希釈のための遠心力基盤の微細流動装置及びそれを備える微細流動システム
【課題】希釈のための遠心力基盤の微細流動装置及びそれを備える微細流動システムを提供する。
【解決手段】回転可能なディスク型プラットホーム１０と、プラットホーム１０上に配置された混合チャンバー５０と、混合チャンバー５０よりもプラットホーム１０の中心に近くに配置され、チャンネルを通じて混合チャンバー５０と連結されて、少なくとも一回一定量ずつのバッファ液を混合チャンバー５０に供給するバッファ液保存部と、混合チャンバー５０よりもプラットホーム１０の中心から遠くに配置され、それぞれが混合チャンバー５０の一定水位に対応する中間排出口から延びた流路を通じて混合チャンバー５０と連結されて、混合チャンバー５０で少なくとも一回希釈された溶液を順次に受容する複数の希釈溶液チャンバー６１〜６７と、を備える。
【解決手段】回転可能なディスク型プラットホーム１０と、プラットホーム１０上に配置された混合チャンバー５０と、混合チャンバー５０よりもプラットホーム１０の中心に近くに配置され、チャンネルを通じて混合チャンバー５０と連結されて、少なくとも一回一定量ずつのバッファ液を混合チャンバー５０に供給するバッファ液保存部と、混合チャンバー５０よりもプラットホーム１０の中心から遠くに配置され、それぞれが混合チャンバー５０の一定水位に対応する中間排出口から延びた流路を通じて混合チャンバー５０と連結されて、混合チャンバー５０で少なくとも一回希釈された溶液を順次に受容する複数の希釈溶液チャンバー６１〜６７と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遠心力基盤の微細流動装置に係り、特にディスク状のプラットホームに設けられれた微細流動構造物内で、試料の希釈を自動的に行えるようにする微細流動装置及びその微細流動装置を備える微細流動システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、微細流動装置を構成する微細流動構造物には、少量の流体を溜めるチャンバーと、流体が流れるチャンネルと、流体の流れを調節できる弁と、流体を受けて所定の機能を行える色々な機能性ユニットと、が備えられる。小型のチップ上で生化学的反応を含めた試験を行えるように、チップ形態の基板にかかる微細流動構造物を配置したものをバイオチップといい、特に色々な段階の処理及び操作を一つのチップで行えるように製作された装置をラボオンチップ（ｌａｂ−ｏｎ−ａ ｃｈｉｐ）という。
【０００３】
微細流動構造物内で流体を移送するためには、駆動圧力が必要であるが、駆動圧力として毛細管圧が利用されてもよく、別途のポンプによる圧力が利用されてもよい。近年では、コンパクトディスク状のプラットホームに微細流動構造物を配置して、遠心力を利用する微細流動装置が提案されている。それをラボＣＤまたはラボオンディスクという。しかし、この場合には、フレームに固定されずに回転するため、底に固定されたままで作動するラボオンチップと色々な面で異なる。
【０００４】
一方、化学的または生物学的実験には、多様な濃度の試料が要求される場合が多い。その代表的な例として、細胞数の計数または遺伝子発現などの定量分析のためのキャリブレーションなどが挙げられる。微細流動チップ上で多様な濃度の試料を作る装置を提供するためには、下記特許文献１及び２が提案されている。しかし、前者は、電気浸透現象を利用したものであるので、高い駆動電圧を必要とし、後者は、指数関数形態の濃度勾配を提供できないなどの課題がある。また、前記装置は、ディスク状のプラットホーム上に具現し難い。
【０００５】
近年、ディスク状のプラットホーム上で、遠心力を利用して流体を容易に移動させる多様な遠心力基盤の微細流動装置が開発されることによって、前記ディスク状のプラットホーム上で自動的に多様な濃度の試料を提供できる装置が要求されている。
【特許文献１】米国特許第５８３６００４号明細書
【特許文献２】米国特許第６７０５３５７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、最初に試料を注入する一回の手作業以外に別途の手作業なしに、自動的に多様な濃度の試料を提供できる希釈のための遠心力基盤の微細流動装置及びそれを備える微細流動システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するために、本発明に係る希釈のための微細流動装置は、回転可能なディスク型プラットホームと、前記プラットホーム上に配置された混合チャンバーと、前記プラットホーム上で前記混合チャンバーよりも前記プラットホームの中心に近くに配置され、チャンネルを通じて前記混合チャンバーと連結されて、少なくとも一回一定量ずつのバッファ液を前記混合チャンバーに供給するバッファ液保存部と、前記プラットホーム上で前記混合チャンバーよりも前記プラットホームの中心から遠くに配置され、それぞれが前記混合チャンバーの一定水位に対応する中間排出口から延びた流路を通じて前記混合チャンバーと連結されて、前記混合チャンバーで少なくとも一回希釈された溶液を順次に受容する複数の希釈溶液チャンバーと、を備える。
【０００８】
前記微細流動装置は、前記プラットホーム上で前記混合チャンバーよりも前記プラットホームの中心に近くに配置され、外部から注入された試料を遠心力により前記混合チャンバーに供給する試料保存部をさらに備える。
【０００９】
前記バッファ液保存部は、その内部の体積が一定な体積のｎ倍（ｎは、自然数）に該当する複数の水位段階ごとに個別的に駆動される出口弁が設けられたメータリングチャンバーを備えることもでき、それと異なり、前記バッファ液保存部は、それぞれ個別的に駆動される出口弁を備え、同じ体積を有する複数のバッファ液チャンバーを備えることもできる。
【００１０】
前記混合チャンバーの中間排出口から前記複数の希釈溶液チャンバーに連結されるそれぞれの流路には、それらを個別的に開閉する弁または弁群が設けられることが望ましい。前記弁または弁群は、常温で固状である相転移物質分散媒に発熱粒子が分散された弁物質を含み、前記弁物質が外部エネルギー源から照射された電磁波による熱により溶融された状態に移動して、前記チャンネルを開閉する相転移弁を備える。
【００１１】
ここで、前記弁群は、開放弁と閉鎖弁とからなる一対の相転移弁を備える。前記相転移物質分散媒は、ワックス、ゲル、熱可塑性樹脂からなる群から選択された少なくともいずれか一つであり、前記発熱粒子は、直径が１ｎｍ〜１００μｍである。前記発熱粒子は、重合体ビード、量子ドット、金ナノ粒子、銀ナノ粒子、金属化合物ビード、炭素粒子及び磁性ビードからなる群から選択された少なくともいずれか一つでありうる。
【００１２】
