マイクロ流体装置における試料混合
試料処理装置上で使用するための混合構造を開示する。この混合構造は、試料処理装置の回転速度の変更によって混合チャンバ中へ、および混合チャンバから外へ試料材料が強制されて試料材料の混合が達成されるように、プロセスチャンバ（４０）と流体連通状態にある１個以上の混合チャンバ（６０）を備える。混合チャンバは、それに対して試料処理装置が回転される軸に関連して、プロセスチャンバの遠位側上に位置する混合ポート（６２）を通してプロセスチャンバと流体連通状態にある。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はマイクロ流体試料処理装置中での流体試料の混合に関する。
【背景技術】
【０００２】
様々な化学的または生物学的プロセスが実行されるプロセスチャンバを備えた試料処理装置は、科学的および／または診断的研究において益々高まる役割を果たしている。かかる装置中に提供されるプロセスチャンバは、好ましくはプロセスを実行するために必要とされる試料材料の量を減少させるように体積が小さい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
プロセスチャンバを備えた試料処理装置に関連する継続的な問題の１つは、プロセスチャンバ中での材料の混合にある。例えば試薬の利用および／または試料の利用の改善のために、混合は有用となり得る。しかしながら、多くの試料処理装置は少量体積の試料材料（例えば５マイクロリットル）を使用するように設計されており、かかる少量試料体積のプロセッシングのために設計された試料処理装置中への装填後、接近が容易ではない。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は試料処理装置上で使用するための混合構造を提供する。この混合構造は、試料処理装置の回転速度の変更によって混合チャンバ中へ、および混合チャンバから外へ試料材料が強制されて試料材料の混合が達成されるように、プロセスチャンバと流体連通状態にある１個以上の混合チャンバを備える。混合チャンバは、それに対して試料処理装置が回転される軸に関連して、プロセスチャンバの遠位側上に位置する混合ポートを通してプロセスチャンバと流体連通状態にある。
【０００５】
本発明の混合構造の１つの潜在的な利点は、プロセスチャンバ体積が試料体積よりも大きい場合さえも混合を実行可能であるということである。試料処理装置の回転間に試料材料が移動される場所であるプロセスの遠位側上に混合ポートが位置するため、部分的に充填されたプロセスチャンバの回転によって混合チャンバ中へと試料材料を移動させることが可能であって、そのため、なお混合が生じ得る。
【０００６】
いくつかの実施形態において、プロセスチャンバは出口ポートを備えてもよく、これもプロセスチャンバの遠位側上に位置する。かかる構造の１つの潜在的な利点は、例えば、混合チャンバおよびプロセスチャンバの排出の向上である。
【０００７】
他の実施形態において、混合チャンバはプロセスチャンバのフットプリント内に位置してもよい。かかる構造の１つの潜在的な利点は、試料処理装置上の領域がプロセスチャンバによって占有され、そして関連混合構造を減少することができるということである。
【０００８】
一態様において、本発明は、プロセスチャンバの近位側上の送出ポートとプロセスチャンバの遠位側上の出口ポートとを有するプロセスチャンバと、プロセスチャンバの遠位側上に位置する混合ポートを有する混合チャンバとを備えた試料処理装置上の試料混合構造を提供する。回転軸線に対する試料処理装置の回転によって、混合ポートの開放時にプロセスチャンバ中の試料材料の少なくとも一部分を混合ポートを通して混合チャンバ中へと移動させる。ここでは、プロセスチャンバの近位側はプロセスチャンバの遠位側よりも回転軸線の近位に位置する。プロセスチャンバの出口ポートの解放時に、回転軸線に対する試料処理装置の回転によって、試料材料をプロセスチャンバおよび混合チャンバの外へと移動させる。
【０００９】
もう１つの態様において、本発明は、プロセスチャンバの近位側上の送出ポートとプロセスチャンバの遠位側上の出口ポートとを有し、出口ポートが閉鎖されているプロセスチャンバと、プロセスチャンバの遠位側上に位置する混合ポートを有する混合チャンバとを備えた試料処理装置上の試料混合構造を提供する。このプロセスチャンバは試料処理装置の第１主側面と第２主側面との間に位置し、混合チャンバの少なくとも一部分はプロセスチャンバと試料処理装置の第２主側面との間に位置する。回転軸線に対する試料処理装置の回転によって、混合ポートの開放時にプロセスチャンバ中の試料材料の少なくとも一部分を混合ポートを通して混合チャンバ中へと移動させる。ここでは、プロセスチャンバの近位側はプロセスチャンバの遠位側よりも回転軸線の近位に位置している。そしてプロセスチャンバの出口ポートの解放時に、回転軸線に対する試料処理装置の回転によって、試料材料をプロセスチャンバおよび混合チャンバの外へと移動させる。
【００１０】
もう１つの態様において、本発明は、プロセスチャンバの近位側上の送出ポートとプロセスチャンバの遠位側上の出口ポートとを有するプロセスチャンバと、プロセスチャンバの遠位側上に位置する第１混合ポートを通してプロセスチャンバと流体連通状態にある第１混合チャンバと、プロセスチャンバの遠位側上に位置する第２混合ポートを通してプロセスチャンバと流体連通状態にある第２混合チャンバとを備えた試料処理装置上の試料混合構造を提供する。回転軸線に対する試料処理装置の回転によって、プロセスチャンバ中の試料材料の少なくとも一部分を第１混合チャンバおよび第２混合チャンバの少なくとも１個中へと移動させる。ここでは、プロセスチャンバの近位側はプロセスチャンバの遠位側よりも回転軸線の近位に位置している。プロセスチャンバの出口ポートの解放時に、回転軸線に対する試料処理装置の回転によって、試料材料を第１混合チャンバ、第２混合チャンバおよびプロセスチャンバの外へと移動させる。
【００１１】
もう１つの態様において、本発明は、試料処理装置中で流体を混合する方法を提供する。この方法は、プロセスチャンバと、少なくとも１個の混合チャンバと、プロセスチャンバの遠位側上に位置する少なくとも１個の混合ポートとを備えた試料処理装置を提供する工程と、プロセスチャンバ中で試料材料を提供する工程と、回転軸線に対して試料処理装置を回転させる工程であって、試料処理装置の回転時にプロセスチャンバ中の試料材料の少なくとも一部分を少なくとも１個の混合ポートを通して少なくとも１個の混合チャンバ中へと移動させ、回転工程が少なくとも１回の加速および減速サイクルを含んでなる工程とを含む。
【００１２】
もう１つの態様において、本発明は、試料処理装置中で流体を混合する方法を提供する。この方法は、プロセスチャンバと、少なくとも１個の混合チャンバと、プロセスチャンバの遠位側上に位置する少なくとも１個の混合ポートとを有する試料処理装置を提供する工程と、プロセスチャンバ中で試料材料を提供する工程と、回転軸線に対して試料処理装置を回転させる工程であって、試料処理装置の回転時にプロセスチャンバ中の試料材料の少なくとも一部分を少なくとも１個の混合ポートを通して少なくとも１個の混合チャンバ中へと移動させ、回転工程が２回以上の加速および減速サイクルを含んでなる工程とを含む。この方法は、プロセスチャンバ中の試料材料の少なくとも一部分を少なくとも１個の混合チャンバ中へと移動させるために、試料処理装置の回転後にプロセスチャンバ中に出口ポートを開放する工程と、回転軸線に対して試料処理装置を回転させることによって、試料材料の少なくとも一部分を出口ポートを通してプロセスチャンバから除去する工程とも含む。
【００１３】
以下、本発明の様々な実例となる実施形態に関連して、本発明のこれらおよび他の特徴と利点を記載する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の実例となる実施形態の以下の詳細な記述において、その一部を形成し、図示によって本発明が実施され得る具体的な実施形態が示される添付の図面が参照される。本発明の範囲から逸脱することなく他の実施形態が利用されてもよいこと、および構造の変更がなされてもよいことは理解されるべきである。
【００１５】
本発明は、所望の反応、例えば、ＰＣＲ増幅、リガーゼ連鎖反応（ＬＣＲ）、自立性アレイ複製（ｓｅｌｆ−ｓｕｓｔａｉｎｉｎｇ ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｒｅｐｌｉｃａｔｉｏｎ）、酵素の動力学的研究、均質配位子結合アッセイおよび他の化学的、生化学的または他の反応であって、例えば正確および／または迅速な熱的変動を必要とする反応を得るための複数のプロセスチャンバにおける液体試料材料（または液体に同伴された試料材料）のプロセッシングにおいて使用可能な試料処理装置を提供する。特に本発明は、各プロセスアレイが好ましくは装填チャンバ、少なくとも１つのプロセスチャンバ、バルブチャンバおよびプロセスアレイの様々な構成要素間で流体を移動させるための導管を備え得る１個以上のプロセスアレイを備えた試料処理装置を提供する。
【００１６】
