すべく閉鎖され、続いて図４Ｆに示すように主チャネル２２０内に流体２１８の第１の部分のみを輸送すべく開放される。混合部分が主チャネルに至ると、出口に処理的に関与する弁機構（図示しない）が駆動され、図４Ｇに示すように真空と出口２０２との間を連通させるとともに真空と出口２２０とを連通させる。真空が出口２２０に付与されているため、図４Ｈに示すように、流体２１８は、主チャネルから分岐チャネル２１５に配流される。出口に処理的に関与する弁機構が始動され、図４Ｉに示すように、真空と出口２０２とを連通させるとともに真空と出口２２０とを連通させる。
【００６０】
単一の流体部を２つ以上の流体部に分離する工程により、流体を混合し流体セグメントを形成することとは別に他の効果が得られる。例えば、所定の場合に、流体の後縁が通気弁に至ると、液体の僅かな破裂が、通気弁（例えば通気弁のポートに向かって、あるいは通気弁に関与するアクチュエータに向かって）に向かって放出され得る。所定の場合に、放出された液体は、外部の弁機構を妨害し得る。所定の場合に、これは通気弁の機能に直接影響するものではないが、期間にわたって、例えば流体の要素（例えば化学薬品）による通気弁の汚染のような、処理の低下を生じ得る。機構（例えば複数の実験を行なうこと）を繰り返し使用する際に、そのような汚染は、外部の弁機構の正常な機能を変更し得る。出願人は、本発明のいくつかの実施例において、流体の全てが弁の下方のチャネルを通過するに先だって（例えば、複数の流体セグメントを形成するように）通気弁を開放することによって、ほとんどあるいは全く後縁が通気弁に至らず、液体の放出が生じないことを発見した。
【００６１】
いくつかの実施例において、ここに開示されるシステム、装置、および方法は、１つ以上の化学的反応および生体反応のうち少なくともいずれか一方を行なうことに使用することができる。ここに開示される装置は、そのような目的および他の目的（例えば血液サンプル分析）に好適である付加的な要素を含んでもよい。所定の場合に、装置は例えば主チャネルの下流に配置される反応領域を含む。図１に示す実施例の組は、主チャネル１２の下流の任意の反応領域８６を含む。反応領域は、主チャネルの出口（例えば図１における出口１５）に連通する。反応領域は、例えば化学的反応および生体反応のうち少なくともいずれか一方が生じ得る量として機能する。いくつかの実施例において、試薬および触媒のうち少なくともいずれか一方は、反応領域内に配置される（例えば、反応領域の壁部に固定される）。例えば、いくつかの実施例において、結合パートナーが、反応領域（例えば表面に、あるいは反応領域に含まれる要素に、あるいはその要素内に）に配置されてもよい。ここに開示される装置において使用可能な例示的な反応領域は、２００６年４月１９日に出願され、発明の名称が「Ｆｌｕｉｄｉｃ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ Ｍｅａｎｄｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｗｉｄｅ Ｃｈａｎｎｅｌｓ」である国際公開第ＷＯ２００６／１１３７２７号明細書（国際特許出願公開第ＰＣＴ／ＵＳ０６／１４５８３号明細書）、２００８年５月１日に出願され、発明の名称が「Ｆｌｕｉｄｉｃ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ Ｍｅａｎｄｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｗｉｄｅ Ｃｈａｎｎｅｌｓ」である米国特許出願公開第１２／１１３，５０３号明細書、および２００８年８月２２日に出願され、発明の名称が「Ｌｉｑｕｉｄ ｃｏｎｔａｉｎｍｅｎｔ ｆｏｒ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ａｓｓａｙｓ」である米国特許出願公開第１２／１９６，３９２号明細書に開示され、これらの全体がここに開示されたものとする。
【００６２】
付加的に、いくつかの実施例において、流体廃棄物室は、例えば反応領域の下流に含まれる。流体廃棄物室は、例えば装置の操作時に負圧源（例えば真空）に使用済みの流体が流れ込まないように使用済み流体を収容可能な容積を設ける点において有用である。例えば、図１に示す実施例の組は、使用済みの流体が反応領域８６から流されるときに流体を保持する廃棄物室８８を含む。ここに開示される装置において使用することができる例示的な廃棄物格納領域は、２００８年８月２２日に出願され、発明の名称が「Ｌｉｑｕｉｄ ｃｏｎｔａｉｎｍｅｎｔ ｆｏｒ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ａｓｓａｙｓ」である米国特許出願公開第１２／１９６，３９２号明細書に開示され、その全体がここに開示されたものとする。
【００６３】
図１に示す実施例の組において、負圧源は、例えば出口１５、地点９０、および出口９２のうちの任意のものに付与される。例えば、所定の場合に、図１における流体２２はサンプル（例えば血液サンプル）を含む。サンプルは様々な方法を使用して、装置に導入可能である。ここに開示された装置と組み合わせて使用することができるサンプル導入のための例示的な方法および物は、２００８年５月１日に出願され、発明の名称が「Ｆｌｕｉｄｉｃ Ｃｏｎｎｅｃｔｏｒｓ ａｎｄ Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ Ｓｙｓｔｅｍｓ」である米国特許出願公開第１２／１１３，５０３号明細書、２００８年８月２２日に出願され、発明の名称が「Ｌｉｑｕｉｄ ｃｏｎｔａｉｎｍｅｎｔ ｆｏｒ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ａｓｓａｙｓ」である米国特許出願公開第１２／１９６，３９２号明細書に開示され、これらはその全体がここに開示されたものとする。サンプルは、最初に反応領域８６、続いて廃棄物格納領域８８に流れ込むことができる。反応領域は、それに反応領域の要素の特性を決定することができる検知器に関与する。サンプルが反応領域を通過することにより、所定の場合に、サンプルの１つ以上の要素（例えば抗原）と反応領域の１つ以上の要素（例えば抗体）との間を相互に作用（例えば、バインド）させる。いくつかの実施例において、反応領域の要素は、初めて使用されるに先立って反応領域に収容される乾燥した試薬の形態にあってもよい。この相互作用は、バインド対錯体のような製品を形成する。所定の場合に、この相互作用は、単独でマイクロ流体システムに関連する検知器によって信号を決定させる（例えば、測定される）。他の場合において、正確な信号が検知器によって決定されるために、製品は１つ以上の試薬によって処理される。例えば、流体は、サンプルの抗原と相互に作用する標識抗体を含んでもよい。この相互作用により、製品は標識を設けられるか、あるいは製品からの信号が増幅される。
【００６４】
いくつかの実施例において、サンプルおよび試薬のうち少なくともいずれか一方は、所定の時間にわたって反応領域内に滞留する。異種混合の親和性反応が使用される場合に、例えば、サンプルの種は、反応領域の表面に固定される捕捉プローブにバインドされるであろう。例えばサンプルが反応領域を通過して流れるのに必要な時間を制御することによって、十分な滞留時間が得られる。通気弁から真空源までのシステムの流速は、システム（例えば、流れの隘路として機能する）のチャネルの最も小さな断面積によって最も高い相対粘度流体の流量に依存し得る。いくつかの実施例において、システムの１つ以上の特性は、反応領域内の流体（例えばサンプル）の所望の滞留時間が得られるように選択することができる。滞留時間を制御すべく調整可能なパラメータの例は、サンプルの入手可能性によって決定されるか使用者の便宜に応じて決定されるサンプル自体の量（例えば、血液のフィンガーピックを使用する分析のための血一滴の量）；サンプルの粘性；システムの（負圧を付与するための）出口に付与されるか、システムの（正圧を付与するための）入口に付与される差圧（Δｐ）；並びに流速隘路の外形（例えば断面積、長さ等）および位置の変化を含むが、これらに限定されるものではない。いくつかの実施例において、システム・パラメータは、システムの１つ以上の混合領域（例えば通気弁）内の２つ以上の流体の混合の時間が、反応領域内のサンプルの滞留時間から独立して選択される。
【００６５】
所定の場合に、システム・パラメータは、２つ以上の流体を混合した後に、２つ以上の流体が所定期間内に反応領域と接触することができるように選択することができる。例えば、いくつかの実施例において、混合流体は、混合流体内の２つ以上の流体を混合する１０分以内に反応領域と接触することができる。例えば、混合流体内の１つ以上の要素が比較的短期間の後にそれらの有効性を分解し且つ／または失う場合に、そのような実施例は好適である。所定の例として、いくつかの実施例において、銀塩溶液は還元剤と混合可能であり、混合の１０分以内に効果的に使用可能な活性化された銀溶液を生成する。様々な還元剤が写真工業によって開発されており、ここに開示される実施例において使用することができる。最もよく使用される還元剤のうちのいくつかは、ヒドロキノン、クロロヒドロキノン、ピロガロール、メトール（登録商標）、４−アミノフェノールおよびフェニドンを含む。
【００６６】
視認されるように、混合条件および時間は、サンプルの滞留時間とは独立したものとすることが好適である（これにより、より長い滞留時間であってもより長い混合時間を生じるものではない）。ここに開示される通気弁および方法の効果が明白になる。所定の場合に、反応領域のチャネルの寸法や、流体流を生じさせるべく付与される圧力等のような流体システムの所定の要素は、反応領域においてサンプル滞留時間がどれだけ必要とされてもいいように設計され、また、試薬の混合のタイミングは１つ以上の通気弁によって制御される。
【００６７】
ここに開示される装置において様々な流体を使用することができること（例えば、配置され、流され、あるいは収容される）を認識する必要がある。いくつかの実施例において、１つ以上の流体は、分析されるサンプルを含む。例えば、所定の場合に、流体は全血を含む。所定の場合に、流体は、試薬（例えば抗体流体）、洗い流し流体、あるいは任意の他の好適な流体を含む。所定の場合に、流体は、金属溶液を含む。例えば、流体は、コロイド懸濁液を形成することができる金属粒子（例えば銀、金等）の懸濁液を含む。所定の場合に、流体は、例えばヒドロキノンのような還元剤を含む。いくつかの実施例において、１つ以上の流体は、化学的または生物学的検定法の一部になり得る。
【００６８】
チャネル内の流体の各々は、略類似の、あるいは異なる化学的性質を有する。例えば、いくつかの実施例において、チャネルの第１の流体は、分析されるサンプル（例、血液）を含み、第２の流体は、例えば第３の流体の通路を予め下流部に形成すべく使用される洗い流し溶液を含む。いくつかの実施例において、第１の流体は、化学的反応および生体反応のうち少なくともいずれか一方のための第１の試薬を含み、第２の流体は、化学的反応および生体反応のうち少なくともいずれか一方のための、第１試薬とは異なる第２の試薬を含む。