本発明に係る希釈のための微細流動装置を備える微細流動システムは、回転可能なディスク型プラットホーム、前記プラットホーム上に配置された混合チャンバー、前記プラットホーム上で前記混合チャンバーよりも前記プラットホームの中心に近くに配置され、チャンネルを通じて前記混合チャンバーと連結されて、少なくとも一回一定量ずつのバッファ液を前記混合チャンバーに供給するバッファ液保存部、及び前記プラットホーム上で前記混合チャンバーよりも前記プラットホームの中心から遠くに配置され、それぞれが前記混合チャンバーの一定水位に対応する中間排出口から延びた流路を通じて前記混合チャンバーと連結されて、前記混合チャンバーで少なくとも一回希釈された溶液を順次に受容する複数の希釈溶液チャンバーを備える微細流動装置と、前記微細流動装置を支持して制御可能に回転させる回転駆動部と、前記微細流動装置内で選択された弁を個別的に駆動する弁駆動ユニットと、を備える。
【００１３】
前記弁駆動ユニットは、前記弁内の発熱粒子の発熱を誘導できる波長帯の電磁波を放出する外部エネルギー源と、前記外部エネルギー源から照射された電磁波が前記選択された弁に対応する領域に集中的に達するように、前記外部エネルギー源の位置または方向を調整する外部エネルギー源調整手段と、を備える。
【００１４】
前記外部エネルギー源調整手段は、前記微細流動装置のプラットホームに向かって設置された前記外部エネルギー源を前記プラットホームの半径方向に移動させる直線移動手段を備えることもでき、それと異なり、前記外部エネルギー源調整手段は、前記微細流動装置のプラットホームに向かって設置された前記外部エネルギー源を前記プラットホームと平行な平面上で直交座標に沿って二方向に移動させる平面移動手段を備えることもできる。
【００１５】
前記微細流動システムにおいて、前記微細流動装置は、前記プラットホーム上に前記混合チャンバーより中心に近く配置され、外部から注入された試料を遠心力により前記混合チャンバーに供給する試料保存部をさらに備える。
【００１６】
前記バッファ液保存部は、その内部の体積が一定な体積のｎ倍（ｎは、自然数）に該当する複数の水位段階ごとに個別的に駆動される出口弁が設けられたメータリングチャンバーを備えることもでき、それと異なり、前記バッファ液保存部は、それぞれ個別的に駆動される出口弁を備え、同じ体積を有する複数のバッファ液チャンバーを備えることもできる。
【００１７】
前記混合チャンバーの中間排出口から前記複数の希釈溶液チャンバーに連結されるそれぞれの流路には、それらを個別的に開閉する弁または弁群が設けられることが望ましい。前記弁または弁群は、常温で固状である相転移物質分散媒に発熱粒子が分散された弁物質を含み、前記弁物質が外部エネルギー源から照射された電磁波による熱により溶融された状態に移動して、前記チャンネルを開閉する相転移弁を備える。
【００１８】
ここで、前記弁群は、開放弁と閉鎖弁とからなる一対の相転移弁を備える。前記相転移物質分散媒は、ワックス、ゲル、熱可塑性樹脂からなる群から選択された少なくともいずれか一つであり、前記発熱粒子は、直径が１ｎｍ〜１００μｍである。前記発熱粒子は、重合体ビード、量子ドット、金ナノ粒子、銀ナノ粒子、金属化合物ビード、炭素粒子、及び磁性ビードからなる群から選択された少なくともいずれか一つである。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように構成された本発明に係る希釈のための微細流動装置及びそれを備える微細流動システムは、最初に試料を注入する一回の手作業以外に別途の手作業なしに、自動的に多様な濃度の試料を提供できる。また、手作業による希釈に比べて精密度が高くて濃度誤差を減らすことができる。また、遺伝子の定量的分析のために全自動化されたラボオンディスクに採用される場合、キャリブレータサンプルを自動的に提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、添付された図面を参照しつつ、本発明の実施形態を詳細に説明する。添付された図面で、同じ図面符号は同じ構成要素を表す。図示したチャンバー及びチャンネルなどの構造物は、その形状が単純化され、その大きさの比が実際と異なって拡大または縮少されたものでありうる。なお、本明細書において、バッファ液は、試料を希釈する溶媒を意味し、希釈溶液は、バッファ液と試料との混合液を意味する。連続希釈とは、試料とバッファ液とを一定な体積比で希釈し、このように希釈された希釈溶液とバッファ液とを再び同じ体積比で希釈する過程を複数回反復しつつ、互いに指数関数の関係にある色々な濃度の希釈溶液を得る作業を意味する。
【００２１】
図１は、本発明による希釈のための遠心力基盤の微細流動装置の一実施形態を示す平面図である。本実施形態に係る微細流動装置は、ディスク状のプラットホーム１０と、プラットホーム１０上に設けられた複数のチャンバー２１〜２３、５０、６１〜６７と、前記複数のチャンバーの間を連結する複数のチャンネル４０、４１、４３、４５と、前記複数のチャンネルを通じた流体の流れを統制する複数の弁と、を備える。
【００２２】
プラットホーム１０は、成形が容易であり、その表面が生物学的に不活性であるアクリル、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）などのプラスチック素材で形成される。しかしながら、上記プラスチック素材に限定されるものではなく、化学的、生物学的安定性、光学的透明性、及び機械的加工性を有する素材であれば良い。プラットホーム１０は、複数層の板からなりうる。板と板とが接触する面にチャンバーやチャンネルなどに該当する陰刻構造物を形成し、それらを接合することによって、プラットホーム１０の内部に、空間と通路とを提供できる。上記板と板との接合は、接着剤や両面接着テープを利用して接合したり、超音波融着したりするなど多様な方法で行われる。
【００２３】
プラットホーム１０上に、試料とバッファ液との混合のための混合チャンバー５０が設けられる。プラットホーム１０上で、混合チャンバー５０よりもプラットホーム１０の中心に近い側には、チャンネル４０を通じて混合チャンバー５０と連結され、少なくとも一回一定量ずつのバッファ液を混合チャンバー５０に供給するバッファ液保存部が設けられ、さらに外部から注入された試料を混合チャンバー５０に供給する試料保存部が設けられる。
【００２４】
前記バッファ液保存部は、多様な形態を有するが、本実施形態によれば、その内部の体積が一定な体積Ｂ１、すなわち一回に混合チャンバー５０に移送されるバッファ液の体積のｎ倍（ｎは、自然数）に該当する複数の水位段階ごとに個別的に駆動される出口弁２２１〜２２３、２３１〜２３３が設けられたメータリングチャンバー２２、２３を備える。
【００２５】
図１の正面から見て左側のメータリングチャンバー２２を参照してさらに具体的に説明する。メータリングチャンバー２２の各出口弁２２１〜２２３は、それぞれの進入チャンネル４２１〜４２３及びチャンネル４０を通じ、混合チャンバー５０と連結される。個別的に駆動される複数の出口弁２２１〜２２３としては、外部エネルギー源により駆動される相転移弁はいうまでもなく、毛細管弁、疎水性弁、機械式弁、ジオメトリック弁など多様な弁を採用できる。例えば、毛細管弁を採用する場合、開放回転数が最も低い弁を最も高い水位に対応する弁２２１として採用し、開放回転数が最も高い弁を最も低い水位に対応する弁２２３として採用される。