実例となる実施形態の様々な構造が以下に記載されるが、本発明の試料処理装置は、例えば米国特許出願公報第２００２／００６４８８５Ａ１号（ベディンハム（Ｂｅｄｉｎｇｈａｍ）ら）、第２００２／００４８５３３Ａ１号（ハームス（Ｈａｒｍｓ）ら）、第２００２／００４７００３Ａ１号（ベディンハム（Ｂｅｄｉｎｇｈａｍ）ら）、および第２００３／０１３８７７９Ａ１号（パータサラティ（Ｐａｒｔｈａｓａｒａｔｈｙ）ら）、ならびに米国特許第６，６２７，１５９Ｂ１号（ベディンハム（Ｂｅｄｉｎｇｈａｍ）ら）および２００３年１２月１２日出願の「可変性バルブ装置および方法（ＶＡＲＩＡＢＬＥ ＶＡＬＶＥ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ）」と題された米国特許出願第１０／７３４，７１７号に記載のものと同様であってもよい。上記識別される文献は全て、本発明の原理に従う試料処理装置を製造するために使用可能な様々な異なる構造の試料処理装置を開示する。
【００１７】
本発明の原則に従って製造される１つの実例となる試料処理装置を図１に示す。これは、本発明のプロセスチャンバおよび関連する混合構造を含み得る１つの試料処理装置１０の平面図である。この試料処理装置１０は、好ましくは図１に図示されるように円形ディスクの形状であり得るが、回転可能ないずれの他の形状、例えば長方形等も円形ディスクの代わりに使用可能である。
【００１８】
図１に示されるように、試料処理装置１０は少なくとも１個のプロセスアレイ２０を含む。他の実施形態において、試料処理装置１０が２個以上のプロセスアレイ２０を含むことが好ましい。描写されるように試料処理装置１０が円形である場合、描写された各プロセスアレイ２０が、試料処理装置１０の外周部に向けて試料処理装置１０の中心１２の近位から延在する径方向軸線２１と一直線になる構成要素を備える。このアレイが好ましいが、試料処理装置１０上のプロセスアレイ２０のいずれのアレイも代わりに使用されてもよいことは理解されるであろう。
【００１９】
試料処理装置１０は、回転によってプロセスアレイ２０を通して流体移動が生じるように設計されている。試料処理装置１０の中心１２を通して回転軸線が延在することが好ましいが、その変形も可能である。
【００２０】
プロセスアレイ２０は、好ましくは少なくとも１個のプロセスチャンバ４０を備える。描写された実施形態において、プロセスアレイ２０は、導管３２に沿ってプロセスチャンバ４０に連結された任意の装填チャンバ３０も備える。プロセスチャンバ４０は、好ましくは導管４２に沿って第１プロセスチャンバ４０に連結された第２プロセスチャンバ５０に連結されてもよい。プロセスチャンバ４０は、好ましくはプロセスチャンバ４０から第２プロセスチャンバ５０への移動を制御するためにバルブ４４を備える。好ましくはバルブ４４は、開放されるまで、通常、閉鎖されている。プロセスアレイ２０は、プロセスチャンバ４０と流体連通状態にある混合チャンバ６０も備える。
【００２１】
プロセスアレイ２０と関連する多くの特徴が任意でもよいことは理解されなければならない。例えば、異なる装填構造を通して試料材料を直接的にプロセスチャンバ４０に導入可能である場合、装填チャンバ３０および関連導管３２は任意であり得る。他の任意の特徴としては、例えばバルブ４０および／または第２プロセスチャンバ５０、ならびにそれに導かれる導管４２が挙げられる。
【００２２】
プロセスアレイ２０と関連して提供されるいずれの装填構造（例えば装填チャンバ３０）も、試料材料を受け取る外部装置（例えば、ピペット、中空注射器または他の流体送出装置）と組み合わせて設計されてよい。装填構造自体が体積を画定してもよく（例えば、図１の装填チャンバ３０のように）、または装填構造が特定の体積を画定しないが、代わりに試料材料が導入される位置であり得る。例えば、ピペットまたは針が挿入されるポートの形態で装填構造が提供されてよい。一実施形態において、装填構造は、例えばピペット、注射器針等を受け取るように適応された導管に沿って設定された位置であり得る。手動または自動化システム（例えば、ロボット等）によって装填が実行されてもよい。さらに、もう１つの装置から直接的に試料処理装置１０が装填されてもよい（自動化システムを使用して、または手動）。
【００２３】
図２は、プロセスチャンバ４０ならびに混合チャンバ６０および混合ポート６２の形態のその関連混合構造の拡大平面図である。混合ポートを通して、混合チャンバ６０はプロセスチャンバ４０の体積と流体連通状態にある。
【００２４】
混合ポート６２がプロセスチャンバ４０の遠位側に位置することが好ましい。プロセスチャンバ４０の遠位側は、プロセスアレイ２０を通しての流体移動および／または混合チャンバ６０を使用する混合をもたらすために、その軸に対して試料処理装置１０が回転される回転軸線から遠位に位置するプロセスチャンバ２０の側面として画定される。本明細書で説明される通り、回転軸線は、好ましくは試料処理装置１０の中心１２である。試料材料が導管３２を通してプロセスチャンバ４０に送出されるいくつかの例において、プロセスチャンバ４０の遠位側は送出ポート３４の反対側として画定され得、それを通して試料材料がプロセスチャンバ４０に入る。かかる実施形態において、送出ポート３４は、好ましくはプロセスチャンバ４０の近位側、すなわち、流体移動をもたらすために、それに対して試料処理装置１０が回転される軸に最も近いプロセスチャンバ４０の側面に位置し得る。
【００２５】
第２プロセスチャンバ５０への送出のための導管４２へとプロセスチャンバ５０中の試料材料を移動させるために、図２に描写されるバルブ４４を開放可能である。バルブ４４は、図３の断面図に描写される通り、プロセスチャンバ４０の一部分上に張出しているバルブリップ４８に提供されたバルブセプタム４６の形態であってよい。かかるバルブ構造のさらなる例および説明は、例えば米国特許出願公報第２００３／１３８７７９Ａ１号（パータサラティ（Ｐａｒｔｈａｓａｒａｔｈｙ）ら）および２００３年１２月１２日出願の「可変性バルブ装置および方法（ＶＡＲＩＡＢＬＥ ＶＡＬＶＥ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ）」と題された米国特許出願第１０／７３４，７１７号に見出され得る。
【００２６】
いずれの数の適切な構造技術を使用して本発明の試料処理装置が製造されてもよいが、図３の断面図において１つの実例となる構造体が示される。試料処理装置１０は、コア層１６に結合されたベース層１４を備える。カバー層１８は、ベース層１４から外方に向くコア層１６の側面上でバルブ層１６に結合される。
【００２７】
いずれかの適切な材料または材料の組み合わせから試料処理装置１０の層を製造してよい。ベース層１４および／またはコア層１６のためのいくつかの適切な材料の例としては、限定されないが、高分子材料、ガラス、ケイ素、石英、セラミックス等が挙げられる。層が試料材料と直接接触する試料処理装置１０に関して、層のために使用される材料が試料材料と非反応性であることが好ましい。多くの異なる生物学的分析の用途において基材のために使用可能ないくつかの適切な高分子材料の例としては、限定されないが、ポリカーボネート、ポリプロピレン（例えば、アイソタクチックポリプロピレン）、ポリエチレン、ポリエステル等が挙げられる。
【００２８】
いくつかの実施形態において、コア層１６および／またはベース層１４に形成される特徴がカバー層１８を通して見えるように、コア層１８が透明または半透明であることが好ましい。例えば試料処理装置１０の描写された実施形態において、本明細書に記載される通り、コア層１８はプロセスアレイ２０中の特徴の視覚化を可能にする。
【００２９】
いずれかの適切な技術または技術の組み合わせによって、試料処理装置１０を形成する層を互いに結合することができる。適切な結合技術は、好ましくはプロセスチャンバ中での試料材料のプロセッシング間に経験する力に結合が耐性を示すような十分な完全性を有する。いくつかの適切な結合技術の例としては、例えば、接着結合（感圧接着剤、硬化性接着剤、ホットメルト接着剤等を使用する）、ヒートシール、熱溶接、超音波溶接、化学溶接、溶媒結合、共押出、押出キャスティング等およびそれらの組み合わせが挙げられる。さらに、異なる層を結合するために使用される技術は同一であっても異なってもよい。例えば、ベース層１４およびコア層１６を結合するために使用された技術は、カバー層１８およびコア層１６を結合するために使用された技術と同一であっても異なってもよい。
【００３０】
混合ポート６２がプロセスチャンバ４０の遠位側上に位置することによって、試料処理装置１０の回転速度の変化を使用して、試料材料を混合チャンバ６０中へと、および混合チャンバ６０から外へと選択的に移動させることができる。プロセスチャンバ４０から混合チャンバ６０中へ、および混合チャンバ６０から外への試料材料の移動は、例えばプロセスチャンバ４０内に位置する試薬４１と試料材料を例えば混合するために有用であり得る。かかる試薬４１は図３の拡大断面図に描写される。
【００３１】
図４および５は、混合チャンバ６０中へ、およ外への試料材料７０の移動を描写する。図４において、試料材料７０は実質的にプロセスチャンバ４０内に位置する。試料処理装置１０の回転によって、装填チャンバ３０から例えば導管３２を通して、プロセスチャンバ４０に試料材料７０が送出されてもよい。試料処理装置１０の回転はプロセスチャンバに試料材料７０を送出するために十分であるが、回転によって発達された遠心力は、試料材料７０を混合チャンバ６０に入れるため十分でない。
【００３２】