【００６９】
付加的に、チャネル内の流体の各々は、略類似するか、異なる物理的特性を有する。例えば、いくつかの実施例において、チャネル内の第１の流体および第２流体は略異なる粘性を有する。粘性の差により、チャネルに圧力を付与すると流量に差が生じる。
【００７０】
ここで注目されるように、いくつかの実施例において、ここに開示されるマイクロ流体システムは、装置の初めて使用されるに先だって、且つ／または装置内へのサンプルの導入に先立って収容される試薬を含む。収容される試薬を使用することにより、装置を操作するために使用者が行う必要のある工程の数が最小限となるため、使用者によるマイクロ流体システムの使用が単純化される。この単純化により、ここに開示されるマイクロ流体システムは、ポイントオブケア設定のような操作を練習していない使用者によっても操作可能となる。マイクロ流体装置に収容される試薬は、免疫測定を行うように設計される装置に特に好適である。
【００７１】
ここで使用されるように、「装置が初めて使用されるに先立って」とは、販売後に意図される使用者によって初めて装置が使用される前の１つ以上の段階を示す。最初の使用は、使用者による装置の操作を要求する任意の１つ以上の工程を含む。例えば、最初の使用は、装置の中への試薬を導入する密封した入口を穿刺する工程、チャネル間を連通させるべく２本以上のチャネルを接続する工程、サンプルの分析に先だって装置を準備する工程（例えば、装置に試薬を装填する）、装置にサンプルを装填する工程、装置の領域にサンプルを準備する工程、サンプルにより反応を行う工程、サンプルを検知する工程等の１つ以上の工程を含む。最初の使用は、本明細書において、装置の製造業者によって行われる製造工程や他の準備工程、あるいは品質管理工程を含むものではない。当業者は、本明細書における最初の使用の意味を認識し、本発明の装置が最初の使用を行われたか否かを容易に判断することができるであろう。本発明の１組の実施例において、装置は初めて使用された後に使い捨てでき、初めて使用された後に装置を使用することは通常非実用的であるため、使い捨てであることは、そのような装置が初めて使用される場合に特に明白である。
【００７２】
試薬は流体および乾燥した形態のうち少なくともいずれか一方にて装置に収容され且つ／または配置され、収容または配置の方法は特定の用途に依存する。試薬は、液体、気体、ゲル、複数の粒子あるいはフィルムとして、例えば収容され、且つ／または配置される。試薬は、任意に試薬収容領域の一部となるチャネル内、タンク、表面上、薄膜内または上を含む、装置の任意の好適な部分に配置されるが、これらに限定されるものではない。試薬は任意の好適な方法にてマイクロ流体システム（あるいはシステムの要素）に関係する。例えば、試薬はマイクロ流体システム内の表面上に（例えば共有結合によりあるいはイオン結合により）架橋され、吸収され、あるいは吸着されてもよい（ｐｈｙｓｉｓｏｒｂｅｄ）。所定の一実施例において、（流体接続部の流体通路や装置基板のチャネルのような）チャネルの全てまたは一部は、抗凝血剤（例えばヘパリン）により覆われる。所定の場合に、液体は、初めて使用されるに先だって、且つ／または装置内へのサンプルの導入に先立って装置のチャネルやタンク内に含まれる。
【００７３】
いくつかの実施例において、乾燥した試薬はマイクロ流体装置の一セクションに収容され、濡れた試薬はマイクロ流体装置の第２のセクションに収容される。これに代えて、装置の２つの個別のセクションの両者が乾燥した試薬および濡れた試薬のうち少なくともいずれか一方を含んでもよい。第１のセクションおよび第２のセクションは、いくつかの実例において、初めて使用されるに先だって、且つ／または装置内へのサンプルの導入に先立って相互に連通する。他の場合において、セクションは、初めて使用されるに先だって、且つ／または装置内へのサンプルの導入に先立って相互に連通するものではない。初めて使用される時に、収容される試薬は、装置の一方のセクションから他方のセクションに移動する。例えば、流体の形態にて収容される試薬は、第１のセクションおよび第２のセクションが流体通路（例えば流体接続部であり、これは２００８年５月１日に出願され、発明の名称が「Ｆｌｕｉｄｉｃ Ｃｏｎｎｅｃｔｏｒｓ ａｎｄ Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ Ｓｙｓｔｅｍｓ」である米国特許出願公開第１２／１１３，５０３号明細書、２００８年８月２２日に出願され、発明の名称が「Ｌｉｑｕｉｄ ｃｏｎｔａｉｎｍｅｎｔ ｆｏｒ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ａｓｓａｙｓ」である米国特許出願公開第１２／１９６，３９２号明細書により詳細に開示され、これらはその全体がここに開示されたものとする）を介して接続された後に第１のセクションから第２のセクションに移動可能である。他の場合において、乾燥物として収容される試薬は、流体により水和され、続いてセクションの接続の際に第１のセクションから第２のセクションまで移動する。更なる他の場合において、乾燥物として収容される試薬は、流体により水和されるが、セクションの接続の際に一方のセクションから他方のセクションまで移動するものではない。
【００７４】
試薬収容領域において試薬の各々間で混合されない流体（分離流体）を保持することによって、収容される流体は、試薬収容領域から順に輸送されるとともに、収容される流体のうちの任意のものの間における接触が回避される。収容される試薬を分離する任意の混合されない流体は、反応領域の状態を変更することなく反応領域に適用される。例えば、抗体抗原結合が反応領域の検知領域のうちの１つにて生じている場合に、生じた結合に最小限の影響を付与するか、全く影響を付与しないように、空気が部位に付与される。
【００７５】
ここに開示されるように、マイクロ流体システムに試薬を収容することにより、下流の工程において試薬を所定の順に投与することができる（例えば、反応領域の信号を増幅する）。試薬に対して所定の暴露時間が要求される場合に、マイクロ流体システムにおける各流体の量は、試薬が下流の反応領域に暴露される時間の量に比例する。例えば、第１の試薬に対して要求される暴露時間が、第２の試薬に対して要求される暴露時間の２倍である場合に、チャネルの第１の試薬の量は、チャネルの第２の試薬の量の２倍となる。略一定の圧力差、あるいは流体流の源がチャネルから反応領域へ試薬を流す際に付与される場合、および流体の粘性が同じか類似する場合に、反応領域のような所定の地点の各流体の暴露時間は、流体の相対的な量に比例する。チャネル外形、圧力、あるいは粘性のような要因も、チャネルからの所定の流体の流速を変更するために変更されてもよい。ここに開示される通気弁、並びに他の物および方法を使用する使用者によって、収容される流体は、収容（例えば最初の使用）後に操作されてもよい。
【００７６】
付加的に、順に試薬を収容するこの方針（特に増幅試薬）は、広範囲の化学作用に適合される。例えば、光信号（例えば吸光度、蛍光、光あるいはフラッシュ化学発光、電気化学発光）、電気的信号（例えば無電解工程によって形成される金属構造体の抵抗、伝導性あるいはインピーダンス）、あるいは磁気信号（例えば磁気玉）を生成する様々な増幅の化学作用が、検知器によって信号を検知させるべく使用される。
【００７７】
試薬は様々な時間量にわたってマイクロ流体システムに収容され得る。例えば、試薬は１時間以上、６時間以上、１２時間以上、１日以上、１週間以上、１か月以上、３か月以上、６か月以上、１年以上、あるいは２年以上収容されてもよい。任意に、マイクロ流体システムは収容期間を延長すべく好適な方法にて処理されてもよい。例えば、内部に収容される試薬を含むマイクロ流体システムは、真空シールされ、暗い環境に収納され、且つ／または、低温（例えば、２℃乃至８℃に、あるいは０℃未満に冷却される）にて収納される。収容期間は、使用される所定の試薬、収容される試薬の形態（例えば、濡れているか乾燥している）、基板およびカバー層を形成することに使用される寸法および材料、基板およびカバー層を取り付ける方法、および装置が全体としてどのように処理され収容されるか等の１つ以上の要因に依存する。
【００７８】
いくつかの実施例において、入口、出口および／または通気弁のうち任意のものが、初めて使用されるに先立ってシールされ得る。入口、出口および／または通気弁をシールすることにより、装置内に配置されるか収容される流体の蒸発および汚染のうち少なくともいずれか一方を防止することができる。入口、出口および／または通気弁を覆うシールは、外部流体が入口および通気弁のうち少なくともいずれか一方に進入できるように貫通されるか、取り払われるか、破壊される。所定の例として、いくつかの実施例において、通気弁２４および入口１４は初めて使用されるに先立ってシールされ、これらのシールは外部流体が進入できるように貫通されるか、取り払われるか、破壊される。所定の実施例において、通気弁からカバーを取り払った後にのみ通気弁は始動される。付加的に、出口１５（あるいは地点９０または出口９２）は初めて使用されるに先立ってシールされ、負圧（例えば真空）の付与の直前に、あるいは、（例えば正圧が入口に付与される場合に）通気させるべく貫通されるか、取り払われるか、破壊される。
【００７９】
所定の一実施例において、装置１０はヒトＩｇＧのための免疫測定を行なうために使用することができ、信号増幅のために銀による増強を使用することができる。ヒトＩｇＧを含むサンプル（例えば流体２２）をチャネル１２から反応領域に輸送した後に、ヒトＩｇＧおよび収容される乾燥した試薬、反ヒトＩｇＧ間の結合が行われる。この結合により、反応領域近傍の検知領域（例えば、検知器を含む）にバインド対錯体を形成することができる。チャネル１２の上流部からの収容される試薬は、続いてこのバインド対錯体を覆うように流れる。収容される流体（例えば流体２０）のうちの１つは、検知される抗原（例えばヒトＩｇＧ）に特に結合する金属コロイド（例えば金結合抗体）の溶液を含む。この金属コロイドにより、検知領域の表面に、金属（例えば複数の銀の粒）の層のような不透明な材料の堆積のための触媒の表面が得られる。金属の層は、２つの要素のシステムを使用することにより形成することができる。所定の場合に、金属先駆体（例えば銀塩溶液）がチャネル３６に収容される流体６２に含まれ、還元剤（例えばヒドロキノン、あるいは上述した他の還元剤）が、チャネル３８に収容される流体６４に含まれる。混合されると信号を増幅することができるこれらの２つの要素は、相互に反応し、数分間のみ混合物として保持される。その理由により、これらは個別に収容され、流れにより溶液の両者が通気弁３４近傍の交差部に向かって移動されるまで、相互に混合されない。負圧が出口９２に付与され、通気弁２４および３４が閉鎖されると、銀塩およびヒドロキノン溶液は、通気弁３４近傍の交差部にて混合される。これらはチャネル１２に沿って流れるにつれ、緩慢に（例えば拡散により）混合され、続いて反応領域を覆うように流れる。従って、抗体抗原結合が反応領域において生じる場合に、領域を金属先駆体溶液が流れることにより、抗体抗原複合体に関連する触媒の金属コロイドの存在により銀層のような不透明な層が形成される。不透明な層は、１つ以上の波長にて光の伝達を妨害する物質を含む。マイクロ流体チャネルに形成される任意の不透明な層は、抗体や抗原を含まない領域の一部と比較して、例えば反応領域（例えば蛇行するチャネル）の一部を介した光線透過率の低減を測定することにより、光学上検知することができる。これに代えて、フィルムが検知領域に形成されているので、光線透過率の変化を測定することにより信号を時間の関数として得てもよい。不透明な層を形成しない技術と比較すると、不透明な層は、分析感度を高める。