【００２６】
前記試料保存部は、具体的には、試料チャンバー２１、及び試料チャンバー２１と混合チャンバー５０とを連結するチャンネル４１を通じた流体の流れを制御する試料チャンバー２１の出口弁２１１で構成される。ただし、希釈しようとする最初の試料を混合チャンバー５０に直接注入する場合、前記試料保存部は省略することもできる。
【００２７】
プラットホーム１０上で混合チャンバー５０よりもプラットホーム１０の中心から遠い側には、希釈された試料溶液が濃度別に受容される複数の希釈溶液チャンバー６１〜６７が設けられる。複数の希釈溶液チャンバー６１〜６６と混合チャンバー５０との連結は、混合チャンバー５０の中間排出口に直接連結されたチャンネル４３と、チャンネル４３から分かれて複数の希釈溶液チャンバー６１〜６６にそれぞれ対応する複数の分岐チャンネル４３１〜４３６とを通じて行われる。ただし、最も濃度の低い希釈溶液を受容する希釈溶液チャンバー６７は、混合チャンバー５０の最外郭に設けられた出口弁６７１に直接連結されたチャンネル４５を通じて混合チャンバー５０と連結される。
【００２８】
混合チャンバー５０の中間排出口とは、遠心力を利用して混合チャンバー５０内の溶液を前記中間排出口を通じて外部に放出する場合、前記中間排出口と混合チャンバー５０の最外郭との空間に一定な体積Ｒ１の溶液を残す位置をいう。チャンネル４３は、混合チャンバー５０の一方または両方の中間排出口に連結される。すなわち、チャンネル４３と混合チャンバー５０とが連結される前記中間排出口の位置によって、一回の希釈後に混合チャンバー５０に残される希釈溶液の体積Ｒ１が決定される。
【００２９】
チャンネル４３は、前述した複数の分岐チャンネル４３１〜４３６と共に、混合チャンバー５０から複数の希釈溶液チャンバー６１〜６６にそれぞれ連結される複数の流路を形成する。それぞれの流路には、流体の流れを個別的に制御するための一つの弁または複数の弁からなる弁群が設けられる。本実施形態によれば、それぞれの流路（例えば、チャンネル４３と第１分岐チャンネル４３１とからなる流路）には、一つの開放弁６１１と一つの閉鎖弁６１２とで構成された弁群が設けられている。開放弁６１１と閉鎖弁６１２とは、いずれも外部エネルギー源により個別的に駆動される相転移弁でありうる。
【００３０】
図２Ａ〜図２Ｃは、図１の微細流動装置を利用して希釈を行う過程を示す。まず、矢印「丸数字１」のように、試料チャンバー２１の出口弁２１１を開け、遠心力を利用して最初の濃度の試料を混合チャンバー５０に移送する。次いで、第１希釈溶液チャンバー６１に連結された流路４３、４３１の開放弁６１１を開け、遠心力を利用して、矢印「丸数字２」のように第１希釈溶液（最初の濃度）を移送する。移送が終われば、第１希釈溶液チャンバー６１に連結された第１分岐チャンネル４３１の閉鎖弁６１２を閉じる。このとき、混合チャンバー５０内には、一定な体積Ｒ１の試料が残る。
【００３１】
次いで、メータリングチャンバー２２の第１出口弁２２１を開け、矢印「丸数字３」のように一定な体積Ｂ１のバッファ液を混合チャンバー５０に移送して混合する。その結果、試料の最初濃度のＲ１／（Ｒ１＋Ｂ１）倍に希釈された第２希釈溶液が形成される。次いで、第２希釈溶液チャンバー６２に連結された流路４３、４３２の開放弁６２１を開け、遠心力を利用して矢印「丸数字４」のように第２希釈溶液を移送する。移送が終われば、第２希釈溶液チャンバー６２に連結された第２分岐チャンネル４３２の閉鎖弁６２２を閉じる。このとき、やはり混合チャンバー５０内には、一定な体積Ｒ１の第２希釈溶液が残る。
【００３２】
次いで、メータリングチャンバー２２の第２出口弁２２２を開け、矢印「丸数字５」のように一定な体積Ｂ１のバッファ液を混合チャンバー５０に移送して混合する。その結果、試料の最初濃度の（Ｒ１／（Ｒ１＋Ｂ１））２倍に希釈された第３希釈溶液が形成される。次いで、第３希釈溶液チャンバー６３に連結された流路４３、４３３の開放弁６３１を開け、遠心力を利用して矢印「丸数字６」のように前記第３希釈溶液を移送する。移送が終われば、第３希釈溶液チャンバー６３に連結された第３分岐チャンネル４３３の閉鎖弁６３２を閉じる。このときにも、混合チャンバー５０内には、一定な体積Ｒ１の第３希釈溶液が残る。
【００３３】
前記と類似した過程を反復することによって、第４〜第６希釈溶液チャンバー６４〜６６にも、それぞれ直前の希釈溶液よりＲ１／（Ｒ１＋Ｂ１）倍ずつ希釈された希釈溶液を提供できる。混合チャンバー５０で最後に希釈された希釈溶液は、混合チャンバー５０の半径方向の最外郭に設けられた出口弁６７１及びそれと連結されたチャンネル４５を通じて第７希釈溶液チャンバー６７に移送される。
【００３４】
前述したように、希釈作業の濃度スケールを定める要素は、Ｂ１及びＲ１である。一回の希釈過程を経る度に、Ｒ１／（Ｒ１＋Ｂ１）倍ずつ溶液の濃度が希釈される。例えば、Ｒ１及びＢ１がそれぞれ４０μｌと同じであれば、第１〜第７希釈溶液チャンバー６１〜６７には、それぞれ最初の試料濃度の１倍、２−１倍、２−２倍、２−３倍、２−４倍、２−５倍、２−６倍に該当する濃度の希釈溶液が含まれる。他の例として、Ｒ１が１０μｌであり、Ｂ１が９０μｌであれば、前記第１〜第７希釈溶液チャンバー６１〜６７には、それぞれ最初の試料濃度の１倍、１０−１倍、１０−２倍、１０−３倍、１０−４倍、１０−５倍、１０−６倍に該当する濃度の希釈溶液が含まれる。
【００３５】
このように形成された多様な濃度の希釈溶液は、多様な用途に活用される。例えば、細胞の計数や遺伝子の定量的分析のためのリアルタイムＰＣＲ用検量線（ｓｔａｎｄａｒｄ ｃｕｒｖｅまたはｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ ｃｕｒｖｅ）の作成にも活用される。また、本発明による微細流動装置は、他の機能を行う遠心力基盤の微細流動装置と共に、一つのプラットホーム上に集積されて、多様な濃度の試料を活用した結果物を容易に提供することもできる。
【００３６】
図３は、本発明による希釈のための遠心力基盤の微細流動装置の他の実施形態を示す平面図である。本実施形態は、前述した図１の実施形態と比較して、混合チャンバー５０と複数の希釈溶液チャンバー６１〜６６とをそれぞれ連結する複数の流路で、流体の流れを制御する弁の種類及びその配置に相違点がある。本実施形態によれば、混合チャンバー５０の両中間排出口に直接連結されたチャンネル４４から分かれた複数の分岐チャンネル４４１〜４４６にそれぞれ一つずつの開閉型弁６１３、６２３、６３３、６４３、６５３、６６３を配置する。開閉型弁６１３、６２３、６３３、６４３、６５３、６６３は、外部エネルギー源により個別的に駆動される相転移弁の一例であって、流路を開閉する動作をいずれも行え、必要に応じては開閉する動作を数回反復することもできる。