しかしながら図４に示されるように、一旦プロセスチャンバ４０内の位置にあれば、混合チャンバ６０へと導かれる混合ポート６２は、好ましくは試料材料７０によって閉鎖される。結果として、混合チャンバ６０内に位置するいずれの空気または他の圧縮性流体も、その中に捕らえられる。
【００３３】
試料材料７０上の遠心力が増加するように試料処理装置１０がより迅速に回転される場合、例えば図５に描写されるように、試料材料７０の少なくとも一部分は好ましくは混合ポート６２を通して混合チャンバ６０中へと強制される。より高密度の試料材料７０において作用する遠心力のため、混合チャンバ６０内に位置する空気または他の圧縮性流体（好ましくはガス）は、好ましくは混合チャンバ６０内で圧縮される。試料処理装置１０の回転速度を減速させることによって、好ましくは少なくともいくつか、そしておそらく好ましくは全ての試料材料７０がプロセスチャンバ４０へと戻され得る。
【００３４】
本発明に従って混合を達成するために回転を使用する場合、回転は、好ましくは少なくとも１回の加速および減速サイクルを含み得、すなわち試料処理装置１０の回転速度が増加されて、試料材料７０の少なくとも一部分を混合チャンバ６０中へと移動させ、続いて減速によって回転速度が低下（または停止）されて、試料材料７０の少なくとも一部分が混合チャンバ６０の外へ移動される。いくつかの例において、混合工程が２回以上のかかる加速および減速サイクルを含むことが好ましい。
【００３５】
試料処理装置１０の回転速度の変化による混合チャンバ６０中へ、および混合チャンバ６０から外への試料材料７０の移動を繰り返すことによって、プロセスチャンバ４０内に位置する試料材料７０およびいずれかの試薬の混合が増強される。さらにいくつかの例において、試料処理装置１０の回転速度の変化によって試料材料７０とかかる試薬との接触が好ましく防除されるように、一種以上の試薬が混合チャンバ６０中に提供されてもよい。例えば、混合チャンバ６０中に位置する試薬との試料材料７０の初期接触時間は、試料処理装置１０の回転速度に基づいて制御され得る。
【００３６】
図６は、本発明の原則に従うプロセスチャンバおよび関連混合構造のもう１つの別の実施形態である。多くの点で、プロセスチャンバ１４０および関連混合構造は、図１〜５に関連して記載されるものと同様である。中でも差異は、それぞれ混合ポート１６２ａおよび１６２ｂを通して、プロセスチャンバ１４０と流体連通状態にある２個の混合チャンバ１６０ａおよび１６０ｂの形態で混合構造が提供されることである。
【００３７】
混合チャンバ１６０ａおよび１６０ｂ（本明細書において集合的に混合チャンバ１６０として称される）は、好ましくは、それに沿ってプロセスチャンバ１４０が位置する径方向軸線１２１の反対側にあってよい。描写される通り、径方向軸線１２１は、好ましくは混合チャンバ１６０に関して対称軸である。
【００３８】
プロセスチャンバ１４０は送出ポート１３４も備え、それを通して試料材料がプロセスチャンバ１４０に送出され得る。送出ポート１３４は、好ましくはプロセスチャンバ１４０の近位側、すなわち、流体移動および／または混合チャンバ１６０を使用する試料材料の混合をもたらすために、それに対してプロセスチャンバ１４０を含有する試料処理装置が回転される軸に最も近いプロセスチャンバ１４０の側面に位置する。
【００３９】
図６に示される通り、ベース層１１４が結合されるコア層１１６において特徴（例えばプロセスチャンバ１４０、混合チャンバ１６０、送出ポート１３４等）が形成される。実際の装置において、ベース層１１４が結合される主表面の反対側であるコア層１１６の主表面上にカバー層（図示せず）が提供される。
【００４０】
図７および８は、プロセスチャンバ２４０および関連混合構造のもう１つの実施形態を描写しており、図８は図７の線８−８に沿って取られる断面図である。本実施形態において、混合構造は２個の混合チャンバ２６０ａおよび２６０ｂ（本明細書において集合的に混合チャンバ２６０として称される）を備える。各プロセスチャンバ２６０の少なくとも一部分が、プロセスチャンバ２４０とプロセスチャンバ２４０が位置する試料処理装置の主側面のうちの１つとの間に位置するように、混合チャンバ２６０はプロセスチャンバ２４０上に位置する。プロセスチャンバ２４０のフットプリント内に位置する部分を有するものとして混合チャンバ２６０が記載されてもよく、ここでは、主側面に対して垂直の、軸に沿って試料処理装置の主側面上のプロセスチャンバ２４０の突出としてプロセスチャンバ２４０のフットプリントは画定される。描写されないが、混合チャンバがプロセスチャンバ２４０のフットプリント内に完全に位置することが好ましい。
【００４１】
一部分または全ての混合チャンバがプロセスチャンバのフットプリント内に位置する構造の１つの潜在的な利点は、混合構造が、混合構造を有するプロセスチャンバを提供するために試料処理装置上で必要とされる領域の量を実質的に拡大しないということである。
【００４２】
混合チャンバ２６０はプロセスチャンバ２４０上に位置するため、ベース層２１４に連結された混合層２１６を通して延在する混合ポート２６２ａおよび２６２ｂによって連結される。プロセスチャンバ２４０はベース層２１４中で、そしてまたベース層２１４に結合されたベースカバー層２１３によって画定される。混合層２１６に結合されたカバー層２１８は、混合チャンバ２６０の体積をさらに画定する。
【００４３】
プロセスチャンバ２４０は任意のバルブ２４４を備えており、これは、試料処理装置上に存在し得る他の特徴への送出のための導管２４２中へと試料材料を流すために開放されるバルブセプタム２４６を有する。
【００４４】
加えて、混合ポート２６２ａおよび２６２ｂもセプタム２６６ａおよび２６６ｂの形態で任意のバルブを備えており、それらはプロセスチャンバ２４０中のいずれかの試料材料が混合チャンバ２６０の一方または両方に入るように開放されなければならない。セプタム２６６ａおよび２６６ｂは、例えばバルブ２４４のセプタム２４６に関連して使用されるいずれかの適切な技術によって開放され得る。例えば混合チャンバ２６０が内部に位置する一種以上の試薬を含み、それらの試薬と試料材料との接触が制御されるべき場合、混合チャンバ２６０に関連するバルブの使用が特に有用である。
【００４５】
本明細書および添付の請求の範囲において使用される場合、文脈で明白に記載されない限り、単数形（「ａ」「ａｎｄ」および「ｔｈｅ」）は複数形の指示を含む。従って、例えば、「混合チャンバ」の言及は複数の混合チャンバを含み、そして「プロセスチャンバ」の言及は１以上のプロセスチャンバおよび当業者に既知のその同等物を含む。
【００４６】
本発明の実例となる実施形態が説明されており、そして本発明の範囲内で可能な変更に対する引用がなされている。本発明におけるこれらおよび他の変更および改造は本発明の範囲から逸脱することなく当業者に明らかであり、そして本発明が本明細書で明示された実例となる実施形態に限定されないことは理解されるべきである。従って、本発明は添付の請求の範囲およびその同等物によってのみ限定される。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明による１つの代表的な試料処理装置の平面図。
【図２】本発明による１つの代表的な混合構造および関連プロセスチャンバの拡大図。
【図３】図２の線３−３に沿った、図２のプロセスチャンバの拡大断面図。
【図４】本発明の一実施形態におけるプロセスチャンバおよび混合チャンバを使用する混合作用を示す図。
【図５】本発明の一実施形態におけるプロセスチャンバおよび混合チャンバを使用する混合作用を示す図。
【図６】本発明による別のプロセスチャンバおよび関連混合構造の斜視図。
【図７】本発明によるもう１つの別のプロセスチャンバおよび関連混合構造の斜視図。
【図８】図７の線８−８に沿った、図７のプロセスチャンバおよび関連混合構造の拡大断面図。
【技術分野】
【０００１】
本発明はマイクロ流体試料処理装置中での流体試料の混合に関する。
【背景技術】
【０００２】
様々な化学的または生物学的プロセスが実行されるプロセスチャンバを備えた試料処理装置は、科学的および／または診断的研究において益々高まる役割を果たしている。かかる装置中に提供されるプロセスチャンバは、好ましくはプロセスを実行するために必要とされる試料材料の量を減少させるように体積が小さい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
プロセスチャンバを備えた試料処理装置に関連する継続的な問題の１つは、プロセスチャンバ中での材料の混合にある。例えば試薬の利用および／または試料の利用の改善のために、混合は有用となり得る。しかしながら、多くの試料処理装置は少量体積の試料材料（例えば５マイクロリットル）を使用するように設計されており、かかる少量試料体積のプロセッシングのために設計された試料処理装置中への装填後、接近が容易ではない。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は試料処理装置上で使用するための混合構造を提供する。この混合構造は、試料処理装置の回転速度の変更によって混合チャンバ中へ、および混合チャンバから外へ試料材料が強制されて試料材料の混合が達成されるように、プロセスチャンバと流体連通状態にある１個以上の混合チャンバを備える。混合チャンバは、それに対して試料処理装置が回転される軸に関連して、プロセスチャンバの遠位側上に位置する混合ポートを通してプロセスチャンバと流体連通状態にある。