【００８０】
免疫測定が主として開示されるが、ここに開示される装置は、任意の好適な化学的反応および生体反応のうち少なくともいずれか一方に使用されてもよく、例えば、タンパク質や他の生体分子（例えばＤＮＡ、ＲＮＡ、炭水化物）、あるいは非天然素材の分子（例えばアプタマーや合成アミノ酸）間の親和性反応に関する他の固相分析を含むものといえる。
【００８１】
チャネル内の流体流は任意の好適な方法により得られる。いくつかの実施例において、流れは、流体が含まれるチャネル内の圧力勾配を確立することによって得られる。そのような圧力勾配は、例えばチャネル（例えばチャネルの出口）の一端に負圧を付与することによって確立される。負圧を付与する例示的な方法は、出口への真空ポンプの取り付け、出口に取り付けられる注射器からの空気の排出、あるいは他の好適な方法を含むが、これらに限定されるものではない。
【００８２】
圧力勾配は、１つ以上の通気弁に正圧を付与し、周囲圧力のような比較的より小さな圧力を出口に付与することによっても確立することができる。例えば、図４Ａ乃至４Ｃにおいて、出口２０２は周囲圧力に暴露される。周囲圧力より大きな正圧を開放した通気弁２０８を介して付与してもよく、これにより、入口２１０および２１４が閉鎖された状態を保持する限り、図４Ａに示す矢印の方向に流体流が生じる。図４Ｂに例示的に示すように、通気弁２０８が閉鎖され、入口２１０および２１４が周囲圧力より大きな圧力に対して開放されてもよい。図４Ｃに示すような流体の混合プラグを移動させるために、入口２１０および２１４が閉鎖されるとともに通気弁２０８が正圧に対して再び開放されてもよい。正圧の使用は、流れの要求される通路における通気弁以外の装置に関与する全ての通気弁を閉鎖する工程を含む。任意の通気弁の閉鎖は気密である。正圧は、例えばポンプによって、重力を使用して、あるいは他の好適な方法によって、付与することができる。
【００８３】
所定の実施例において、流体流の源（例えば真空またはポンプ）から流体流（例えば正圧または負圧）を生じさせるべく付与される圧力は、チャネルシステムに流体流の源が最初に付与された後は、ここに開示される弁および他の要素のうち少なくともいずれか一方が始動される場合においても、装置における工程（例えば反応）の実行時において、略一定に保持される。しかしながら、チャネルの流体の直線的な流れの速度は変化し、２００９年４月２２日に出願され、発明の名称が「Ｆｌｏｗ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｎ Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ Ｓｙｓｔｅｍｓ」である米国特許出願公開第１２／４２８，３７２号明細書に開示されるような様々な方法によって制御される。同明細書はその全体がここに開示されたものとする。別例において、流体流の源からの圧力は、装置の操作時に変更可能である。
【００８４】
いくつかの実施例において、化学的反応および生体反応のうち少なくともいずれか一方は結合を含む。異なるタイプの結合が、ここに開示される装置において行われてもよい。用語「結合」は、相互に親和性や結合能力を示す分子の対応する対間の相互作用、通常生化学的、生理学的、および／または製薬的相互作用を含む特異的または非特異的結合や相互作用を示す。生物学的な結合は、タンパク質、核酸、糖タンパク質、炭水化物、ホルモン等を含む分子の対間に生じる一種の相互作用をなす。所定の例は、抗体／抗原、抗体／ハプテン、酵素／基質、酵素／阻害剤、酵素／共同因子、結合蛋白質／基質、キャリア蛋白質／基質、レクチン／炭水化物、受容器／ホルモン、受容器／エフェクター、核酸の相補鎖、タンパク質／核酸、抑制因子／誘発物、配位子／細胞の表面にある受容体、ウィルス／配位子等を含む。
【００８５】
所定の場合に、不均一反応（あるいは分析）がチャネルにおいて行われてもよく、例えば、結合パートナーは、チャネルの表面に関与し、相補的な結合パートナーが、流体相に設けられてもよい。用語「結合パートナー」は、所定の分子と結合可能な分子を示す。生物学的な結合パートナーが例であり、例えば、タンパク質Ａは、生体分子ＩｇＧの結合パートナーであり、その逆も結合パートナーである。同様に、抗体はその抗原の結合パートナーであり、その逆も結合パートナーである。他の場合において、均一系反応がチャネルにて生じる。例えば、結合パートナーの両者は、流体相にて（例えば２流体層流システムにおいて）設けられる。蛇行するチャネルシステムにおいて行われる通常の反応の例は、化学反応、酵素の反応、免疫ベースの反応（例えば抗原抗体）および細胞ベースの反応を含むが、これらに限定されるものではない。
【００８６】
装置は任意の好適な材料から形成される。材料の例は、ポリマ（例えばポリエチレン、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリ（ジメチルシロキサン）、ＰＭＭＡ、ＰＦＦＥ、環状オレフィンコポリマ（ＣＯＣ）、および環状オレフィンポリマー（ＣＯＰ）、ガラス、石英、およびシリコンを含むが、これらに限定されるものではない。当業者は、例えばその剛性、例えば、その剛性は、通過する流体に対するその不活性（例えば、流体による劣化からの解放）、所定の装置が使用される温度におけるその堅牢性、および／または（例えば、紫外線および可視領域内における）光に対するその透過性／不透過性に基づいて容易に好適な材料を選択することができる。いくつかの実施例において、基板の材料および寸法（例えば厚み）は、基板が水蒸気を略通さないように選択される。
【００８７】
いくつかの実例において、マイクロ流体基板は、上述したような２つ以上の材料の組み合わせから構成される。例えば、装置のチャネルは、第１の材料（例えばポリ（ジメチルシロキサン）にて形成され、第２の材料（例えばポリスチレン）にて形成されるカバーは、チャネルをシールすることに使用される。別例において、装置のチャネルはポリスチレンや他のポリマ（例えば射出成形による）にて形成され、生体適合性を備えたテープがチャネルをシールすることに使用される。様々な方法が、マイクロ流体チャネルやチャネルの部分をシールすることに使用される。方法は、接着剤の使用、接着、接合、溶接（例えば超音波）、あるいは機械的方法（例えば、クランプ）を含むが、これらに限定されるものではない。
【００８８】
チャネルは任意の断面形状（円形、半円形、楕円形、半楕円形、三角形、不規則、正方形、あるいは矩形等）を有し、覆われていても覆われていなくてもよい。チャネルが完全に覆われる実施例において、チャネルの少なくとも一部は、完全に包囲される断面を有するか、あるいはチャネル全体がその入口と出口を除きその全長に沿って完全に包囲される。チャネルには更に少なくとも２：１、通常少なくとも３：１、５：１、あるいは１０：１以上の縦横比（平均の断面寸法に対する長さ）を有する。開放された、あるいは部分的に開放されたチャネルは、設けられる場合に、流体の輸送に対して容易に制御可能である特徴、すなわち構造的な特徴（長尺状をなす刻み目）、および／または物理的または化学的特徴（疎水性対親水性）、あるいは流体に圧力（例えば包含圧力（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ｆｏｒｃｅ））を付与可能な特徴を含む。チャネル内の流体は、部分的にあるいは完全にチャネルを満たしてもよい。開放されるチャネルが使用される所定の場合に、流体は、例えば表面張力（例えば凹面または凸面のメニスカス）を使用して、チャネル内に保持される。
【００８９】
いくつかの実施例において、本発明のシステムはマイクロ流体であるが、所定の実施例において、本発明はマイクロ流体システムに制限されるものではなく、他のタイプの流体システムに関するものであってもよい。ここに使用されるような「マイクロ流体」は、１ｍｍ未満の断面寸法を有し、最大の断面寸法に対する長さの比が少なくとも３：１である少なくとも１本の流体チャネルを含む器具、装置、あるいはシステムを示す。ここに使用される「マイクロ流体チャネル」は、これらの基準を満たすチャネルである。
【００９０】
チャネルの「断面寸法」（例えば直径）は、流体流の方向に直交するように測定される。本発明の要素におけるほとんどの流体チャネルは、２ｍｍ未満の、所定の場合に、１ｍｍ未満の最大の断面寸法を有する。１組の実施例において、本発明の実施例を含む全ての流体チャネルは、マイクロ流体であるか、あるいは最大でも２ｍｍ以下あるいは１ｍｍ以下の断面寸法を有する。別の組の実施例において、本発明の実施例を含むチャネルの最大の断面寸法は、５００マイクロメートル未満、２００マイクロメートル未満、１００マイクロメートル未満、５０マイクロメートル未満あるいは２５マイクロメートル未満である。所定の場合に、チャネルの寸法は、流体が物や基板を自由に流れることができるように選択される。更に、チャネルの寸法は、例えば、チャネルの流体の所定の容積測定や直線的な流れの速度測定ができるように選択される。もちろん、チャネルの数およびチャネルの形状は当業者に周知の任意の方法によって変更可能である。所定の場合に、１本以上のチャネルや毛細管が使用されてもよい。
【００９１】
いくつかの実例において、試薬はマイクロ流体チャネルシステムの完全な組立てに先立ってチャネルに配置される。例えば、包囲されるチャネルを有するように設計されるシステムがなお完全に包囲されていないチャネルを有する場合に、マイクロ流体チャネルシステムは完全ではない。チャネルの少なくとも一部が完全に包囲される断面を有する場合に、あるいは全チャネルがその全長に沿ってその入口および出口のうち少なくともいずれか一方を除いて完全に包囲される場合に、チャネルは包囲される。
【００９２】
システムのチャネルが完全に覆われた後に、濡れた試薬はマイクロ流体システムに通常収容される。システムに収容される流体の試薬は、チャネルの入口へ導入されてもよく、チャネルを流体により少なくとも部分的に満たした後にチャネルの入口および出口のうち少なくともいずれか一方は、例えば、流体を保持し、且つ外部源からの汚染を防止すべくシールすることができる。
【００９３】