【００３７】
図４は、本発明による希釈のための遠心力基盤の微細流動装置のさらに他の実施形態を示す平面図である。本実施形態は、前記図４の実施形態と比較して、バッファ液保存部の形態に差がある。本実施形態によれば、メータリングチャンバー２２、２３を使用した前記図４の実施形態とは異なり、バッファ液の供給回数に対応する個数のバッファ液チャンバー２４〜２９を備え、それぞれのバッファ液チャンバー２４〜２９に個別的に駆動される出口弁２４１、２５１、２６１、２７１、２８１、２９１を備える。かかる出口弁としては、前記図１の実施形態と同様に、外部エネルギー源により個別的に駆動される相転移弁（開放弁）だけでなく、異なる回転数条件で開放される毛細管弁、疎水性弁など多様な弁が採用される。
【００３８】
図５は、本発明による希釈のための遠心力基盤の微細流動装置のさらに他の実施形態を示す平面図である。本実施形態は、前記図５の実施形態と比較して、混合チャンバー５０と複数の希釈溶液チャンバー６１〜６６とをそれぞれ連結する複数の流路で、流体の流れを制御する弁の種類及びその配置に相違点がある。本実施形態によれば、混合チャンバー５０の両中間排出口に直接連結されたチャンネル４６にそれぞれ一つずつの開閉型弁６０１，６０２を配置し、チャンネル４６で開閉型弁６０１、６０２より下流から分かれた複数の分岐チャンネル４６１〜４６６にそれぞれ個別的に駆動される閉鎖弁６１２、６２２、６３２、６４２、６５２、６６２を配置する。開閉型弁６０１、６０２は、少なくとも三回ずつ開放と閉鎖とを反復することが望ましい。反復的に作動する開閉型弁６０１，６０２と複数の閉鎖弁６１２，６２２，６３２，６４２，６５２，６６２との組み合わせにより、混合チャンバー５０と複数の希釈溶液チャンバー６１〜６６とを連結するそれぞれの流路を個別的に開閉できる。
【００３９】
図６は、図１、図３〜図５の微細流動装置に採用された開放弁を示す平面図であり、図７Ａ及び図７Ｂは、図６の開放弁の作動状態を示す断面図である。開放弁６３１は、常温で固状である弁物質からなる弁プラグ８３を備える。前記弁物質としては、常温で固状である相転移物質からなる分散媒に発熱粒子が分散されている材料を使用できる。チャンネル４３は、第１深さＤ１の第１領域４３Ａと、第１領域４３Ａに隣接した一対の第２領域４３Ｂと、を備える。第２領域４３Ｂは、第１深さＤ１より深い第２深さＤ２を有する。
【００４０】
弁プラグ８３は、常温で開口部８３Ａと重ならない第１領域４３Ａの一部分を間隙なしに塞いで入口Ｉ側から流入される流体Ｆの流れを遮断する。弁プラグ８３は、高温で溶融されて第１領域４３Ａから第２領域４３Ｂに移動して、流体Ｆの流路を開放したままで再び凝固（図８Ｂの８３’を参考）される。開口部８３Ａは、微細流動装置の製作時に溶融された弁物質を投入して弁プラグを形成できる注入口の役割を行う。開口部８３Ａを通じて第１領域４３Ａに注入された弁物質は、毛細管力により開口部８３Ａと重なる第１領域４３Ａの一部分に残される。
【００４１】
弁プラグ８３に熱を加えるために、微細流動装置１００の外部には、外部エネルギー源（図１６の１３０Ｌを参考）が配置され、外部エネルギー源１３０Ｌが弁プラグ８３の初期位置、すなわち開口部８３Ａとその周辺とを含む領域に電磁波を照射する。このとき、外部エネルギー源１３０Ｌは、例えばレーザービームを照射するレーザー光源であり、その場合、少なくとも一つのレーザーダイオードを備える。前記レーザー光源は、パルスレーザーを照射する場合、１ｍＪ／パルス以上のエネルギーを有するパルスレーザーを、連続波動レーザーを照射する場合、１０ｍＷ以上の出力を有する連続波動レーザーを照射できる。
【００４２】
４００〜１３００ｎｍの波長を有するレーザーを照射するレーザー光源であれば、前記微細流動システムの外部エネルギー源１３０Ｌとして採用される。
【００４３】
前述したチャンネル４３は、ディスク型プラットホーム１０をなす上板１２または下板１１の内面に形成された立体パターンにより提供される。上板１２は、外部エネルギー源から照射された電磁波が弁プラグ８３に入射できるように透過させ、外部から流体Ｆの流れを観測可能にする光学的に透明な材料で形成されることが望ましい。その例として、ガラスまたは透明プラスチック素材は、光学的な透明性に優れており、製造コストが低いという面で有利である。
【００４４】
弁プラグ８３に分散された発熱粒子は、数千μｍの幅を有するチャンネル４３内で自由に流動可能に１ｎｍ〜１００μｍの直径を有するものでありうる。前記発熱粒子は、レーザーが照射されれば、その輻射エネルギーにより温度が急激に上昇して発熱する性質を有し、ワックスに均一に分散される性質を有する。このような性質を有するために、前記発熱粒子は、金属成分を含むコアと、疎水性を有するシェルとを備える構造を有する。例えば、前記発熱粒子は、強磁性物質であるＦｅからなるコアと、前記Ｆｅに結合されてＦｅを取り囲む複数の界面活性成分からなるシェルと、を備える構造を有する。通常、前記発熱粒子は、キャリアオイルに分散された状態で保管される。疎水性の表面構造を有する前記発熱粒子が均一に分散されるように、キャリアオイルも疎水性であることが望ましい。ワックスに前記発熱粒子が分散されたキャリアオイルを注いで混合することによって、弁プラグ８３の素材を製造できる。前記発熱粒子の粒子形態は、前記例として挙げた形態に限定されるものではなく、重合体ビード、量子ドット、金ナノ粒子、銀ナノ粒子、金属化合物ビード、炭素粒子、または磁性ビードでありうる。前記炭素粒子には、黒鉛粒子も含まれる。
【００４５】
弁プラグ８３をなす相転移物質は、ワックスでありうる。前記発熱粒子が吸収した電磁波のエネルギーを熱エネルギーの形態で周囲に伝達すれば、ワックスは、これによって溶融されて流動性を有し、これにより、プラグ８３が崩壊され、流体Ｆの流路が開放される。プラグ８３を構成するワックスは、適度な溶融点を有することが望ましい。溶融点が高すぎる場合には、レーザーを照射し始めてから溶融されるまで長時間がかかって開放時点の精密な制御が困難になり、逆に溶融点が低すぎる場合には、レーザーが照射されていない状態で部分的に溶融されて、流体Ｆが漏れることもあるためである。前記ワックスとしては、例えばパラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、合成ワックス、または天然ワックスなどが採用される。
【００４６】