【０００５】
本発明の混合構造の１つの潜在的な利点は、プロセスチャンバ体積が試料体積よりも大きい場合さえも混合を実行可能であるということである。試料処理装置の回転間に試料材料が移動される場所であるプロセスの遠位側上に混合ポートが位置するため、部分的に充填されたプロセスチャンバの回転によって混合チャンバ中へと試料材料を移動させることが可能であって、そのため、なお混合が生じ得る。
【０００６】
いくつかの実施形態において、プロセスチャンバは出口ポートを備えてもよく、これもプロセスチャンバの遠位側上に位置する。かかる構造の１つの潜在的な利点は、例えば、混合チャンバおよびプロセスチャンバの排出の向上である。
【０００７】
他の実施形態において、混合チャンバはプロセスチャンバのフットプリント内に位置してもよい。かかる構造の１つの潜在的な利点は、試料処理装置上の領域がプロセスチャンバによって占有され、そして関連混合構造を減少することができるということである。
【０００８】
一態様において、本発明は、プロセスチャンバの近位側上の送出ポートとプロセスチャンバの遠位側上の出口ポートとを有するプロセスチャンバと、プロセスチャンバの遠位側上に位置する混合ポートを有する混合チャンバとを備えた試料処理装置上の試料混合構造を提供する。回転軸線に対する試料処理装置の回転によって、混合ポートの開放時にプロセスチャンバ中の試料材料の少なくとも一部分を混合ポートを通して混合チャンバ中へと移動させる。ここでは、プロセスチャンバの近位側はプロセスチャンバの遠位側よりも回転軸線の近位に位置する。プロセスチャンバの出口ポートの解放時に、回転軸線に対する試料処理装置の回転によって、試料材料をプロセスチャンバおよび混合チャンバの外へと移動させる。
【０００９】
もう１つの態様において、本発明は、プロセスチャンバの近位側上の送出ポートとプロセスチャンバの遠位側上の出口ポートとを有し、出口ポートが閉鎖されているプロセスチャンバと、プロセスチャンバの遠位側上に位置する混合ポートを有する混合チャンバとを備えた試料処理装置上の試料混合構造を提供する。このプロセスチャンバは試料処理装置の第１主側面と第２主側面との間に位置し、混合チャンバの少なくとも一部分はプロセスチャンバと試料処理装置の第２主側面との間に位置する。回転軸線に対する試料処理装置の回転によって、混合ポートの開放時にプロセスチャンバ中の試料材料の少なくとも一部分を混合ポートを通して混合チャンバ中へと移動させる。ここでは、プロセスチャンバの近位側はプロセスチャンバの遠位側よりも回転軸線の近位に位置している。そしてプロセスチャンバの出口ポートの解放時に、回転軸線に対する試料処理装置の回転によって、試料材料をプロセスチャンバおよび混合チャンバの外へと移動させる。
【００１０】
もう１つの態様において、本発明は、プロセスチャンバの近位側上の送出ポートとプロセスチャンバの遠位側上の出口ポートとを有するプロセスチャンバと、プロセスチャンバの遠位側上に位置する第１混合ポートを通してプロセスチャンバと流体連通状態にある第１混合チャンバと、プロセスチャンバの遠位側上に位置する第２混合ポートを通してプロセスチャンバと流体連通状態にある第２混合チャンバとを備えた試料処理装置上の試料混合構造を提供する。回転軸線に対する試料処理装置の回転によって、プロセスチャンバ中の試料材料の少なくとも一部分を第１混合チャンバおよび第２混合チャンバの少なくとも１個中へと移動させる。ここでは、プロセスチャンバの近位側はプロセスチャンバの遠位側よりも回転軸線の近位に位置している。プロセスチャンバの出口ポートの解放時に、回転軸線に対する試料処理装置の回転によって、試料材料を第１混合チャンバ、第２混合チャンバおよびプロセスチャンバの外へと移動させる。
【００１１】
もう１つの態様において、本発明は、試料処理装置中で流体を混合する方法を提供する。この方法は、プロセスチャンバと、少なくとも１個の混合チャンバと、プロセスチャンバの遠位側上に位置する少なくとも１個の混合ポートとを備えた試料処理装置を提供する工程と、プロセスチャンバ中で試料材料を提供する工程と、回転軸線に対して試料処理装置を回転させる工程であって、試料処理装置の回転時にプロセスチャンバ中の試料材料の少なくとも一部分を少なくとも１個の混合ポートを通して少なくとも１個の混合チャンバ中へと移動させ、回転工程が少なくとも１回の加速および減速サイクルを含んでなる工程とを含む。
【００１２】
もう１つの態様において、本発明は、試料処理装置中で流体を混合する方法を提供する。この方法は、プロセスチャンバと、少なくとも１個の混合チャンバと、プロセスチャンバの遠位側上に位置する少なくとも１個の混合ポートとを有する試料処理装置を提供する工程と、プロセスチャンバ中で試料材料を提供する工程と、回転軸線に対して試料処理装置を回転させる工程であって、試料処理装置の回転時にプロセスチャンバ中の試料材料の少なくとも一部分を少なくとも１個の混合ポートを通して少なくとも１個の混合チャンバ中へと移動させ、回転工程が２回以上の加速および減速サイクルを含んでなる工程とを含む。この方法は、プロセスチャンバ中の試料材料の少なくとも一部分を少なくとも１個の混合チャンバ中へと移動させるために、試料処理装置の回転後にプロセスチャンバ中に出口ポートを開放する工程と、回転軸線に対して試料処理装置を回転させることによって、試料材料の少なくとも一部分を出口ポートを通してプロセスチャンバから除去する工程とも含む。
【００１３】
以下、本発明の様々な実例となる実施形態に関連して、本発明のこれらおよび他の特徴と利点を記載する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の実例となる実施形態の以下の詳細な記述において、その一部を形成し、図示によって本発明が実施され得る具体的な実施形態が示される添付の図面が参照される。本発明の範囲から逸脱することなく他の実施形態が利用されてもよいこと、および構造の変更がなされてもよいことは理解されるべきである。
【００１５】
本発明は、所望の反応、例えば、ＰＣＲ増幅、リガーゼ連鎖反応（ＬＣＲ）、自立性アレイ複製（ｓｅｌｆ−ｓｕｓｔａｉｎｉｎｇ ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｒｅｐｌｉｃａｔｉｏｎ）、酵素の動力学的研究、均質配位子結合アッセイおよび他の化学的、生化学的または他の反応であって、例えば正確および／または迅速な熱的変動を必要とする反応を得るための複数のプロセスチャンバにおける液体試料材料（または液体に同伴された試料材料）のプロセッシングにおいて使用可能な試料処理装置を提供する。特に本発明は、各プロセスアレイが好ましくは装填チャンバ、少なくとも１つのプロセスチャンバ、バルブチャンバおよびプロセスアレイの様々な構成要素間で流体を移動させるための導管を備え得る１個以上のプロセスアレイを備えた試料処理装置を提供する。
【００１６】
実例となる実施形態の様々な構造が以下に記載されるが、本発明の試料処理装置は、例えば米国特許出願公報第２００２／００６４８８５Ａ１号（ベディンハム（Ｂｅｄｉｎｇｈａｍ）ら）、第２００２／００４８５３３Ａ１号（ハームス（Ｈａｒｍｓ）ら）、第２００２／００４７００３Ａ１号（ベディンハム（Ｂｅｄｉｎｇｈａｍ）ら）、および第２００３／０１３８７７９Ａ１号（パータサラティ（Ｐａｒｔｈａｓａｒａｔｈｙ）ら）、ならびに米国特許第６，６２７，１５９Ｂ１号（ベディンハム（Ｂｅｄｉｎｇｈａｍ）ら）および２００３年１２月１２日出願の「可変性バルブ装置および方法（ＶＡＲＩＡＢＬＥ ＶＡＬＶＥ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ）」と題された米国特許出願第１０／７３４，７１７号に記載のものと同様であってもよい。上記識別される文献は全て、本発明の原理に従う試料処理装置を製造するために使用可能な様々な異なる構造の試料処理装置を開示する。
【００１７】
本発明の原則に従って製造される１つの実例となる試料処理装置を図１に示す。これは、本発明のプロセスチャンバおよび関連する混合構造を含み得る１つの試料処理装置１０の平面図である。この試料処理装置１０は、好ましくは図１に図示されるように円形ディスクの形状であり得るが、回転可能ないずれの他の形状、例えば長方形等も円形ディスクの代わりに使用可能である。
【００１８】
図１に示されるように、試料処理装置１０は少なくとも１個のプロセスアレイ２０を含む。他の実施形態において、試料処理装置１０が２個以上のプロセスアレイ２０を含むことが好ましい。描写されるように試料処理装置１０が円形である場合、描写された各プロセスアレイ２０が、試料処理装置１０の外周部に向けて試料処理装置１０の中心１２の近位から延在する径方向軸線２１と一直線になる構成要素を備える。このアレイが好ましいが、試料処理装置１０上のプロセスアレイ２０のいずれのアレイも代わりに使用されてもよいことは理解されるであろう。
【００１９】
試料処理装置１０は、回転によってプロセスアレイ２０を通して流体移動が生じるように設計されている。試料処理装置１０の中心１２を通して回転軸線が延在することが好ましいが、その変形も可能である。
【００２０】