ここに使用される用語「測定」は、通常、例えば定量的、あるいは質的な（例えば反応部位内の）物質の測定および分析のうち少なくともいずれか一方、あるいは物質の存在または不存在の検知を示す。更に「測定」は、例えば、定量的あるいは質的な、２つ以上の物質間の相互作用の測定および分析のうち少なくともいずれか一方、あるいは相互作用の存在または不存在の検知を示す。
【００９４】
様々な測定（例えば、測定、計量、検知、および制限）技術が使用される。測定技術は、光送信、吸光度、光散乱、光反射および視覚的な技術のような光学に基づいた技術を含む。測定技術は、さらにホトルミネセンス（例えば蛍光）、化学発光、生物発光、および／または電気化学発光のような発光技術を含む。使用される測定技術に従ってマイクロ流体装置を修正する方法は当業者に周知である。例えば、測定に使用される化学発光の種を含む装置に関して、不透明且つ／暗い背景が好ましい。金属コロイドを使用した測定に関して、透明な背景が好ましい。更に、任意の好適な検知器もここに開示される装置と組み合わせて使用されてもよい。例えば、公知の分光光度計および光学読み取り装置（例えば９６−ｗｅｌｌプレートリーダ）と同様に単純な光学検波器を使用することができる。
【００９５】
（例）
次の例は、本発明の所定の実施例を示すことを意図するが、本発明の範囲を完全に示すものではない。
【００９６】
（例１）
マイクロ流体チャネルシステムを組み立てる方法が開示される。
図１Ａおよび１Ｂに示すチャネルシステムは、コンピュータ利用設計（ＣＡＤ）プログラムにより設計される。マイクロ流体装置は、ＳＵ８フォトレジスト（マサチューセッツ州ニュートンに所在するＭｉｃｒｏＣｈｅｍ社）にて製造されたマスタを使用して迅速なプロトタイピングによって、ポリ（ジメチルシロキサン）Ｓｙｌｇａｒｄ １８４（ＰＤＭＳ、登録商標ダウコーニング、ウィスコンシン州ジャーマンタウンに所在するエルズワース社）にて形成される。マスタはシリコンウェハに設けられ、ＰＤＭＳにネガ・パターンを複製することに使用される。マスタは２レベルのＳＵ８を含み、１レベルは、７０マイクロメートル以下の厚み（高さ）を有し、免疫測定領域においてチャネルを形成し、且つ３６０マイクロメートル以下の第２の厚み（高さ）を有し、試薬収容領域および廃棄物格納領域を形成する。別のマスタは３３μｍの厚み（高さ）を有するチャネルにより設計される。マスタは（トリデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロオクチル）トリクロロシラン（独国ＡＢＣ−Ｒ社）によりシラン処理される。ＰＤＭＳはメーカーの指示によって混合され、マスタに注がれる。重合（４時間、６５℃）の後に、ＰＤＭＳの複製が、マスタからはぎ取られ、アクセス・ポートが鋭端（直径１．５ｍｍ）を備えるステンレス鋼管材料を使用して、ＰＤＭＳを打ち抜いて形成される。流体のネットワークを完成させるべく、スライド・ガラス、シリコンウェハ、ポリスチレン表面、ＰＤＭＳのフラットスラブ、あるいは接着テープのような平坦な基板が、カバーとして使用され、ＰＤＭＳ表面に対して配置される。カバーは、分子間力によって適所に保持されても、接着剤を使用してマイクロ流体装置に固定されてもよい。
【００９７】
別例において、マイクロ流体チャネルは、射出成形によってポリスチレン、環状オレフィンコポリマ、あるいは他の熱可塑性物質にて形成される。この方法は当業者に周知である。射出成形キャビティの容量は、成形品の厚みを決定する中空の構造によって分離される底面および天面によって定められる。物の２つの対向側にチャネル特徴部および／または他のマイクロ寸法の要素を含む物において、成形キャビティの底面および天面は、物の両側にチャネル特徴部を形成する隆起した特徴部を含む。物の一方の側にのみチャネル特徴部を含む物については、成形キャビティの天面または底面のみがそのような特徴を含む。物の厚み全体を貫通する貫通孔が、キャビティを横断し、キャビティの１つ以上の表面に埋め込まれ、反対側と接触するピンによって形成される。例えば、ピンは、天面のみから、底面のみから、あるいは天面および底面の両者から延びてもよい。キャビティが加圧され溶解したプラスチックにより満たされ、続いて冷却されると、一方の側または両側にチャネルを備え、且つ接続部や入口および出口として機能する穴を備える物が形成される。流体のネットワークを完成させるべく、接着テープがチャネルをシールすべく物の表面に貼り付けられる。
【００９８】
（例２）
本例は、流体の移動を制御するために少なくとも１つの通気弁が組み込まれる１本のチャネルを含むマイクロ流体システムにおける流体の移動の制御について開示する。図５Ａおよび図５Ｂは、本例に開示されるシステムの概要を示す。
【００９９】
図５Ａに示すシステムは１本のチャネルを含み、このチャネルに入口、出口、通気弁が形成される。本システムは、例１に開示されるような射出成形によって形成される。単一のチャネル３０２は、矢印３０８の方向に流体部３０４および３０６を流すように構成される。水が本実験において流体部３０４および３０６に使用され、これらの流体部は空気のプラグによって分離される。チャネルは通気弁３１０、および通気弁３１０の上流の入口３１２を含む。実験全体において、マイクロ流体チャネルを横断して圧力を降下させるべく−４０ｋＰａの略定圧にて作用する真空がチャネル出口３１４に付与される。
【０１００】
通気弁３１０は開放されると、選択的弁として機能し、これは弁を通過して流れる空気が出口を通過してシステムを退出する流体に代わることを示す。通気弁３１０（弁３１０と入口３１２との間の流体を含む）の上流に配置される流体は、入口が開放されているか閉鎖されているかにかかわらず流れない。通気弁３１０が閉鎖されていると、入口３１２が開放されている限りチャネルの全ての流体は流れる。このように、通気弁３１０はマイクロ流体チャネルの流体の輸送を制御することに使用される。通気弁３１０および入口３１２の両者が閉鎖されていると、流体は（真空が付与されると、所定の運動が流体の膨張により観察されるが）チャネルを流れないものといえる。
【０１０１】
図５Ｂに示すシステムは１本のチャネルを含み、このチャネルに３つの通気弁が組み込まれる。単一のチャネル３２０は、矢印３０８の方向に流体部３２２、３２４、３２６、および３２８を流すように構成される。チャネルは入口３３０、通気弁３３２、３３４、および３３６を含む。図５Ａに開示されるシステムと同様に、マイクロ流体チャネルを横断して圧力を降下させるべく真空がチャネル出口３４０に付与される。
【０１０２】
一実験において、通気弁３３２が開放され、出口３４０に真空が付与されると、流体３２２のみがチャネル３２０を通して輸送される。続いて、通気弁３３２が閉鎖されるとともに弁３３４が開放されると、流体３２４のみがチャネル３２０を通して輸送される。次に、通気弁３３２および３３４が閉鎖されるとともに弁３３６が開放されると、流体部３２６がチャネルを通して輸送される。次に、通気弁３３２、３３４、および３３６が閉鎖されるとともに入口３３０が開放されると、流体部３２８がチャネルを通して輸送される。
【０１０３】
実験の別例において、複数の流体が、チャネルを通して同時に輸送される。一例において、初めて使用されるに先立って、通気弁３３２は閉鎖されるが、弁３３４は開放される。出口３４０に真空を付与すると、流体部３２２および３２４は、矢印３０８の方向にチャネル３２０を通して同時に輸送される。別の実験において、初めて使用されるに先立って、通気弁３３２および３３４は閉鎖されるが、弁３３６は開放される。出口３４０に真空を付与すると、流体部３２２、３２４、および３２６は、矢印３０８の方向にチャネル３２０を通して同時に輸送される。最後に、一実験において、通気弁の全てが閉鎖されるとともに入口３３０が開放される場合に、出口３４０に真空が付与されると、流体部３２２、３２４、３２６、および３２８が同時に輸送される。
【０１０４】
この例は、流体プラグのタイミングを含む流体の制御が、装置において、１つ以上の通気弁を開閉し、装置の使用全体にわたって略定圧にて操作される流体流の１つの源（例えば真空）を付与することによって行われ得ることを示す。
【０１０５】
（例３）
本例は、流体の移動を制御するために複数のチャネルおよび少なくとも１つの通気弁を備えるマイクロ流体システムにおける流体の移動の制御について開示する。図６Ａ乃至６Ｃは、本例に開示されるシステムの概要を示す。図６Ａに示す装置において、マイクロチャネル４１０は、通気弁４１６で交差する２本の分岐チャネル４１２および４１４に連通する。マイクロチャネル４１０は流体４１８を含む。付加的に、流体４２０および４２２は、分岐４１２および４１４にそれぞれ収容される。チャネル４１０が出口４２４に接続されるとともに分岐４１２および４１４が入口４２６および４２８にそれぞれ接続される。装置における全ての流体は、気体（流体４１８、４２０および４２２に混ざらない）のプラグによって分離される。
【０１０６】
実験全体において−４０ｋＰａの略定圧にて作用する真空が、出口４２４に付与される。最初に、通気弁４１６が開放され、これにより流体４１８が矢印４０８の方向にマイクロチャネル４１０を通して流され、空気が通気弁４１６を通して流される。入口４２６および４２８が開放されても、流体４２０および４２２は移動しない。流体４１８が出口４２４を退出した後に、通気弁４１６を通過する気体の流速は、流体４１８によって生じる圧力降下がなくなると、高められる。次に、通気弁４１６が閉鎖される。通気弁が閉鎖されると、図６Ｂに示す混合流体４３０を生成すべく流体４２０および４２２が通気弁４１６にて混合される。
【０１０７】
実験の別例において、流体４２０および４２２は、通気弁４１６を同時にではなく順に輸送される。第１の実験における図６Ｃに示す実施例において、流体４１８が出口４２４を通して輸送された後に、通気弁４１６および入口４２６の両者が閉鎖される（とともに入口４２８は開放される）。入口４２６を閉鎖することによって、流体４２０は、入口４２６に気体が進入できないため、分岐４１２において略静止した状態を保持される。他方、気体が入口４２８を通して輸送されると、流体４２２は分岐４１４を通して輸送され、閉鎖される通気弁４１６を通過して輸送される。
【０１０８】
この例は、流体プラグの混合およびタイミングを含む流体の制御が、装置において、１つ以上の通気弁を開閉し、装置の使用全体にわたって略定圧にて操作される流体流の１つの源（例えば真空）を付与することによって行われ得ることを示す。
【０１０９】
（例４）
本例は、金の粒子上に無電解に銀を析出させることによって光学上検知可能な信号の分析を行なうための分岐チャネルシステムの使用を開示する。図７は、本例において使用される分析装置３００を示す概略図である。本例において使用される分析は、通常２００４年１２月２０日に出願され、発明の名称が「Ａｓｓａｙ Ｄｅｖｉｃｅ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ」である国際公開第ＷＯ２００５／０６６６１３号明細書（国際特許出願公開第ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０４３５８５号明細書）に開示され、その全体がここに開示されたものとする。