一方、前記相転移物質は、ゲルまたは熱可塑性樹脂でありうる。前記ゲルとしては、ポリアクリルアミド、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、またはポリビニルアミドなどが採用される。また、前記熱可塑性樹脂としては、サイクリックオレフィンコポリマー（ＣＯＣ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリアセタールエンジニアリングポリマー（ＰＯＭ）、パーフルオロアルコキシ（ＰＦＡ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリスルホン（ＰＳＵ）、またはポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などが採用される。
【００４７】
図８は、図１、図３〜図５の微細流動装置に採用された閉鎖弁を示す平面図であり、図９は、図８の閉鎖弁の作動状態を示す断面図である。
【００４８】
閉鎖弁６３２は、入口Ｉ及び出口Ｏを有するチャンネル４３３の中間に連結された弁物質コンテナ８５と、常温である初期には、固状として弁物質コンテナ８５内に充填されていて加熱されれば、溶融及び膨脹されつつ、弁連結路８６を通じてチャンネル４３３に流入され、再び凝固されつつチャンネル４３３を遮断する弁物質Ｖと、を含む。
【００４９】
閉鎖弁６３２も、前述した開放弁６３１と同様に、微細流動装置１００のプラットホーム１０をなす上板１２または下板１１の内面に形成された立体パターンにより提供される。上板１２は、外部エネルギー源から照射された電磁波を透過させ、外部から流体Ｆを観測可能にする光学的に透明な材料で形成されることが望ましい。また、上板１２は、前記電磁波（例えば、レーザービーム）が前記弁物質Ｖにさらによく入射できるように、弁物質コンテナ８５に対応する開口部８５Ａを有することもできる。開口部８５Ａは、微細流動装置の製作時に溶融された弁物質を投入する注入口の役割を担う。
【００５０】
前記弁物質Ｖをなす相転移物質Ｐ及び発熱粒子Ｍに関する事項は、開放弁６３１の例を通じて前述した通りである。また、前記弁物質Ｖに電磁波を提供する外部エネルギー源に関する事項も前述した通りである。
【００５１】
弁物質コンテナ８５内に凝固されている弁物質Ｖにレーザービームが照射されれば、前記発熱粒子Ｍがエネルギーを吸収して前記相転移物質Ｐを加熱させる。これにより、前記弁物質Ｖは、溶融されつつ体積が膨脹し、弁連結路８６を通じてチャンネル４３３に流入される。チャンネル４３３内で流体Ｆと接触しつつ、再び凝固された弁物質Ｖは、チャンネル４３３を通じた流体Ｆの流れを遮断する。
【００５２】
前述した開放及び閉鎖弁の反応時間を測定した実験の結果は次の通りである。実験のためのテストチップで、作動流体の圧力は４６ｋＰａに維持した。圧力維持のために、シリンジポンプ（Ｈａｖａｒｄ ＰＨＤ２０００，ＵＳＡ）と圧力センサー（ＭＰＸ ５５００ＤＰ，Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｉｎｃ．，ＡＺ，ＵＳＡ）とを使用した。前記弁に電磁波を照射する外部エネルギー源としては、放出波長が８０８ｎｍであり、出力が１．５Ｗであるレーザー光源を使用した。弁の反応時間に関するデータは、高速撮影装置（Ｆａｓｔｃａｍ−１０２４，Ｐｈｏｔｒｏｎ，ＣＡ，ＵＳＡ）の結果物分析を通じて得た。前記弁プラグとしては、発熱粒子である平均直径１０ｎｍの磁性ビードがキャリアオイルに分散された、いわゆる磁性流体とパラフィンワックスとが１対１の割合で混合された、すなわち磁性流体の体積比が５０％である、いわゆる磁性ワックスを使用した。
【００５３】
実験結果、前記開放弁の弁プラグにレーザービームを照射し始めてから、前記弁プラグが溶融されてチャンネルが開くまでの反応時間は、０．０１２秒であった。前記閉鎖弁の弁物質コンテナにレーザービームを照射し始めてから、前記弁物質が溶融及び膨脹されてチャンネルを閉じるまでの反応時間は、０．４４４秒であった。従来のワックス弁の反応時間が２〜１０秒であった点を比較すれば、はるかに速い反応であるということが分かる。
【００５４】
図１０は、図６の開放弁で弁プラグに含まれた磁性流体の体積比と弁反応時間との関係を示すグラフである。一般的に、磁性流体の体積比が大きくなりつつ反応時間が短くなる推移を表す。しかしながら、これと別個に磁性流体の体積比が７０％以上に大きくなれば、弁プラグの最大許容圧力が低くなる傾向がある。したがって、前記弁ユニットで弁プラグに含まれる磁性流体の体積比は、反応時間に対する要求と最大許容圧力に対する要求との折衝により決まる。
【００５５】
図１１は、図６の開放弁で外部エネルギー源として使われたレーザー光源のパワーと弁反応時間との関係を示すグラフである。出力が高くなるほど、反応時間が短くなる推移を表す。しかしながら、レーザー光源の出力が１．５Ｗに近接すれば、反応時間の変化が緩慢になり、図示はしていないが、１．５Ｗを超えれば、所定の最小反応に収束する。パラフィンワックスを通じた熱伝導率の制約があるためである。前記実験では、かかる理由により出力が１．５Ｗであるレーザー光源を使用した。しかし、本発明の外部エネルギー源がこれに限定されるものではない。
【００５６】
図１２Ａ〜図１２Ｆは、図３及び図５の微細流動装置に採用された開閉型弁の作動過程を順次に示す斜視図である。
【００５７】
図１２Ａ〜図１２Ｆに示すように、図３及び図５の微細流動装置に採用された開閉型弁６０１は、外部エネルギー源により個別的に駆動される相転移弁の一例であって、弁物質コンテナ９５と、弁物質コンテナ９５に注入される弁物質Ｖと、流体Ｆの流路を形成するチャンネル４６と弁物質コンテナ９５とを連結する弁連結路９６と、前記弁物質Ｖにエネルギーを供給するためのエネルギー源の一例として、レーザー光源１３０と、を備える。レーザー光源１３０は、電磁波の一種であるレーザーＬを照射するが、本発明のエネルギー源は、レーザー光源１３０に限定されず、赤外線（ＩＲ）を照射するか、または高温ガスを噴射して弁物質Ｖにエネルギーを供給するものでありうる。
【００５８】
弁物質コンテナ９５、チャンネル４６及び弁連結路９６は、互いに接合された上板１２及び下板１１を備えるディスク型プラットホーム１０に形成される。上板１２と下板１１との接合方法は、接着剤や両面接着テープを利用してもよく、超音波融着によってもよい。具体的に、下板１１に弁物質コンテナ９５、チャンネル４６及び弁連結路９６が陰刻パターンに形成され、上板１２には、弁物質コンテナ９５に弁物質Ｖを注入するための開口部９５Ａが形成されている。チャンネル４６は、第１深さＤ１の第１領域４６Ａと、第１領域４６Ａに隣接した一対の第２領域４６Ｂと、を備える。第２領域４６Ｂは、第１深さＤ１より深い第２深さＤ２を有する。
【００５９】
図１２Ａに示したように、弁物質コンテナ９５に注入されて硬化された弁物質Ｖにレーザー光源１３０を利用してレーザービームＬを照射すれば、前記弁物質Ｖが爆発的に溶融膨脹して弁連結路９６を通じてチャンネル４６の第１領域４６Ａに流入される。図１２Ｂに示したように、チャンネル４６に流入された弁物質Ｖは、毛細管現象によりもチャンネル４６の第１領域４６Ａに残されて硬化されることによって、チャンネル４６を閉鎖する弁プラグを形成する。したがって、流体Ｆは、チャンネル４６に沿って流れない状態となる。