プロセスアレイ２０は、好ましくは少なくとも１個のプロセスチャンバ４０を備える。描写された実施形態において、プロセスアレイ２０は、導管３２に沿ってプロセスチャンバ４０に連結された任意の装填チャンバ３０も備える。プロセスチャンバ４０は、好ましくは導管４２に沿って第１プロセスチャンバ４０に連結された第２プロセスチャンバ５０に連結されてもよい。プロセスチャンバ４０は、好ましくはプロセスチャンバ４０から第２プロセスチャンバ５０への移動を制御するためにバルブ４４を備える。好ましくはバルブ４４は、開放されるまで、通常、閉鎖されている。プロセスアレイ２０は、プロセスチャンバ４０と流体連通状態にある混合チャンバ６０も備える。
【００２１】
プロセスアレイ２０と関連する多くの特徴が任意でもよいことは理解されなければならない。例えば、異なる装填構造を通して試料材料を直接的にプロセスチャンバ４０に導入可能である場合、装填チャンバ３０および関連導管３２は任意であり得る。他の任意の特徴としては、例えばバルブ４０および／または第２プロセスチャンバ５０、ならびにそれに導かれる導管４２が挙げられる。
【００２２】
プロセスアレイ２０と関連して提供されるいずれの装填構造（例えば装填チャンバ３０）も、試料材料を受け取る外部装置（例えば、ピペット、中空注射器または他の流体送出装置）と組み合わせて設計されてよい。装填構造自体が体積を画定してもよく（例えば、図１の装填チャンバ３０のように）、または装填構造が特定の体積を画定しないが、代わりに試料材料が導入される位置であり得る。例えば、ピペットまたは針が挿入されるポートの形態で装填構造が提供されてよい。一実施形態において、装填構造は、例えばピペット、注射器針等を受け取るように適応された導管に沿って設定された位置であり得る。手動または自動化システム（例えば、ロボット等）によって装填が実行されてもよい。さらに、もう１つの装置から直接的に試料処理装置１０が装填されてもよい（自動化システムを使用して、または手動）。
【００２３】
図２は、プロセスチャンバ４０ならびに混合チャンバ６０および混合ポート６２の形態のその関連混合構造の拡大平面図である。混合ポートを通して、混合チャンバ６０はプロセスチャンバ４０の体積と流体連通状態にある。
【００２４】
混合ポート６２がプロセスチャンバ４０の遠位側に位置することが好ましい。プロセスチャンバ４０の遠位側は、プロセスアレイ２０を通しての流体移動および／または混合チャンバ６０を使用する混合をもたらすために、その軸に対して試料処理装置１０が回転される回転軸線から遠位に位置するプロセスチャンバ２０の側面として画定される。本明細書で説明される通り、回転軸線は、好ましくは試料処理装置１０の中心１２である。試料材料が導管３２を通してプロセスチャンバ４０に送出されるいくつかの例において、プロセスチャンバ４０の遠位側は送出ポート３４の反対側として画定され得、それを通して試料材料がプロセスチャンバ４０に入る。かかる実施形態において、送出ポート３４は、好ましくはプロセスチャンバ４０の近位側、すなわち、流体移動をもたらすために、それに対して試料処理装置１０が回転される軸に最も近いプロセスチャンバ４０の側面に位置し得る。
【００２５】
第２プロセスチャンバ５０への送出のための導管４２へとプロセスチャンバ５０中の試料材料を移動させるために、図２に描写されるバルブ４４を開放可能である。バルブ４４は、図３の断面図に描写される通り、プロセスチャンバ４０の一部分上に張出しているバルブリップ４８に提供されたバルブセプタム４６の形態であってよい。かかるバルブ構造のさらなる例および説明は、例えば米国特許出願公報第２００３／１３８７７９Ａ１号（パータサラティ（Ｐａｒｔｈａｓａｒａｔｈｙ）ら）および２００３年１２月１２日出願の「可変性バルブ装置および方法（ＶＡＲＩＡＢＬＥ ＶＡＬＶＥ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ）」と題された米国特許出願第１０／７３４，７１７号に見出され得る。
【００２６】
いずれの数の適切な構造技術を使用して本発明の試料処理装置が製造されてもよいが、図３の断面図において１つの実例となる構造体が示される。試料処理装置１０は、コア層１６に結合されたベース層１４を備える。カバー層１８は、ベース層１４から外方に向くコア層１６の側面上でバルブ層１６に結合される。
【００２７】
いずれかの適切な材料または材料の組み合わせから試料処理装置１０の層を製造してよい。ベース層１４および／またはコア層１６のためのいくつかの適切な材料の例としては、限定されないが、高分子材料、ガラス、ケイ素、石英、セラミックス等が挙げられる。層が試料材料と直接接触する試料処理装置１０に関して、層のために使用される材料が試料材料と非反応性であることが好ましい。多くの異なる生物学的分析の用途において基材のために使用可能ないくつかの適切な高分子材料の例としては、限定されないが、ポリカーボネート、ポリプロピレン（例えば、アイソタクチックポリプロピレン）、ポリエチレン、ポリエステル等が挙げられる。
【００２８】
いくつかの実施形態において、コア層１６および／またはベース層１４に形成される特徴がカバー層１８を通して見えるように、コア層１８が透明または半透明であることが好ましい。例えば試料処理装置１０の描写された実施形態において、本明細書に記載される通り、コア層１８はプロセスアレイ２０中の特徴の視覚化を可能にする。
【００２９】
いずれかの適切な技術または技術の組み合わせによって、試料処理装置１０を形成する層を互いに結合することができる。適切な結合技術は、好ましくはプロセスチャンバ中での試料材料のプロセッシング間に経験する力に結合が耐性を示すような十分な完全性を有する。いくつかの適切な結合技術の例としては、例えば、接着結合（感圧接着剤、硬化性接着剤、ホットメルト接着剤等を使用する）、ヒートシール、熱溶接、超音波溶接、化学溶接、溶媒結合、共押出、押出キャスティング等およびそれらの組み合わせが挙げられる。さらに、異なる層を結合するために使用される技術は同一であっても異なってもよい。例えば、ベース層１４およびコア層１６を結合するために使用された技術は、カバー層１８およびコア層１６を結合するために使用された技術と同一であっても異なってもよい。
【００３０】
混合ポート６２がプロセスチャンバ４０の遠位側上に位置することによって、試料処理装置１０の回転速度の変化を使用して、試料材料を混合チャンバ６０中へと、および混合チャンバ６０から外へと選択的に移動させることができる。プロセスチャンバ４０から混合チャンバ６０中へ、および混合チャンバ６０から外への試料材料の移動は、例えばプロセスチャンバ４０内に位置する試薬４１と試料材料を例えば混合するために有用であり得る。かかる試薬４１は図３の拡大断面図に描写される。
【００３１】
図４および５は、混合チャンバ６０中へ、およ外への試料材料７０の移動を描写する。図４において、試料材料７０は実質的にプロセスチャンバ４０内に位置する。試料処理装置１０の回転によって、装填チャンバ３０から例えば導管３２を通して、プロセスチャンバ４０に試料材料７０が送出されてもよい。試料処理装置１０の回転はプロセスチャンバに試料材料７０を送出するために十分であるが、回転によって発達された遠心力は、試料材料７０を混合チャンバ６０に入れるため十分でない。
【００３２】
しかしながら図４に示されるように、一旦プロセスチャンバ４０内の位置にあれば、混合チャンバ６０へと導かれる混合ポート６２は、好ましくは試料材料７０によって閉鎖される。結果として、混合チャンバ６０内に位置するいずれの空気または他の圧縮性流体も、その中に捕らえられる。
【００３３】
試料材料７０上の遠心力が増加するように試料処理装置１０がより迅速に回転される場合、例えば図５に描写されるように、試料材料７０の少なくとも一部分は好ましくは混合ポート６２を通して混合チャンバ６０中へと強制される。より高密度の試料材料７０において作用する遠心力のため、混合チャンバ６０内に位置する空気または他の圧縮性流体（好ましくはガス）は、好ましくは混合チャンバ６０内で圧縮される。試料処理装置１０の回転速度を減速させることによって、好ましくは少なくともいくつか、そしておそらく好ましくは全ての試料材料７０がプロセスチャンバ４０へと戻され得る。
【００３４】
本発明に従って混合を達成するために回転を使用する場合、回転は、好ましくは少なくとも１回の加速および減速サイクルを含み得、すなわち試料処理装置１０の回転速度が増加されて、試料材料７０の少なくとも一部分を混合チャンバ６０中へと移動させ、続いて減速によって回転速度が低下（または停止）されて、試料材料７０の少なくとも一部分が混合チャンバ６０の外へ移動される。いくつかの例において、混合工程が２回以上のかかる加速および減速サイクルを含むことが好ましい。
【００３５】
試料処理装置１０の回転速度の変化による混合チャンバ６０中へ、および混合チャンバ６０から外への試料材料７０の移動を繰り返すことによって、プロセスチャンバ４０内に位置する試料材料７０およびいずれかの試薬の混合が増強される。さらにいくつかの例において、試料処理装置１０の回転速度の変化によって試料材料７０とかかる試薬との接触が好ましく防除されるように、一種以上の試薬が混合チャンバ６０中に提供されてもよい。例えば、混合チャンバ６０中に位置する試薬との試料材料７０の初期接触時間は、試料処理装置１０の回転速度に基づいて制御され得る。
【００３６】