【０１１０】
装置は反応領域５１０、廃棄物格納領域５１２、および出口５１４を含む。反応領域は、全長１７５ｍｍ、深み５０マイクロメートル、幅１２０マイクロメートルのマイクロ流体チャネルを含む。装置は、更にマイクロ流体チャネル５１６、並びに分岐チャネル５１８および５２０（それぞれ入口５１９および５２１を含む）を含む。チャネル５１６、並びに分岐５１８および５２０は、深みが３５０マイクロメートル、幅が５００マイクロメートルである。付加的に、チャネル５１６は、長さ３９０ｍｍであり、分岐５１８および５２０は、各々長さ３６０ｍｍである。例１に開示されるように、反応領域およびマイクロ流体チャネルは形成される。チャネルをシールするに先だって、反ＰＳＡ抗体が、反応領域５１０のセグメントにおいて装置の表面に取り付けられる。
【０１１１】
初めて使用されるに先立って、装置に液体試薬が装填される。液体が、２マイクロリットルの水５４２のプラグ、２マイクロリットルの緩衝液５４１のプラグ、コロイド状の金５２６標識の反ＰＳＡ抗体を含む２０マイクロリットルの水溶液のプラグ、１マイクロリットル緩衝液５２４のプラグの順番にてチャネル５１６に装填される。この連続した流体プラグは、入口ポート５３９を通してピペットを使用して装填される。銀塩溶液を含む流体５２８は、ピペットを使用してポート５１９を通して、分岐チャネルに装填される。還元溶液を含む流体５３０は、ポート５２１を通して分岐チャネル５２０内に装填される。図７に示す液体の各々は、空気のプラグによって他の液体から分離される。ポート５１４、５１９、５２１、５３６、５３９、および５４０は、容易に取り払いまたは貫通することができる接着テープによりシールされる。従って、液体は初めて使用されるに先立って装置に収容される。
【０１１２】
最初の使用において、ポート５１４、５１９、５２１、５３６、５３９、および５４０が開封される。１０マイクロリットルのサンプル血液（５２２）を含むチューブ５４４は、ポート５３９および５４０に接続される。これにより、反応領域５１０とチャネル５１６との間に流体の接合部が形成されるが、これがなければ初めて使用されるに先立って反応領域５１０およびチャネル５１６は接合されるものではなく、相互に連通するものでもない。−４０ｋＰａの真空がポート５１４に付与される。サンプル５２２が、反応領域５１０において矢印５３８の方向に流れる。流体が反応領域を通過すると、サンプル５２２のＰＳＡのタンパク質が反応エリアの壁に固定される反ＰＳＡ抗体によって捕捉される。サンプルが反応領域を通過するのに５分かかり、その後、サンプルは廃棄物格納領域５１２に捕捉される。ここに開示される装置において使用可能な例示的な廃棄物格納領域は２００８年８月２２日に出願され、発明の名称が「Ｌｉｑｕｉｄ ｃｏｎｔａｉｎｍｅｎｔ ｆｏｒ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ａｓｓａｙｓ」である米国特許出願公開第１２／１９６，３９２号明細書に開示され、その全体がここに開示されたものとする。
【０１１３】
流体５２４、５２６、５４１、および５４２は、反応領域５１０を介して廃棄物格納領域５１２に向かってサンプルに続く。これにより流体５２４が反応領域５１０に向かって矢印５３８の方向に輸送される。流体５２４が反応領域を通過すると、残存する結合していないサンプル要素を洗い流す。流体５２６が反応領域を通過すると、金標識反ＰＳＡ抗体は、（サンドイッチ免疫複合体を形成すべく）反応領域の壁に捕捉されるＰＳＡに連結される。流体５４１および５４２は、任意の結合していない試薬要素の反応領域に続き更に洗浄する。最後の洗浄流体５４２（水）は、銀塩（すなわち塩化物、リン酸塩、アジ化物）と反応可能な塩類を洗い流す。
【０１１４】
信号を増幅するためにコロイドの径を増加させるべく銀が捕捉される金の粒子に堆積される。いくつかの実施例において、信号は光学的濃度として光学的方法によって記録することができる。これを遂行するために、流体５２８および５３０は反応的な銀溶液を生成すべく混合される。流体５２８および５３０の容量の比は約１：１である。流体５２８および５３０の混合を開始すべく、通気弁５３６が閉鎖されるとともに５１４にて付与される真空は保持され、これらにより、通気弁５３６に向かって流体５２８および５３０が同時に流れる。通気弁は、最終となる前の流体５４２が反応領域を退出した後にのみ、混合を開始すべく閉鎖される。閉鎖は、接着テープによりポート５３６をシールすることによって一実験において行なわれる。別の実験において、電磁弁（ＳＭＣ社Ｖ１２４Ａ−６Ｇ−Ｍ５（図示しない））に処理的に関連するチューブ（図示しない）が、通気弁５３６にＯリングにより気密に接続される。電磁弁は図２Ｅおよび２Ｆに関してここに開示されたものと類似の方法によりポートをシールするために活性化される（ポートを開封するために後に非活性化される）。流体５２８および５３０は、通気弁５３６にて相互に混合され、約１ｘ１０−３Ｐａ ｓの粘性を備える活性化された銀溶液を生成する。通気弁５３６下のマイクロ流体チャネルの断面積は、チャネル５１８および５２０の断面積の約２倍である。１０秒後に、通気弁５３６が開放される。その時に、流体５２８および５３０の両者の約５５％が混合され、残りの流体５２８および５３０は、チャネル５１８および５２０にそれぞれ残される。
【０１１５】
堆積される銀を得るべく、活性化された銀溶液は、反応領域５１０を通過して流れる。混合溶液は数分しか（通常１０分未満）安定しないため、混合は反応領域５１０にて使用するに先だって１分未満行なわれる。更に、コロイドに銀を再生可能に堆積できるように、活性化された銀溶液を生成するための試薬の混合と、反応領域への活性化された銀溶液の輸送との間の時間は、それらが複数の実験間において一貫するように制御される。
【０１１６】
システムを通して流体を流す場合に、チャネル５１６および反応領域５１０内の流体の流速の制御は重要である。反応領域の比較的狭小な横断面積により、反応領域は隘路として機能し、これによりシステムにおける全体的な流速を制御する。反応領域が液体を含む場合に、チャネル５１６の流体の直線的な流れの速度は、約０．５ｍｍ／秒である。分岐チャネル５１８および５２０から主チャネル５１６に流れ込む流体は、この速度においては再生可能に混合されるものではなく、その理由として、一方の流体が他方の流体より速く流れ、これにより、流体５２８および５３０の不等な部分を混合させることが挙げられる。他方では、反応領域が空気を含む場合に、チャネル５１６、並びに分岐チャネル５１８および５２０における流体の直線的な流れの速度は、約１５ｍｍ／秒である。このより高い流速にて、分岐チャネル５１８および５２０における流速は等しく、且つ再生可能であり（通気弁５３６が閉鎖されている場合に）、これにより再生可能な混合が行われる。この理由により、通気弁５３６は、流体５４２が反応領域を通して廃棄物格納領域に移動するまで閉鎖される。流体５４２がいつ反応領域５１０を退出したかを視認により（目により）決定可能である。これに代えて、２００４年１２月２０日に出願され、発明の名称が「Ａｓｓａｙ Ｄｅｖｉｃｅ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ」である国際特許第ＷＯ２００５／０６６６１３号明細書（国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０４３５８５号明細書）に詳細に開示されるように、光学検波器は反応領域５１０の一部を通した光の送信を測定するように配置される。明細書はその全体がここに開示されたものとする。
【０１１７】
図７に示すマイクロ流体システムは、通気弁５３６と反応領域５１０との間のチャネルの量が、混合され活性化された銀溶液（すなわち、流体５２８および５３０の結合した部分がチャネル５１６へ移動するとともに、通気弁５３６が閉鎖される）の予想される量より大きくなるように設計される。これにより、比較的高い直線的な流れの速度にて混合の略全てが、活性化された溶液が反応領域に至るに先立って確実に行われる（この時点において液体は反応領域５１０内になく空気のみが反応領域５１０内に配置されるため）。この構成により、再生可能且つ一様な混合の促進が補助される。
【０１１８】
本例に開示される分析において、数分（例えば２乃至１０分）間反応領域内の活性化された銀混合物の流れを保持することが重要である。第１の実験において、流体５２８および５３０の４５マイクロリットルの量が装填され、その一部は、混合に使用される（合計５５マイクロリットルの活性化された銀溶液を生成する）。この量の結合した流体は、約３００秒の反応領域における滞留時間を有する。しかしながら、液体のこの比較的少量の使用は、課題を提起し得る。比較的短い長さの流体セグメント５２８および５３０が使用される場合に、１：１の比率にて２つの流体を確実に混合することは比較的困難である。セグメント長さにおける小さな変化により、２つの流体の流速は不均一となり、より長いセグメントと比較してより短いセグメントは（比較的小さな抵抗により流れることにより）比較的高い流速を示す。この結果、混合比にずれが生じ得る。
【０１１９】
この結果を区別するために、第２の組の実験が行われ、９０マイクロリットルの量の活性化された銀溶液を生成すべく、４５マイクロリットルの量の銀塩溶液と、４５マイクロリットルの量の還元溶液が混合される。銀塩溶液は、（化学組成の違いによる製造における僅かな差異、およびチャネル形成に使用される加工技術の公差によるチャネル断面の僅かな変動を含む理由の組み合わせにより）還元溶液に対して僅かに速く流れることがわかったため、真空が付与されるときに分岐を通して僅かに高い流速を示す。図８は、銀塩および還元溶液の最初の接触後の経過時間の関数として混合チャネル（単位：マイクロリットル）に進入する銀塩溶液（破線）および還元溶液（実線）の量を示すプロットを含む。図８において、流速のこの差は、ｔ＝０秒乃至ｔ＝９秒までの線の傾斜の僅かな差によって示される。ｔ＝９秒で、セグメントの長さの絶対差は重要なものとなる。また、銀塩溶液（より速い流速を有するため、その分岐により短いセグメントの液体が残る）は、還元溶液に比べて更に速く流れる。この結果は、銀塩の（直線的な推定に対する）曲線の上昇傾向および還元溶液の曲線の下降傾向によって示される。
【０１２０】