【００６０】
図１２Ｃに示したように、第１領域４６Ａで硬化された弁物質Ｖにレーザー光源１３０を利用して再びレーザービームＬを照射すれば、硬化された弁物質Ｖが再び爆発的に溶融膨脹し、チャンネル４６の第２領域４６Ｂに流れることにより、チャンネル４６が再び開放され（図１２Ｄ参照）、流体Ｆがチャンネル４６に沿って流れる状態となる。
【００６１】
さらに図１２Ｅに示したように、弁物質コンテナ９５と弁連結路９６とに残っている弁物質Ｖにレーザー光源１３０を利用してレーザービームＬを照射すれば、硬化された弁物質Ｖが再び爆発的に溶融膨脹して前記第１領域４６Ａに流入され、図１２Ｆに示したように、前記第１領域４６Ａに残されて硬化された弁物質Ｖが再びチャンネル４６を閉鎖する。このように、弁物質Ｖがほとんどチャンネル４６の第２領域４６Ｂに流れるまで、レーザービームＬの照射を反復的に行ってチャンネル４６を反復的に開閉できる。
【００６２】
図１３は、前記図１または図３〜図５のうちいずれか一つの微細流動装置を備える微細流動システムの一実施形態を示す斜視図である。本発明の一実施形態による微細流動システムは、前述した本発明の微細流動装置１００を備える。本実施形態による微細流動システムは、前述した個別駆動方式の相転移弁２１１、２２１〜２２３、２３１〜２３３、６０１、６０２、６１１、６１２、６１３に所定の電磁波を照射してエネルギーを供給する外部エネルギー源１３０Ｌを含む。前記外部エネルギー源１３０Ｌは、マイクロウエーブ、赤外線、可視光線、紫外線、及びＸ線など多様な波長の電磁波のうち選択された所定の波長帯の電磁波を照射できる装置でありうる。また、かかる電磁波を近距離の標的に集中的に照射可能な装置であれば、さらに望ましい。前記外部エネルギー源１３０Ｌの波長は、前記弁物質Ｖに含まれた発熱粒子Ｍによりもよく吸収される範囲であることが望ましい。したがって、前記外部エネルギー源１３０Ｌで電磁波を発生させる素子は、発熱粒子Ｍの素材及び表面条件によって適切に選択される。前記外部エネルギー源１３０Ｌは、例えばレーザービームを照射するレーザー光源であり、その場合、少なくとも一つのレーザーダイオードを備えうる。レーザービームの波長及び出力など細部的な事項は、主な使用対象である微細流動装置１００の相転移弁に含まれた発熱粒子の種類によって決まる。
【００６３】
前記微細流動システムは、前記外部エネルギー源１３０Ｌの位置または方向を調整して、そこから照射された電磁波が前記微細流動装置１００のうち所望の領域に、具体的には、微細流動装置１００に備えられた複数の相転移弁のうち選択されたいずれか一つに該当する領域に集中的に達するようにする外部エネルギー源調整手段（図示せず）を備える。図１３の微細流動システムにおいて、外部エネルギー源調整手段（図示せず）は、微細流動装置１００のプラットホーム１０に向かって設置された前記外部エネルギー源１３０Ｌをその上に表示された矢印方向、すなわちプラットホーム１０の半径方向に移動させる。前記外部エネルギー源１３０Ｌを直線移動させるメカニズムは、多様に提供され、当業者に自明なものであるので、詳細な説明は省略する。
【００６４】
一方、前記微細流動システムは、プラットホーム１０を駆動する回転駆動部１４０を備える。回転駆動部１４０は、プラットホーム１０を載置させ、回転力を伝達するための一部分であり、図示していないが、プラットホーム１０を所望の速度、または所望の角度に回転させるモーター及びそれと関連した部品を備える。前記外部エネルギー源調整手段（図示せず）と同様に、回転駆動部１４０についての具体的な構成についての説明は既に公知であるので詳細な説明は省略する。
【００６５】
図１３の微細流動システムにおいて、前記外部エネルギー源１３０Ｌは、前記外部エネルギー源調整手段（図示せず）と前記回転駆動部１４０との機能により電磁波を微細流動装置１００のうち選択された領域に集中的に照射できる。
【００６６】
一方、本発明による微細流動システムは、微細流動装置１００を利用した希釈の結果物である希釈溶液の濃度、または希釈溶液を利用した多様な実験の結果を光学的に観測できる光検出部１５０をさらに備える。例えば、染色された細胞溶液の希釈時に、光検出部１５０を利用して各希釈溶液チャンバー６１〜６７を観測することによって、希釈された細胞溶液の濃度を検証することもできる。
【００６７】
図１４は、図１または図３〜図５のうちいずれか一つの微細流動装置を備える微細流動システムの他の実施形態を示す斜視図である。本実施形態による微細流動システムにおいて、微細流動装置１００、回転駆動部１４０及び外部エネルギー源１３０Ｐ自体に関する事項は、前述した図１３に示した実施形態の通りである。ただし、本実施形態による微細流動システムの場合、外部エネルギー源調整手段（図示せず）は、プラットホーム１０に向かって設置された前記外部エネルギー源１３０Ｐをプラットホーム１０と平行な平面上で互いに直交する二方向（例えば、図面上のｘ軸とｙ軸方向、矢印参照）に移動させて、プラットホーム１０上の目標地点に電磁波を達させる平面移動手段を備える。
【００６８】
また、図示していないが、外部エネルギー源調整手段は、プラットホーム１０の上側のいずれか一つの地点にその位置が固定された外部エネルギー源の方向を変化させて放出された電磁波が目標地点に達するように構成されることもある。
【００６９】
以上、図面を参照して本発明に係るいくつかの望ましい実施形態が説明されたが、これは、単に例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるという点を理解できるであろう。したがって、本発明の保護範囲は、特許請求の範囲によって決定される。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明は、生化学分析関連の技術分野に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明による希釈のための遠心力基盤の微細流動装置の一実施形態を示す平面図である。
【図２Ａ】図１の微細流動装置を利用して希釈を行う過程を示す図面である。
【図２Ｂ】図１の微細流動装置を利用して希釈を行う過程を示す図面である。
【図２Ｃ】図１の微細流動装置を利用して希釈を行う過程を示す図面である。
【図３】本発明による希釈のための遠心力基盤の微細流動装置の他の実施形態を示す平面図である。
【図４】本発明による希釈のための遠心力基盤の微細流動装置のさらに他の実施形態を示す平面図である。
【図５】本発明による希釈のための遠心力基盤の微細流動装置のさらに他の実施形態を示す平面図である。
【図６】図１及び図３〜図５の微細流動装置に採用された開放弁を示す平面図である。
【図７Ａ】図６の開放弁の作動状態を示す断面図である。
【図７Ｂ】図６の開放弁の作動状態を示す断面図である。
【図８】図１及び図３〜図５の微細流動装置に採用された閉鎖弁を示す平面図である。