図６は、本発明の原則に従うプロセスチャンバおよび関連混合構造のもう１つの別の実施形態である。多くの点で、プロセスチャンバ１４０および関連混合構造は、図１〜５に関連して記載されるものと同様である。中でも差異は、それぞれ混合ポート１６２ａおよび１６２ｂを通して、プロセスチャンバ１４０と流体連通状態にある２個の混合チャンバ１６０ａおよび１６０ｂの形態で混合構造が提供されることである。
【００３７】
混合チャンバ１６０ａおよび１６０ｂ（本明細書において集合的に混合チャンバ１６０として称される）は、好ましくは、それに沿ってプロセスチャンバ１４０が位置する径方向軸線１２１の反対側にあってよい。描写される通り、径方向軸線１２１は、好ましくは混合チャンバ１６０に関して対称軸である。
【００３８】
プロセスチャンバ１４０は送出ポート１３４も備え、それを通して試料材料がプロセスチャンバ１４０に送出され得る。送出ポート１３４は、好ましくはプロセスチャンバ１４０の近位側、すなわち、流体移動および／または混合チャンバ１６０を使用する試料材料の混合をもたらすために、それに対してプロセスチャンバ１４０を含有する試料処理装置が回転される軸に最も近いプロセスチャンバ１４０の側面に位置する。
【００３９】
図６に示される通り、ベース層１１４が結合されるコア層１１６において特徴（例えばプロセスチャンバ１４０、混合チャンバ１６０、送出ポート１３４等）が形成される。実際の装置において、ベース層１１４が結合される主表面の反対側であるコア層１１６の主表面上にカバー層（図示せず）が提供される。
【００４０】
図７および８は、プロセスチャンバ２４０および関連混合構造のもう１つの実施形態を描写しており、図８は図７の線８−８に沿って取られる断面図である。本実施形態において、混合構造は２個の混合チャンバ２６０ａおよび２６０ｂ（本明細書において集合的に混合チャンバ２６０として称される）を備える。各プロセスチャンバ２６０の少なくとも一部分が、プロセスチャンバ２４０とプロセスチャンバ２４０が位置する試料処理装置の主側面のうちの１つとの間に位置するように、混合チャンバ２６０はプロセスチャンバ２４０上に位置する。プロセスチャンバ２４０のフットプリント内に位置する部分を有するものとして混合チャンバ２６０が記載されてもよく、ここでは、主側面に対して垂直の、軸に沿って試料処理装置の主側面上のプロセスチャンバ２４０の突出としてプロセスチャンバ２４０のフットプリントは画定される。描写されないが、混合チャンバがプロセスチャンバ２４０のフットプリント内に完全に位置することが好ましい。
【００４１】
一部分または全ての混合チャンバがプロセスチャンバのフットプリント内に位置する構造の１つの潜在的な利点は、混合構造が、混合構造を有するプロセスチャンバを提供するために試料処理装置上で必要とされる領域の量を実質的に拡大しないということである。
【００４２】
混合チャンバ２６０はプロセスチャンバ２４０上に位置するため、ベース層２１４に連結された混合層２１６を通して延在する混合ポート２６２ａおよび２６２ｂによって連結される。プロセスチャンバ２４０はベース層２１４中で、そしてまたベース層２１４に結合されたベースカバー層２１３によって画定される。混合層２１６に結合されたカバー層２１８は、混合チャンバ２６０の体積をさらに画定する。
【００４３】
プロセスチャンバ２４０は任意のバルブ２４４を備えており、これは、試料処理装置上に存在し得る他の特徴への送出のための導管２４２中へと試料材料を流すために開放されるバルブセプタム２４６を有する。
【００４４】
加えて、混合ポート２６２ａおよび２６２ｂもセプタム２６６ａおよび２６６ｂの形態で任意のバルブを備えており、それらはプロセスチャンバ２４０中のいずれかの試料材料が混合チャンバ２６０の一方または両方に入るように開放されなければならない。セプタム２６６ａおよび２６６ｂは、例えばバルブ２４４のセプタム２４６に関連して使用されるいずれかの適切な技術によって開放され得る。例えば混合チャンバ２６０が内部に位置する一種以上の試薬を含み、それらの試薬と試料材料との接触が制御されるべき場合、混合チャンバ２６０に関連するバルブの使用が特に有用である。
【００４５】
本明細書および添付の請求の範囲において使用される場合、文脈で明白に記載されない限り、単数形（「ａ」「ａｎｄ」および「ｔｈｅ」）は複数形の指示を含む。従って、例えば、「混合チャンバ」の言及は複数の混合チャンバを含み、そして「プロセスチャンバ」の言及は１以上のプロセスチャンバおよび当業者に既知のその同等物を含む。
【００４６】
本発明の実例となる実施形態が説明されており、そして本発明の範囲内で可能な変更に対する引用がなされている。本発明におけるこれらおよび他の変更および改造は本発明の範囲から逸脱することなく当業者に明らかであり、そして本発明が本明細書で明示された実例となる実施形態に限定されないことは理解されるべきである。従って、本発明は添付の請求の範囲およびその同等物によってのみ限定される。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明による１つの代表的な試料処理装置の平面図。
【図２】本発明による１つの代表的な混合構造および関連プロセスチャンバの拡大図。
【図３】図２の線３−３に沿った、図２のプロセスチャンバの拡大断面図。
【図４】本発明の一実施形態におけるプロセスチャンバおよび混合チャンバを使用する混合作用を示す図。
【図５】本発明の一実施形態におけるプロセスチャンバおよび混合チャンバを使用する混合作用を示す図。
【図６】本発明による別のプロセスチャンバおよび関連混合構造の斜視図。
【図７】本発明によるもう１つの別のプロセスチャンバおよび関連混合構造の斜視図。
【図８】図７の線８−８に沿った、図７のプロセスチャンバおよび関連混合構造の拡大断面図。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料処理装置上の試料混合構造であって、
プロセスチャンバの近位側の送出ポートおよびプロセスチャンバの遠位側の出口ポートを備えるプロセスチャンバと、
前記プロセスチャンバの前記遠位側に位置する混合ポートを備える混合チャンバと
を具備し、
回転軸線を中心とする前記試料処理装置の回転により、前記混合ポートの開放時に前記プロセスチャンバ内の試料材料の少なくとも一部分を前記混合ポートを通して前記混合チャンバ内へと移動させ、このとき前記プロセスチャンバの前記近位側が前記プロセスチャンバの前記遠位側よりも該回転軸線の近位に位置しており、
前記プロセスチャンバの前記出口ポートの開放時には、前記回転軸線を中心とする前記試料処理装置の回転により、前記試料材料を前記プロセスチャンバおよび前記混合チャンバの外へ移動させるようになっている、
試料混合構造。
【請求項２】
前記プロセスチャンバの前記出口ポートが閉鎖されている、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記プロセスチャンバの前記近位側と前記遠位側とを通して、径方向軸線が延在する、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記径方向軸線が前記回転軸線と交差し、前記径方向軸線が前記プロセスチャンバの前記送出ポートと前記出口ポートとを通して延在する、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記混合チャンバの少なくとも一部分が、前記プロセスチャンバの一側から前記径方向軸線に関して接線方向に位置する、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記プロセスチャンバが、前記試料処理装置の第１主側と第２主側との間に位置し、前記混合チャンバの少なくとも一部分が、前記プロセスチャンバと前記試料処理装置の該第２主側との間に位置する、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記混合チャンバの実質的全体が、前記プロセスチャンバと前記試料処理装置の前記第２主側との間に位置する、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記混合ポートがバルブを備え、前記混合ポートの該バルブが閉鎖されている、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記混合チャンバ内の試薬をさらに具備する、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
試料処理装置上の試料混合構造であって、
プロセスチャンバの近位側の送出ポートおよびプロセスチャンバの遠位側の出口ポートを備え、該出口ポートが閉鎖されているプロセスチャンバと、
前記プロセスチャンバの前記遠位側に位置する混合ポートを備える混合チャンバと
を具備し、
前記プロセスチャンバが、前記試料処理装置の第１主側と第２主側との間に位置し、前記混合チャンバの少なくとも一部分が、前記プロセスチャンバと前記試料処理装置の該第２主側との間に位置し、
回転軸線を中心とする前記試料処理装置の回転により、前記混合ポートの開放時に前記プロセスチャンバ内の試料材料の少なくとも一部分を前記混合ポートを通して前記混合チャンバ内へと移動させ、このとき前記プロセスチャンバの前記近位側が前記プロセスチャンバの前記遠位側よりも前記回転軸線の近位に位置しており、