付加的に、流体５２８および５３０の試薬のうちの一方の後縁が、通気弁５３６に至ったときに、通気弁５３６の穴の頂部に向かって液体の僅かな爆発が放出されることが観察される。その液体は、外部の弁機構と接触すべく進入すると分かった。これらは弁の効率に迅速にして、且つ顕著な影響を付与するものではないが、弁の望ましくない汚染を生じる。この方法にて（例えば複数の実験を実行すること）弁を繰り返し使用することによって、弁の正常機能が変更される。流体５２８および５３０の全てが混合されるに先だって通気弁５３６を再び開放することにより、流体５２８および５３０のいずれの後縁も通気弁５２６には確実に至らず、また、液体の排出も確実に生じない。従って、（流れる際に流体５２８および５３０の長さ間に大きな変化が確実に生じないように）分岐５１８および５２０に過剰な試薬を装填することによって、および通気弁５３６を再び開放するに先立って約２／３未満の量の収容される試薬を使用することによって、一貫した混合比が混合工程の全体にわたって保持されるとともに、通気弁５３６における外部弁機構の液体の突出または汚染が回避される。弁は、所定の組の試薬の流れの状態に応じて完了の様々な段階にて再び開放される。
【０１２１】
本例は、試薬の混合、流速の変更、および流速のタイミングを含む流体の制御が装置において行われ、１つ以上の通気弁を開閉し、装置の使用全体にわたって略定圧にて操作される流体流の１つの源（例えば真空）を付与することによって分析が行われることを示す。本例は、装置において混合される流体の個別のプラグの流速を制御する重要性を更に示す。
【０１２２】
本発明のいくつかの実施例がここに開示されたが、当業者は機能を実施し、且つ／または結果を得るための様々な他の手段および／または構造体、および／または、ここに開示される１つ以上の効果の構想を容易に描き、そのような変更および／または変形は本発明の範囲内にあるものといえる。通常、当業者はここに開示される全てのパラメータ、寸法、材料、および構成は例示的なものであり、実際のパラメータ、寸法、材料、および／または構成は、本発明の教示が使用される特定の１つ以上の応用に依存することを容易に認識するであろう。当業者は、ただのルーチン実験を使用して、ここに開示される本発明の所定の実施例に対する多くの均等物を認識するかあるいは確認することができるであろう。従って、先の実施例は、添付の特許請求の範囲およびこれらの均等物の範囲内において例示によってのみ示されたものであり、本発明は具体的に開示され特許請求の範囲に請求されるもの以外によって実施されてもよいものといえる。本発明は、ここに開示される個別の特徴、システム、物、材料、キットおよび／または方法に関する。付加的に、２つ以上のそのような特徴、システム、物、材料、キット、および／または方法の任意の組み合わせも、そのような特徴、システム、物、材料、キット、および／または方法が、相互に一貫しないわけではない場合に、本発明の範囲内に含まれる。
【０１２３】
明細書および特許請求の範囲においてここに使用されるような不定冠詞「１つ（ａ）」および「１つ（ａｎ）」は、特に明示されない限り「少なくとも１つ（ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ）」を意味するものといえる。
【０１２４】
明細書および特許請求の範囲においてここに使用される句「および／または（ａｎｄ／ｏｒ）」は、要素の「いずれかまたは両者（ｅｉｔｈｅｒ ｏｒ ｂｏｔｈ）」を示し、要素がそのように結合されたこと、すなわち、所定の場合に結合して設けられ、他の場合に分離して設けられることを示すものといえる。他の要素は、「および／または（ａｎｄ／ｏｒ）」節によって特に識別される要素以外に任意に設けられてもよく、反対の趣旨が明示されない限り特に識別される要素に関連づけられても無関係であってもよい。従って、例として、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」のような非制限的用語と組み合わせて使用される場合に「Ａおよび／またはＢ（Ａ ａｎｄ／ｏｒ Ｂ）」は、一実施例において、Ｂを伴わないＡ（Ｂ以外の要素を任意に含む）を示し、別例において、Ａを伴わないＢ（任意にＡ以外の要素を含む）を示し、更なる別例において、ＡおよびＢの両者（任意に他の要素を含む）を示すこと等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【０１２５】
明細書および特許請求の範囲においてここに使用されるように、「あるいは（ｏｒ）」は、上述したように「および／または（ａｎｄ／ｏｒ）」と同じ意味を有するものといえる。例えば、リスト中の項目を分離する場合に、「あるいは（ｏｒ）」や「および／または（ａｎｄ／ｏｒ）」は、包括的であると解釈されるものとする。すなわち少なくとも１つを包含するが、１つ以上、多数の要素またはリストに示す要素、および任意に付加的なリストに無記載の項目を含む。「〜のうち１つのみ（ｏｎｌｙ ｏｎｅ ｏｆ）」、「〜のうちまさに１つ（ｅｘａｃｔｌｙ ｏｎｅ ｏｆ）」、あるいは特許請求の範囲に使用される場合の「〜からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｏｆ）」のような、それと反対に明示される用語のみ、多くの要素あるいはリストに挙げられる要素のうちまさに一要素を包含するものとする。通常、ここに使用される用語「あるいは（ｏｒ）」は、「いずれか（ｅｉｔｈｅｒ）」、「〜のうちの１つ（ｏｎｅ ｏｆ）」、「〜のうち１つのみ（ｏｎｌｙ ｏｎｅ ｏｆ）」、「〜のうちまさに１つ（ｅｘａｃｔｌｙ ｏｎｅ ｏｆ）」のような排他的用語が先行する場合に、排他的な選択肢（すなわち、「一方または他方であるが両者ではない（ｏｎｅ ｏｒ ｔｈｅ ｏｔｈｅｒ ｂｕｔ ｎｏｔ ｂｏｔｈ）」）を示すものとのみ解釈されるものとする。「〜のみからなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ ｏｆ）」は、特許請求の範囲において使用される場合に、特許法の分野において使用されるようなその通常の意味を有するものとする。
【０１２６】
明細書および特許請求の範囲においてここに使用されるように、１つ以上の要素のリストに関する句「少なくとも１つ（ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ）」は、要素のリスト中の要素のうちの任意の１つ以上から選択される少なくとも１つの要素を意味するが、具体的にリストされる各要素および全ての要素のうち少なくとも１つを含む必要はなく、要素のリスト中の要素の任意の組み合わせを排除するものではないものといえる。この定義により、要素は、句「少なくとも１つ（ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ）」が示す要素のリスト内において特に識別される要素以外に任意に設けられてもよく、特に識別される要素に関係しても無関係であってもよい。従って、例として、「ＡおよびＢのうち少なくとも１つ（ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ ｏｆ Ａ ａｎｄ Ｂ）」（あるいは、同義の「ＡまたはＢのうち少なくとも１つ（ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ ｏｆ Ａ ｏｒ Ｂ）」、あるいは、同義の「Ａおよび／またはＢのうち少なくとも１つ（ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ ｏｆ Ａ ａｎｄ／ｏｒ Ｂ）」）は、一実施例において、少なくとも１つのＡ、任意に１つ以上のＡを含み、Ｂは設けられない（任意にＢ以外の要素を含む）ことを示し、別例において、少なくとも１つのＢ、任意に１つ以上のＢを含み、Ａは設けられない（任意にＡ以外の要素を含む）ことを示し、更なる別例において、少なくとも１つのＡ、任意に１つ以上のＡ、および少なくとも１つのＢ、任意に１つ以上のＢを含む（任意に他の要素を含む）こと等を示す。
【０１２７】
特許請求の範囲においては、上記明細書と同様に、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」、「ｃａｒｒｙｉｎｇ」、「ｈａｖｉｎｇ」、「ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ」、「ｉｎｖｏｌｖｉｎｇ」、「ｈｏｌｄｉｎｇ」等の全ての移行句は、無制限、すなわち含むがこれらに限定されるものではないことを示すものといえる。移行句「ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｏｆ」、および「ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ ｏｆ」のみは、米国特許庁の米国特許審査基準セクション２１１１．０３に示すように、それぞれ限定的、または半限定的な移行句である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主チャネルと、
第１の流体を含む第１の分岐チャネルと、
第２の流体を含む第２の分岐チャネルであって、前記第１の分岐チャネルおよび第２の分岐チャネルは、交差部にて接合し且つ主チャネルに連通する、前記第２の分岐チャネルと、
第１の分岐チャネルの一部と主チャネルの一部との間に配置された通気弁とを備える装置を提供する工程と、
通気弁を駆動する工程と、
第１の流体および第２の流体を交差部に略同時に流れ込ませる工程と、
混合流体を生成すべく第１の流体および第２の流体の少なくとも一部を混合する工程とを含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
第１の流体を含む上流のチャネル部と、
第１の流体とは異なる第２の流体を含む下流のチャネル部と、
上流のチャネル部と下流のチャネル部との間に配置される通気弁とを備える装置を提供する工程と、
第１の流体および第２の流体が相互に繋がりをもった状態で、第１の流体を実質的に流すことなく第２の流体を下流のチャネル部に流す工程と、
第２の流体を流した後に第１の流体を上流のチャネル部から下流のチャネル部に流す工程とを含むことを特徴とする方法。
【請求項３】
入口と、
出口と、
入口と連通する上流のチャネル部と、
出口と連通する下流のチャネル部と、
下流のチャネル部と上流のチャネル部との間に配置される通気弁と、
上流のチャネル部および下流のチャネル部のうち少なくとも一方に収容される第１の流体とを備え、装置は、初めて使用されるに先立って少なくとも１時間にわたって装置に第１の流体を収容するようにシールされ、構成されることを特徴とする装置。
【請求項４】
入口と、
出口と、
入口と出口との間の主チャネルと、
入口と出口との間の主チャネルに沿って直列に配置された第１の通気弁および第２の通気弁とを備えることを特徴とする装置。
【請求項５】
前記チャネルの少なくとも１つはマイクロ流体チャネルであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の装置または方法。
【請求項６】
前記第１の流体および第２の流体のうち少なくともいずれか一方を流す工程は、第１の流体および第２の流体のうち少なくともいずれか一方を含む１つ以上のチャネルに圧力勾配を付与する工程を含むことを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか一項に記載の装置または方法。
【請求項７】