【図９】図８の閉鎖弁の作動状態を示す断面図である。
【図１０】図６の開放弁で弁プラグに含まれた磁性流体の体積比と弁反応時間との関係を示すグラフである。
【図１１】図６の開放弁で外部エネルギー源として使われたレーザー光源のパワーと弁反応時間との関係を示すグラフである。
【図１２Ａ】図３及び図５の微細流動装置に採用された開閉型弁の作動過程を順次に示す斜視図である。
【図１２Ｂ】図３及び図５の微細流動装置に採用された開閉型弁の作動過程を順次に示す斜視図である。
【図１２Ｃ】図３及び図５の微細流動装置に採用された開閉型弁の作動過程を順次に示す斜視図である。
【図１２Ｄ】図３及び図５の微細流動装置に採用された開閉型弁の作動過程を順次に示す斜視図である。
【図１２Ｅ】図３及び図５の微細流動装置に採用された開閉型弁の作動過程を順次に示す斜視図である。
【図１２Ｆ】図３及び図５の微細流動装置に採用された開閉型弁の作動過程を順次に示す斜視図である。
【図１３】図１または図３〜図５のうちいずれか一つの微細流動装置を備える微細流動システムの一実施形態を示す斜視図である。
【図１４】図１または図３〜図５のうちいずれか一つの微細流動装置を備える微細流動システムの他の実施形態を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００７２】
１０ ディスク状のプラットホーム、
２１、２２、２３、５０、６１、６２、６３、６４、６５、６６、６７ チャンバー、
４０、４１、４３、４５、４３１、４３２、４３３、４３４、４３５、４３６ チャンネル、
２１１、２２１、２２２、２２３、２３１、２３２、２３３、６１１、６１２、６２１、６２２、６３１、６３２、６４１、６４２、６５１、６５２、６６１、６６２、６７１ 弁。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遠心力基盤の微細流動装置に係り、特にディスク状のプラットホームに設けられれた微細流動構造物内で、試料の希釈を自動的に行えるようにする微細流動装置及びその微細流動装置を備える微細流動システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、微細流動装置を構成する微細流動構造物には、少量の流体を溜めるチャンバーと、流体が流れるチャンネルと、流体の流れを調節できる弁と、流体を受けて所定の機能を行える色々な機能性ユニットと、が備えられる。小型のチップ上で生化学的反応を含めた試験を行えるように、チップ形態の基板にかかる微細流動構造物を配置したものをバイオチップといい、特に色々な段階の処理及び操作を一つのチップで行えるように製作された装置をラボオンチップ（ｌａｂ−ｏｎ−ａ ｃｈｉｐ）という。
【０００３】
微細流動構造物内で流体を移送するためには、駆動圧力が必要であるが、駆動圧力として毛細管圧が利用されてもよく、別途のポンプによる圧力が利用されてもよい。近年では、コンパクトディスク状のプラットホームに微細流動構造物を配置して、遠心力を利用する微細流動装置が提案されている。それをラボＣＤまたはラボオンディスクという。しかし、この場合には、フレームに固定されずに回転するため、底に固定されたままで作動するラボオンチップと色々な面で異なる。
【０００４】
一方、化学的または生物学的実験には、多様な濃度の試料が要求される場合が多い。その代表的な例として、細胞数の計数または遺伝子発現などの定量分析のためのキャリブレーションなどが挙げられる。微細流動チップ上で多様な濃度の試料を作る装置を提供するためには、下記特許文献１及び２が提案されている。しかし、前者は、電気浸透現象を利用したものであるので、高い駆動電圧を必要とし、後者は、指数関数形態の濃度勾配を提供できないなどの課題がある。また、前記装置は、ディスク状のプラットホーム上に具現し難い。
【０００５】
近年、ディスク状のプラットホーム上で、遠心力を利用して流体を容易に移動させる多様な遠心力基盤の微細流動装置が開発されることによって、前記ディスク状のプラットホーム上で自動的に多様な濃度の試料を提供できる装置が要求されている。
【特許文献１】米国特許第５８３６００４号明細書
【特許文献２】米国特許第６７０５３５７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、最初に試料を注入する一回の手作業以外に別途の手作業なしに、自動的に多様な濃度の試料を提供できる希釈のための遠心力基盤の微細流動装置及びそれを備える微細流動システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するために、本発明に係る希釈のための微細流動装置は、回転可能なディスク型プラットホームと、前記プラットホーム上に配置された混合チャンバーと、前記プラットホーム上で前記混合チャンバーよりも前記プラットホームの中心に近くに配置され、チャンネルを通じて前記混合チャンバーと連結されて、少なくとも一回一定量ずつのバッファ液を前記混合チャンバーに供給するバッファ液保存部と、前記プラットホーム上で前記混合チャンバーよりも前記プラットホームの中心から遠くに配置され、それぞれが前記混合チャンバーの一定水位に対応する中間排出口から延びた流路を通じて前記混合チャンバーと連結されて、前記混合チャンバーで少なくとも一回希釈された溶液を順次に受容する複数の希釈溶液チャンバーと、を備える。
【０００８】
前記微細流動装置は、前記プラットホーム上で前記混合チャンバーよりも前記プラットホームの中心に近くに配置され、外部から注入された試料を遠心力により前記混合チャンバーに供給する試料保存部をさらに備える。
【０００９】
前記バッファ液保存部は、その内部の体積が一定な体積のｎ倍（ｎは、自然数）に該当する複数の水位段階ごとに個別的に駆動される出口弁が設けられたメータリングチャンバーを備えることもでき、それと異なり、前記バッファ液保存部は、それぞれ個別的に駆動される出口弁を備え、同じ体積を有する複数のバッファ液チャンバーを備えることもできる。
【００１０】
前記混合チャンバーの中間排出口から前記複数の希釈溶液チャンバーに連結されるそれぞれの流路には、それらを個別的に開閉する弁または弁群が設けられることが望ましい。前記弁または弁群は、常温で固状である相転移物質分散媒に発熱粒子が分散された弁物質を含み、前記弁物質が外部エネルギー源から照射された電磁波による熱により溶融された状態に移動して、前記チャンネルを開閉する相転移弁を備える。
【００１１】
ここで、前記弁群は、開放弁と閉鎖弁とからなる一対の相転移弁を備える。前記相転移物質分散媒は、ワックス、ゲル、熱可塑性樹脂からなる群から選択された少なくともいずれか一つであり、前記発熱粒子は、直径が１ｎｍ〜１００μｍである。前記発熱粒子は、重合体ビード、量子ドット、金ナノ粒子、銀ナノ粒子、金属化合物ビード、炭素粒子及び磁性ビードからなる群から選択された少なくともいずれか一つでありうる。