前記プロセスチャンバの前記出口ポートの開放時には、前記回転軸線を中心とする前記試料処理装置の回転により、前記試料材料を前記プロセスチャンバおよび前記混合チャンバの外へと移動させるようになっている、
試料混合構造。
【請求項１１】
試料処理装置上の試料混合構造であって、
プロセスチャンバの近位側の送出ポートおよびプロセスチャンバの遠位側の出口ポートを備えるプロセスチャンバと、
前記プロセスチャンバの前記遠位側に位置する第１混合ポートを通して、前記プロセスチャンバに流体連通する第１混合チャンバと、
前記プロセスチャンバの前記遠位側に位置する第２混合ポートを通して、前記プロセスチャンバに流体連通する第２混合チャンバとを具備し、
回転軸線を中心とする前記試料処理装置の回転により、前記プロセッシングチャンバ内の試料材料の少なくとも一部分を前記第１混合チャンバおよび前記第２混合チャンバの少なくとも一方へと移動させ、このとき前記プロセスチャンバの前記近位側が前記プロセスチャンバの前記遠位側よりも該回転軸線の近位に位置しており、
前記プロセスチャンバの前記出口ポートの開放時には、前記回転軸線を中心とする前記試料処理装置の回転により、前記試料材料を前記第１混合チャンバ、前記第２混合チャンバおよび前記プロセスチャンバの外へと移動させるようになっている、
試料混合構造。
【請求項１２】
前記プロセスチャンバの前記出口ポートが閉鎖されている、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記プロセスチャンバの前記近位側と前記遠位側とを通して、径方向軸線が延在する、請求項１１に記載の装置。
【請求項１４】
前記径方向軸線が前記回転軸線と交差し、前記径方向軸線が前記プロセスチャンバの前記送出ポートと前記出口ポートとを通して延在する、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記第１混合チャンバと前記第２混合チャンバとが、前記径方向軸線に関して対称的である、請求項１３に記載の装置。
【請求項１６】
前記第１混合チャンバの少なくとも一部分が、前記プロセスチャンバの第１側から前記径方向軸線に関して接線方向に位置し、前記第２混合チャンバの少なくとも一部分が、前記プロセスチャンバの第２側から前記径方向軸線に関して接線方向に位置する、請求項１１に記載の装置。
【請求項１７】
前記プロセスチャンバが、前記試料処理装置の第１主側と第２主側との間に位置し、前記第１混合チャンバの少なくとも一部分および前記第２混合チャンバの少なくとも一部分が、前記プロセスチャンバと前記試料処理装置の該第２主側との間に位置する、請求項１１に記載の装置。
【請求項１８】
前記プロセスチャンバが、前記試料処理装置の第１主側と第２主側との間に位置し、前記第１混合チャンバの実質的全体および前記第２混合チャンバの実質的全体が、前記プロセスチャンバと前記試料処理装置の該第２主側との間に位置する、請求項１１に記載の装置。
【請求項１９】
前記第１混合ポートがバルブを備え、前記第１混合ポートの該バルブが閉鎖されている、請求項１１に記載の装置。
【請求項２０】
前記混合チャンバ内の試薬をさらに具備する、請求項１１に記載の装置。
【請求項２１】
試料処理装置内で流体を混合する方法であって、
プロセスチャンバと、少なくとも１個の混合チャンバと、該プロセスチャンバの遠位側に位置する少なくとも１個の混合ポートとを備える試料処理装置を用意することと、
前記プロセスチャンバ内に試料材料を用意することと、
回転軸線を中心に前記試料処理装置を回転させて、前記試料処理装置の回転時に前記プロセスチャンバ内の試料材料の少なくとも一部分を前記少なくとも１個の混合ポートを通して前記少なくとも１個の混合チャンバ内へと移動させることとを含み、該回転が、少なくとも１サイクルの加速および減速を含む、
方法。
【請求項２２】
前記回転が、２サイクル以上の加速および減速を含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記少なくとも１個の混合ポートが閉鎖され、前記回転の前に前記プロセスチャンバと前記少なくとも１個の混合チャンバとが流体連通状態にあるように、前記少なくとも１個の混合ポートを開放することをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記プロセスチャンバが試薬を含んでなる、請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
前記少なくとも１個の混合チャンバが試薬を含んでなる、請求項２１に記載の方法。
【請求項２６】
前記少なくとも１個の混合チャンバが、２個以上の混合チャンバを備え、該２個以上の混合チャンバの各々の混合チャンバが、前記少なくとも１個の混合ポートのうち１個の混合ポートを備える、請求項２１に記載の方法。
【請求項２７】
前記プロセスチャンバが出口ポートを備え、前記試料処理装置の前記回転の後に、該出口ポートを開放して、前記プロセスチャンバ内の試料材料の少なくとも一部分を、前記混合ポートを通して前記混合チャンバ内へ移動させることをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２８】
前記回転軸線を中心に前記試料処理装置を回転させて、前記試料材料の少なくとも一部分を、前記出口ポートを通して前記プロセスチャンバから除去することをさらに含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
試料処理装置内で流体を混合する方法であって、
プロセスチャンバと、少なくとも１個の混合チャンバと、該プロセスチャンバの遠位側に位置する少なくとも１個の混合ポートとを備える試料処理装置を用意することと、
前記プロセスチャンバ内に試料材料を用意することと、
回転軸線を中心に前記試料処理装置を回転させて、前記試料処理装置の回転時に前記プロセスチャンバ内の試料材料の少なくとも一部分を前記少なくとも１個の混合ポートを通して前記少なくとも１個の混合チャンバ内へと移動させることであって、該回転が２サイクル以上の加速および減速を含むようにすることと、
前記試料処理装置の前記回転の後に、前記プロセスチャンバに出口ポートを開口させて、前記プロセスチャンバ内の試料材料の少なくとも一部分を前記少なくとも１個の混合チャンバ内へと移動させることと、
前記回転軸線を中心に前記試料処理装置を回転させることにより、前記試料材料の少なくとも一部分を前記出口ポートを通して前記プロセスチャンバから除去することと、
を含む方法。
【請求項１】
試料処理装置上の試料混合構造であって、
プロセスチャンバの近位側の送出ポートおよびプロセスチャンバの遠位側の出口ポートを備えるプロセスチャンバと、
前記プロセスチャンバの前記遠位側に位置する混合ポートを備える混合チャンバと
を具備し、
回転軸線を中心とする前記試料処理装置の回転により、前記混合ポートの開放時に前記プロセスチャンバ内の試料材料の少なくとも一部分を前記混合ポートを通して前記混合チャンバ内へと移動させ、このとき前記プロセスチャンバの前記近位側が前記プロセスチャンバの前記遠位側よりも該回転軸線の近位に位置しており、
前記プロセスチャンバの前記出口ポートの開放時には、前記回転軸線を中心とする前記試料処理装置の回転により、前記試料材料を前記プロセスチャンバおよび前記混合チャンバの外へ移動させるようになっている、
試料混合構造。
【請求項２】
前記プロセスチャンバの前記出口ポートが閉鎖されている、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記プロセスチャンバの前記近位側と前記遠位側とを通して、径方向軸線が延在する、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記径方向軸線が前記回転軸線と交差し、前記径方向軸線が前記プロセスチャンバの前記送出ポートと前記出口ポートとを通して延在する、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記混合チャンバの少なくとも一部分が、前記プロセスチャンバの一側から前記径方向軸線に関して接線方向に位置する、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記プロセスチャンバが、前記試料処理装置の第１主側と第２主側との間に位置し、前記混合チャンバの少なくとも一部分が、前記プロセスチャンバと前記試料処理装置の該第２主側との間に位置する、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記混合チャンバの実質的全体が、前記プロセスチャンバと前記試料処理装置の前記第２主側との間に位置する、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記混合ポートがバルブを備え、前記混合ポートの該バルブが閉鎖されている、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記混合チャンバ内の試薬をさらに具備する、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
試料処理装置上の試料混合構造であって、