前記第１の流体および第２の流体のうち少なくともいずれか一方を流す工程は、第１の流体および第２の流体のうち少なくともいずれか一方を含むチャネルの一端に真空を付与する工程を含むことを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか一項に記載の装置または方法。
【請求項８】
前記第１の流体は液体であることを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか一項に記載の装置または方法。
【請求項９】
前記第１の流体は気体であることを特徴とする請求項１乃至８のうちいずれか一項に記載の装置または方法。
【請求項１０】
前記第２の流体は液体であることを特徴とする請求項１乃至９のうちいずれか一項に記載の装置または方法。
【請求項１１】
前記第２の流体は気体であることを特徴とする請求項１乃至１０のうちいずれか一項に記載の装置または方法。
【請求項１２】
前記流体の少なくとも１つは全血であることを特徴とする請求項１乃至１１のうちいずれか一項に記載の装置または方法。
【請求項１３】
前記装置は、
第１の分岐チャネルを含む上流のチャネル部と、
第２の分岐チャネルを含む上流のチャネル部とを備え、
第１の分岐チャネルおよび第２の分岐チャネルは交差部にて接合するとともに、下流のチャネル部に連通することを特徴とする請求項１乃至１２のうちいずれか一項に記載の装置または方法。
【請求項１４】
前記第１の流体および第２の流体を略同時に交差部に流し込む工程を更に含むことを特徴とする請求項１乃至１３のうちいずれか一項に記載の装置または方法。
【請求項１５】
混合流体を形成するために、前記第１の流体および第２の流体の少なくとも一部を混合する工程を更に含むことを特徴とする請求項１乃至１４のうちいずれか一項に記載の装置または方法。
【請求項１６】
前記第１の分岐チャネルおよび第２の分岐チャネルは、第１の流体が収容される間に主チャネルと連通することを特徴とする請求項１乃至１５のうちいずれか一項に記載の装置または方法。
【請求項１７】
前記装置は第１の分岐チャネルに収容される第２の流体を含むことを特徴とする請求項１乃至１６のうちいずれか一項に記載の装置または方法。
【請求項１８】
前記第１の流体は金属溶液であることを特徴とする請求項１乃至１７のうちいずれか一項に記載の装置または方法。
【請求項１９】
前記第２の流体は還元剤であることを特徴とする請求項１乃至１８のうちいずれか一項に記載の装置または方法。
【請求項２０】
前記チャネルに含まれる流体は、最初に使用されるに先立って少なくとも１時間にわたってチャネルに収容されることを特徴とする請求項１乃至１９のうちいずれか一項に記載の装置または方法。
【請求項２１】
前記第１の流体および第２の流体は、第１の流体および第２の流体の両者と混合不能な第３の流体によって分離されることを特徴とする請求項１乃至２０のうちいずれか一項に記載の装置または方法。
【請求項２２】
前記弁は、第１の流体と第２の流体との間に配置されることを特徴とする請求項１乃至２１のうちいずれか一項に記載の装置または方法。
【請求項２３】
前記弁は、第１の流体と第３の流体との間に配置されることを特徴とする請求項１乃至２２のうちいずれか一項に記載の装置または方法。
【請求項２４】
前記弁は第１の分岐チャネルの一部に配置されることを特徴とする請求項１乃至２３のうちいずれか一項に記載の装置または方法。
【請求項２５】
前記弁は第２の分岐チャネルの一部に配置されることを特徴とする請求項１乃至２４のうちいずれか一項に記載の装置または方法。
【請求項２６】
前記第１の流体および第２の流体は略異なる粘性を有することを特徴とする請求項１乃至２５のうちいずれか一項に記載の装置または方法。
【請求項２７】
前記混合された第１の流体および第２の流体を、第１の流体および第２の流体の混合工程の１０分以内に反応領域に接触させる工程を更に含むことを特徴とする請求項１乃至２６のうちいずれか一項に記載の装置または方法。
【請求項２８】
前記上流のチャネル部は、第１の分岐チャネルであり、前記装置は、第２の分岐チャネルを更に備え、前記第１の分岐チャネルおよび第２の分岐チャネルは交差部にて接合し、且つ下流のチャネル部に連通することを特徴とする請求項１乃至２７のうちいずれか一項に記載の装置または方法。
【請求項２９】
前記第１の分岐チャネルおよび第２の分岐チャネルの交差部は、混合領域を含み、同混合領域は、第１の分岐チャネルまたは第２の分岐チャネルのいずれかより大きな横断面積を有することを特徴とする請求項１乃至２８のうちいずれか一項に記載の装置または方法。
【請求項３０】
前記混合領域は通気弁を含むことを特徴とする請求項１乃至２９のうちいずれか一項に記載の装置または方法。
【請求項３１】
前記第１の流体および第２の流体の少なくとも一部を混合する工程は、乱流混合工程を含むことを特徴とする請求項１乃至３０のうちいずれか一項に記載の装置または方法。
【請求項３２】
前記主チャネルは拡散によって第１の流体および第２の流体を完全に混合できるように十分に長いことを特徴とする請求項１乃至３１のうちいずれか一項に記載の装置または方法。
【請求項３３】
前記交差部の下流の反応領域に配置される結合パートナーを更に含むことを特徴とする請求項１乃至３２のうちいずれか一項に記載の装置または方法。
【請求項３４】
前記流体の少なくとも１つは、化学的反応および生体反応のうち少なくともいずれか一方のための試薬を含むことを特徴とする請求項１乃至３３のうちいずれか一項に記載の装置または方法。
【請求項３５】
前記第１の流体は、化学的反応および生体反応のうち少なくともいずれか一方のための第１の試薬を含み、第２の流体は、化学的反応および生体反応のうち少なくともいずれか一方のための、第１の試薬とは異なる第２の試薬を含むことを特徴とする請求項１乃至３４のうちいずれか一項に記載の装置または方法。
【請求項３６】
前記１つ以上の試薬は、異種混合の親和性反応に関与することを特徴とする請求項１乃至３５のうちいずれか一項に記載の装置または方法。
【請求項３７】
前記第１の流体を実質的に流すことなく第２の流体を下流のチャネル部にて流す工程は、通気弁が開放されるように通気弁を始動させる工程を含むことを特徴とする請求項１乃至３６のうちいずれか一項に記載の装置または方法。
【請求項３８】
前記第２の流体を流した後に第１の流体を上流のチャネル部から下流のチャネル部に流す工程は、通気弁が閉鎖されるように通気弁を始動させる工程を含むことを特徴とする請求項１乃至３７のうちいずれか一項に記載の装置または方法。
【請求項３９】
通気弁が開放されるように通気弁を始動させることによって通気弁に隣接するチャネルに気体のセグメントを導入する工程を更に含むことを特徴とする請求項１乃至３８のうちいずれか一項に記載の装置または方法。
【請求項４０】
前記チャネルへ気体のセグメントを導入する工程は、チャネルに含まれる流体を、気体のセグメントによって分離される第１の部分および第２の部分に分割する工程を含むことを特徴とする請求項１乃至３９のうちいずれか一項に記載の装置または方法。
【請求項４１】
第１の分岐チャネルおよび第２の分岐チャネルの少なくとも１つの横断面積は、等圧が第１の分岐チャネルおよび第２の分岐チャネルに付与される場合に、第１の流体および第２の流体が交差部に略同時に流れ込むように選択されることを特徴とする請求項１乃至４０のうちいずれか一項に記載の装置または方法。
【請求項４２】
前記第１の流体および第２の流体を実質的に流すことなく通気弁を始動させるに先だって主チャネルに第３の流体を流す工程を含むことを特徴とする請求項１乃至４１のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項４３】
略一定の圧力が主チャネルの出口に付与され、第１の流体、第２の流体、および第３の流体の流れのタイミングは、通気弁の始動のタイミングによって定まることを特徴とする請求項１乃至４２のうちいずれか一項に記載の装置または方法。
【請求項４４】
前記第１の流体および第２の流体の少なくとも一部を所定量混合させるべく通気弁を始動させた後に所定の時間待機する工程と、第１の分岐チャネルおよび第２の分岐チャネルにそれぞれ残留する第１の流体および第２の流体の流れを止めるべく通気弁を続いて開放する工程とを含み、これにより所定の混合量の第１の流体および第２の流体を主チャネルに流すことを特徴とする請求項１乃至４３のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項１】
主チャネルと、
第１の流体を含む第１の分岐チャネルと、
第２の流体を含む第２の分岐チャネルであって、前記第１の分岐チャネルおよび第２の分岐チャネルは、交差部にて接合し且つ主チャネルに連通する、前記第２の分岐チャネルと、
第１の分岐チャネルの一部と主チャネルの一部との間に配置された通気弁とを備える装置を提供する工程と、
通気弁を駆動する工程と、
第１の流体および第２の流体を交差部に略同時に流れ込ませる工程と、
混合流体を生成すべく第１の流体および第２の流体の少なくとも一部を混合する工程とを含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
第１の流体を含む上流のチャネル部と、
第１の流体とは異なる第２の流体を含む下流のチャネル部と、
上流のチャネル部と下流のチャネル部との間に配置される通気弁とを備える装置を提供する工程と、
第１の流体および第２の流体が相互に繋がりをもった状態で、第１の流体を実質的に流すことなく第２の流体を下流のチャネル部に流す工程と、
第２の流体を流した後に第１の流体を上流のチャネル部から下流のチャネル部に流す工程とを含むことを特徴とする方法。
【請求項３】
入口と、
出口と、
入口と連通する上流のチャネル部と、
出口と連通する下流のチャネル部と、
下流のチャネル部と上流のチャネル部との間に配置される通気弁と、
上流のチャネル部および下流のチャネル部のうち少なくとも一方に収容される第１の流体とを備え、装置は、初めて使用されるに先立って少なくとも１時間にわたって装置に第１の流体を収容するようにシールされ、構成されることを特徴とする装置。
【請求項４】
入口と、
出口と、
入口と出口との間の主チャネルと、
入口と出口との間の主チャネルに沿って直列に配置された第１の通気弁および第２の通気弁とを備えることを特徴とする装置。
【請求項５】
前記チャネルの少なくとも１つはマイクロ流体チャネルであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の装置または方法。
【請求項６】
前記第１の流体および第２の流体のうち少なくともいずれか一方を流す工程は、第１の流体および第２の流体のうち少なくともいずれか一方を含む１つ以上のチャネルに圧力勾配を付与する工程を含むことを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか一項に記載の装置または方法。
【請求項７】