プロセスチャンバの近位側の送出ポートおよびプロセスチャンバの遠位側の出口ポートを備え、該出口ポートが閉鎖されているプロセスチャンバと、
前記プロセスチャンバの前記遠位側に位置する混合ポートを備える混合チャンバと
を具備し、
前記プロセスチャンバが、前記試料処理装置の第１主側と第２主側との間に位置し、前記混合チャンバの少なくとも一部分が、前記プロセスチャンバと前記試料処理装置の該第２主側との間に位置し、
回転軸線を中心とする前記試料処理装置の回転により、前記混合ポートの開放時に前記プロセスチャンバ内の試料材料の少なくとも一部分を前記混合ポートを通して前記混合チャンバ内へと移動させ、このとき前記プロセスチャンバの前記近位側が前記プロセスチャンバの前記遠位側よりも前記回転軸線の近位に位置しており、
前記プロセスチャンバの前記出口ポートの開放時には、前記回転軸線を中心とする前記試料処理装置の回転により、前記試料材料を前記プロセスチャンバおよび前記混合チャンバの外へと移動させるようになっている、
試料混合構造。
【請求項１１】
試料処理装置上の試料混合構造であって、
プロセスチャンバの近位側の送出ポートおよびプロセスチャンバの遠位側の出口ポートを備えるプロセスチャンバと、
前記プロセスチャンバの前記遠位側に位置する第１混合ポートを通して、前記プロセスチャンバに流体連通する第１混合チャンバと、
前記プロセスチャンバの前記遠位側に位置する第２混合ポートを通して、前記プロセスチャンバに流体連通する第２混合チャンバとを具備し、
回転軸線を中心とする前記試料処理装置の回転により、前記プロセッシングチャンバ内の試料材料の少なくとも一部分を前記第１混合チャンバおよび前記第２混合チャンバの少なくとも一方へと移動させ、このとき前記プロセスチャンバの前記近位側が前記プロセスチャンバの前記遠位側よりも該回転軸線の近位に位置しており、
前記プロセスチャンバの前記出口ポートの開放時には、前記回転軸線を中心とする前記試料処理装置の回転により、前記試料材料を前記第１混合チャンバ、前記第２混合チャンバおよび前記プロセスチャンバの外へと移動させるようになっている、
試料混合構造。
【請求項１２】
前記プロセスチャンバの前記出口ポートが閉鎖されている、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記プロセスチャンバの前記近位側と前記遠位側とを通して、径方向軸線が延在する、請求項１１に記載の装置。
【請求項１４】
前記径方向軸線が前記回転軸線と交差し、前記径方向軸線が前記プロセスチャンバの前記送出ポートと前記出口ポートとを通して延在する、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記第１混合チャンバと前記第２混合チャンバとが、前記径方向軸線に関して対称的である、請求項１３に記載の装置。
【請求項１６】
前記第１混合チャンバの少なくとも一部分が、前記プロセスチャンバの第１側から前記径方向軸線に関して接線方向に位置し、前記第２混合チャンバの少なくとも一部分が、前記プロセスチャンバの第２側から前記径方向軸線に関して接線方向に位置する、請求項１１に記載の装置。
【請求項１７】
前記プロセスチャンバが、前記試料処理装置の第１主側と第２主側との間に位置し、前記第１混合チャンバの少なくとも一部分および前記第２混合チャンバの少なくとも一部分が、前記プロセスチャンバと前記試料処理装置の該第２主側との間に位置する、請求項１１に記載の装置。
【請求項１８】
前記プロセスチャンバが、前記試料処理装置の第１主側と第２主側との間に位置し、前記第１混合チャンバの実質的全体および前記第２混合チャンバの実質的全体が、前記プロセスチャンバと前記試料処理装置の該第２主側との間に位置する、請求項１１に記載の装置。
【請求項１９】
前記第１混合ポートがバルブを備え、前記第１混合ポートの該バルブが閉鎖されている、請求項１１に記載の装置。
【請求項２０】
前記混合チャンバ内の試薬をさらに具備する、請求項１１に記載の装置。
【請求項２１】
試料処理装置内で流体を混合する方法であって、
プロセスチャンバと、少なくとも１個の混合チャンバと、該プロセスチャンバの遠位側に位置する少なくとも１個の混合ポートとを備える試料処理装置を用意することと、
前記プロセスチャンバ内に試料材料を用意することと、
回転軸線を中心に前記試料処理装置を回転させて、前記試料処理装置の回転時に前記プロセスチャンバ内の試料材料の少なくとも一部分を前記少なくとも１個の混合ポートを通して前記少なくとも１個の混合チャンバ内へと移動させることとを含み、該回転が、少なくとも１サイクルの加速および減速を含む、
方法。
【請求項２２】
前記回転が、２サイクル以上の加速および減速を含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記少なくとも１個の混合ポートが閉鎖され、前記回転の前に前記プロセスチャンバと前記少なくとも１個の混合チャンバとが流体連通状態にあるように、前記少なくとも１個の混合ポートを開放することをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記プロセスチャンバが試薬を含んでなる、請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
前記少なくとも１個の混合チャンバが試薬を含んでなる、請求項２１に記載の方法。
【請求項２６】
前記少なくとも１個の混合チャンバが、２個以上の混合チャンバを備え、該２個以上の混合チャンバの各々の混合チャンバが、前記少なくとも１個の混合ポートのうち１個の混合ポートを備える、請求項２１に記載の方法。
【請求項２７】
前記プロセスチャンバが出口ポートを備え、前記試料処理装置の前記回転の後に、該出口ポートを開放して、前記プロセスチャンバ内の試料材料の少なくとも一部分を、前記混合ポートを通して前記混合チャンバ内へ移動させることをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２８】
前記回転軸線を中心に前記試料処理装置を回転させて、前記試料材料の少なくとも一部分を、前記出口ポートを通して前記プロセスチャンバから除去することをさらに含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
試料処理装置内で流体を混合する方法であって、
プロセスチャンバと、少なくとも１個の混合チャンバと、該プロセスチャンバの遠位側に位置する少なくとも１個の混合ポートとを備える試料処理装置を用意することと、
前記プロセスチャンバ内に試料材料を用意することと、
回転軸線を中心に前記試料処理装置を回転させて、前記試料処理装置の回転時に前記プロセスチャンバ内の試料材料の少なくとも一部分を前記少なくとも１個の混合ポートを通して前記少なくとも１個の混合チャンバ内へと移動させることであって、該回転が２サイクル以上の加速および減速を含むようにすることと、
前記試料処理装置の前記回転の後に、前記プロセスチャンバに出口ポートを開口させて、前記プロセスチャンバ内の試料材料の少なくとも一部分を前記少なくとも１個の混合チャンバ内へと移動させることと、
前記回転軸線を中心に前記試料処理装置を回転させることにより、前記試料材料の少なくとも一部分を前記出口ポートを通して前記プロセスチャンバから除去することと、
を含む方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公表番号】特表２００７−５１３７５７（Ｐ２００７−５１３７５７Ａ）
【公表日】平成１９年５月３１日（２００７．５．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５４３８０６（Ｐ２００６−５４３８０６）
【出願日】平成１６年１０月２０日（２００４．１０．２０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０３４７４９
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０６１０８４
【国際公開日】平成１７年７月７日（２００５．７．７）
【出願人】（５９９０５６４３７）スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー (1,802)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１９年５月３１日（２００７．５．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１０月２０日（２００４．１０．２０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０３４７４９
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０６１０８４
【国際公開日】平成１７年７月７日（２００５．７．７）
【出願人】（５９９０５６４３７）スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー (1,802)
【Ｆターム（参考）】
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