前記第１の流体および第２の流体のうち少なくともいずれか一方を流す工程は、第１の流体および第２の流体のうち少なくともいずれか一方を含むチャネルの一端に真空を付与する工程を含むことを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか一項に記載の装置または方法。
【請求項８】
前記第１の流体は液体であることを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか一項に記載の装置または方法。
【請求項９】
前記第１の流体は気体であることを特徴とする請求項１乃至８のうちいずれか一項に記載の装置または方法。
【請求項１０】
前記第２の流体は液体であることを特徴とする請求項１乃至９のうちいずれか一項に記載の装置または方法。
【請求項１１】
前記第２の流体は気体であることを特徴とする請求項１乃至１０のうちいずれか一項に記載の装置または方法。
【請求項１２】
前記流体の少なくとも１つは全血であることを特徴とする請求項１乃至１１のうちいずれか一項に記載の装置または方法。
【請求項１３】
前記装置は、
第１の分岐チャネルを含む上流のチャネル部と、
第２の分岐チャネルを含む上流のチャネル部とを備え、
第１の分岐チャネルおよび第２の分岐チャネルは交差部にて接合するとともに、下流のチャネル部に連通することを特徴とする請求項１乃至１２のうちいずれか一項に記載の装置または方法。
【請求項１４】
前記第１の流体および第２の流体を略同時に交差部に流し込む工程を更に含むことを特徴とする請求項１乃至１３のうちいずれか一項に記載の装置または方法。
【請求項１５】
混合流体を形成するために、前記第１の流体および第２の流体の少なくとも一部を混合する工程を更に含むことを特徴とする請求項１乃至１４のうちいずれか一項に記載の装置または方法。
【請求項１６】
前記第１の分岐チャネルおよび第２の分岐チャネルは、第１の流体が収容される間に主チャネルと連通することを特徴とする請求項１乃至１５のうちいずれか一項に記載の装置または方法。
【請求項１７】
前記装置は第１の分岐チャネルに収容される第２の流体を含むことを特徴とする請求項１乃至１６のうちいずれか一項に記載の装置または方法。
【請求項１８】
前記第１の流体は金属溶液であることを特徴とする請求項１乃至１７のうちいずれか一項に記載の装置または方法。
【請求項１９】
前記第２の流体は還元剤であることを特徴とする請求項１乃至１８のうちいずれか一項に記載の装置または方法。
【請求項２０】
前記チャネルに含まれる流体は、最初に使用されるに先立って少なくとも１時間にわたってチャネルに収容されることを特徴とする請求項１乃至１９のうちいずれか一項に記載の装置または方法。
【請求項２１】
前記第１の流体および第２の流体は、第１の流体および第２の流体の両者と混合不能な第３の流体によって分離されることを特徴とする請求項１乃至２０のうちいずれか一項に記載の装置または方法。
【請求項２２】
前記弁は、第１の流体と第２の流体との間に配置されることを特徴とする請求項１乃至２１のうちいずれか一項に記載の装置または方法。
【請求項２３】
前記弁は、第１の流体と第３の流体との間に配置されることを特徴とする請求項１乃至２２のうちいずれか一項に記載の装置または方法。
【請求項２４】
前記弁は第１の分岐チャネルの一部に配置されることを特徴とする請求項１乃至２３のうちいずれか一項に記載の装置または方法。
【請求項２５】
前記弁は第２の分岐チャネルの一部に配置されることを特徴とする請求項１乃至２４のうちいずれか一項に記載の装置または方法。
【請求項２６】
前記第１の流体および第２の流体は略異なる粘性を有することを特徴とする請求項１乃至２５のうちいずれか一項に記載の装置または方法。
【請求項２７】
前記混合された第１の流体および第２の流体を、第１の流体および第２の流体の混合工程の１０分以内に反応領域に接触させる工程を更に含むことを特徴とする請求項１乃至２６のうちいずれか一項に記載の装置または方法。
【請求項２８】
前記上流のチャネル部は、第１の分岐チャネルであり、前記装置は、第２の分岐チャネルを更に備え、前記第１の分岐チャネルおよび第２の分岐チャネルは交差部にて接合し、且つ下流のチャネル部に連通することを特徴とする請求項１乃至２７のうちいずれか一項に記載の装置または方法。
【請求項２９】
前記第１の分岐チャネルおよび第２の分岐チャネルの交差部は、混合領域を含み、同混合領域は、第１の分岐チャネルまたは第２の分岐チャネルのいずれかより大きな横断面積を有することを特徴とする請求項１乃至２８のうちいずれか一項に記載の装置または方法。
【請求項３０】
前記混合領域は通気弁を含むことを特徴とする請求項１乃至２９のうちいずれか一項に記載の装置または方法。
【請求項３１】
前記第１の流体および第２の流体の少なくとも一部を混合する工程は、乱流混合工程を含むことを特徴とする請求項１乃至３０のうちいずれか一項に記載の装置または方法。
【請求項３２】
前記主チャネルは拡散によって第１の流体および第２の流体を完全に混合できるように十分に長いことを特徴とする請求項１乃至３１のうちいずれか一項に記載の装置または方法。
【請求項３３】
前記交差部の下流の反応領域に配置される結合パートナーを更に含むことを特徴とする請求項１乃至３２のうちいずれか一項に記載の装置または方法。
【請求項３４】
前記流体の少なくとも１つは、化学的反応および生体反応のうち少なくともいずれか一方のための試薬を含むことを特徴とする請求項１乃至３３のうちいずれか一項に記載の装置または方法。
【請求項３５】
前記第１の流体は、化学的反応および生体反応のうち少なくともいずれか一方のための第１の試薬を含み、第２の流体は、化学的反応および生体反応のうち少なくともいずれか一方のための、第１の試薬とは異なる第２の試薬を含むことを特徴とする請求項１乃至３４のうちいずれか一項に記載の装置または方法。
【請求項３６】
前記１つ以上の試薬は、異種混合の親和性反応に関与することを特徴とする請求項１乃至３５のうちいずれか一項に記載の装置または方法。
【請求項３７】
前記第１の流体を実質的に流すことなく第２の流体を下流のチャネル部にて流す工程は、通気弁が開放されるように通気弁を始動させる工程を含むことを特徴とする請求項１乃至３６のうちいずれか一項に記載の装置または方法。
【請求項３８】
前記第２の流体を流した後に第１の流体を上流のチャネル部から下流のチャネル部に流す工程は、通気弁が閉鎖されるように通気弁を始動させる工程を含むことを特徴とする請求項１乃至３７のうちいずれか一項に記載の装置または方法。
【請求項３９】
通気弁が開放されるように通気弁を始動させることによって通気弁に隣接するチャネルに気体のセグメントを導入する工程を更に含むことを特徴とする請求項１乃至３８のうちいずれか一項に記載の装置または方法。
【請求項４０】
前記チャネルへ気体のセグメントを導入する工程は、チャネルに含まれる流体を、気体のセグメントによって分離される第１の部分および第２の部分に分割する工程を含むことを特徴とする請求項１乃至３９のうちいずれか一項に記載の装置または方法。
【請求項４１】
第１の分岐チャネルおよび第２の分岐チャネルの少なくとも１つの横断面積は、等圧が第１の分岐チャネルおよび第２の分岐チャネルに付与される場合に、第１の流体および第２の流体が交差部に略同時に流れ込むように選択されることを特徴とする請求項１乃至４０のうちいずれか一項に記載の装置または方法。
【請求項４２】
前記第１の流体および第２の流体を実質的に流すことなく通気弁を始動させるに先だって主チャネルに第３の流体を流す工程を含むことを特徴とする請求項１乃至４１のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項４３】
略一定の圧力が主チャネルの出口に付与され、第１の流体、第２の流体、および第３の流体の流れのタイミングは、通気弁の始動のタイミングによって定まることを特徴とする請求項１乃至４２のうちいずれか一項に記載の装置または方法。
【請求項４４】
前記第１の流体および第２の流体の少なくとも一部を所定量混合させるべく通気弁を始動させた後に所定の時間待機する工程と、第１の分岐チャネルおよび第２の分岐チャネルにそれぞれ残留する第１の流体および第２の流体の流れを止めるべく通気弁を続いて開放する工程とを含み、これにより所定の混合量の第１の流体および第２の流体を主チャネルに流すことを特徴とする請求項１乃至４３のうちいずれか一項に記載の方法。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図２Ｄ】
【図２Ｅ】
【図２Ｆ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図４Ｅ】
【図４Ｆ】
【図４Ｇ】
【図４Ｈ】
【図４Ｉ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図７】
【図３Ａ】
【図３Ｄ】
【図８】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図２Ｄ】
【図２Ｅ】
【図２Ｆ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図４Ｅ】
【図４Ｆ】
【図４Ｇ】
【図４Ｈ】
【図４Ｉ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図７】
【図３Ａ】
【図３Ｄ】
【図８】
【公表番号】特表２０１３−５１２４３８（Ｐ２０１３−５１２４３８Ａ）
【公表日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５４１１８７（Ｐ２０１２−５４１１８７）
【出願日】平成２２年１１月２４日（２０１０．１１．２４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０５７９６９
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０６６３６１
【国際公開日】平成２３年６月３日（２０１１．６．３）
【出願人】（５１２１３４９２３）オプコ ダイアグノスティックス エルエルシー (1)
【氏名又は名称原語表記】ＯＰＫＯ ＤＩＡＧＮＯＳＴＩＣＳ，ＬＬＣ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月２４日（２０１０．１１．２４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０５７９６９
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０６６３６１
【国際公開日】平成２３年６月３日（２０１１．６．３）
【出願人】（５１２１３４９２３）オプコ ダイアグノスティックス エルエルシー (1)
【氏名又は名称原語表記】ＯＰＫＯ ＤＩＡＧＮＯＳＴＩＣＳ，ＬＬＣ
【Ｆターム（参考）】
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