【００１２】
本発明に係る希釈のための微細流動装置を備える微細流動システムは、回転可能なディスク型プラットホーム、前記プラットホーム上に配置された混合チャンバー、前記プラットホーム上で前記混合チャンバーよりも前記プラットホームの中心に近くに配置され、チャンネルを通じて前記混合チャンバーと連結されて、少なくとも一回一定量ずつのバッファ液を前記混合チャンバーに供給するバッファ液保存部、及び前記プラットホーム上で前記混合チャンバーよりも前記プラットホームの中心から遠くに配置され、それぞれが前記混合チャンバーの一定水位に対応する中間排出口から延びた流路を通じて前記混合チャンバーと連結されて、前記混合チャンバーで少なくとも一回希釈された溶液を順次に受容する複数の希釈溶液チャンバーを備える微細流動装置と、前記微細流動装置を支持して制御可能に回転させる回転駆動部と、前記微細流動装置内で選択された弁を個別的に駆動する弁駆動ユニットと、を備える。
【００１３】
前記弁駆動ユニットは、前記弁内の発熱粒子の発熱を誘導できる波長帯の電磁波を放出する外部エネルギー源と、前記外部エネルギー源から照射された電磁波が前記選択された弁に対応する領域に集中的に達するように、前記外部エネルギー源の位置または方向を調整する外部エネルギー源調整手段と、を備える。
【００１４】
前記外部エネルギー源調整手段は、前記微細流動装置のプラットホームに向かって設置された前記外部エネルギー源を前記プラットホームの半径方向に移動させる直線移動手段を備えることもでき、それと異なり、前記外部エネルギー源調整手段は、前記微細流動装置のプラットホームに向かって設置された前記外部エネルギー源を前記プラットホームと平行な平面上で直交座標に沿って二方向に移動させる平面移動手段を備えることもできる。
【００１５】
前記微細流動システムにおいて、前記微細流動装置は、前記プラットホーム上に前記混合チャンバーより中心に近く配置され、外部から注入された試料を遠心力により前記混合チャンバーに供給する試料保存部をさらに備える。
【００１６】
前記バッファ液保存部は、その内部の体積が一定な体積のｎ倍（ｎは、自然数）に該当する複数の水位段階ごとに個別的に駆動される出口弁が設けられたメータリングチャンバーを備えることもでき、それと異なり、前記バッファ液保存部は、それぞれ個別的に駆動される出口弁を備え、同じ体積を有する複数のバッファ液チャンバーを備えることもできる。
【００１７】
前記混合チャンバーの中間排出口から前記複数の希釈溶液チャンバーに連結されるそれぞれの流路には、それらを個別的に開閉する弁または弁群が設けられることが望ましい。前記弁または弁群は、常温で固状である相転移物質分散媒に発熱粒子が分散された弁物質を含み、前記弁物質が外部エネルギー源から照射された電磁波による熱により溶融された状態に移動して、前記チャンネルを開閉する相転移弁を備える。
【００１８】
ここで、前記弁群は、開放弁と閉鎖弁とからなる一対の相転移弁を備える。前記相転移物質分散媒は、ワックス、ゲル、熱可塑性樹脂からなる群から選択された少なくともいずれか一つであり、前記発熱粒子は、直径が１ｎｍ〜１００μｍである。前記発熱粒子は、重合体ビード、量子ドット、金ナノ粒子、銀ナノ粒子、金属化合物ビード、炭素粒子、及び磁性ビードからなる群から選択された少なくともいずれか一つである。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように構成された本発明に係る希釈のための微細流動装置及びそれを備える微細流動システムは、最初に試料を注入する一回の手作業以外に別途の手作業なしに、自動的に多様な濃度の試料を提供できる。また、手作業による希釈に比べて精密度が高くて濃度誤差を減らすことができる。また、遺伝子の定量的分析のために全自動化されたラボオンディスクに採用される場合、キャリブレータサンプルを自動的に提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、添付された図面を参照しつつ、本発明の実施形態を詳細に説明する。添付された図面で、同じ図面符号は同じ構成要素を表す。図示したチャンバー及びチャンネルなどの構造物は、その形状が単純化され、その大きさの比が実際と異なって拡大または縮少されたものでありうる。なお、本明細書において、バッファ液は、試料を希釈する溶媒を意味し、希釈溶液は、バッファ液と試料との混合液を意味する。連続希釈とは、試料とバッファ液とを一定な体積比で希釈し、このように希釈された希釈溶液とバッファ液とを再び同じ体積比で希釈する過程を複数回反復しつつ、互いに指数関数の関係にある色々な濃度の希釈溶液を得る作業を意味する。
【００２１】
図１は、本発明による希釈のための遠心力基盤の微細流動装置の一実施形態を示す平面図である。本実施形態に係る微細流動装置は、ディスク状のプラットホーム１０と、プラットホーム１０上に設けられた複数のチャンバー２１〜２３、５０、６１〜６７と、前記複数のチャンバーの間を連結する複数のチャンネル４０、４１、４３、４５と、前記複数のチャンネルを通じた流体の流れを統制する複数の弁と、を備える。
【００２２】
プラットホーム１０は、成形が容易であり、その表面が生物学的に不活性であるアクリル、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）などのプラスチック素材で形成される。しかしながら、上記プラスチック素材に限定されるものではなく、化学的、生物学的安定性、光学的透明性、及び機械的加工性を有する素材であれば良い。プラットホーム１０は、複数層の板からなりうる。板と板とが接触する面にチャンバーやチャンネルなどに該当する陰刻構造物を形成し、それらを接合することによって、プラットホーム１０の内部に、空間と通路とを提供できる。上記板と板との接合は、接着剤や両面接着テープを利用して接合したり、超音波融着したりするなど多様な方法で行われる。
【００２３】
プラットホーム１０上に、試料とバッファ液との混合のための混合チャンバー５０が設けられる。プラットホーム１０上で、混合チャンバー５０よりもプラットホーム１０の中心に近い側には、チャンネル４０を通じて混合チャンバー５０と連結され、少なくとも一回一定量ずつのバッファ液を混合チャンバー５０に供給するバッファ液保存部が設けられ、さらに外部から注入された試料を混合チャンバー５０に供給する試料保存部が設けられる。
【００２４】
前記バッファ液保存部は、多様な形態を有するが、本実施形態によれば、その内部の体積が一定な体積Ｂ１、すなわち一回に混合チャンバー５０に移送されるバッファ液の体積のｎ倍（ｎは、自然数）に該当する複数の水位段階ごとに個別的に駆動される出口弁２２１〜２２３、２３１〜２３３が設けられたメータリングチャンバー２２、２３を備える。
【００２５】
図１の正面から見て左側のメータリングチャンバー２２を参照してさらに具体的に説明する。メータリングチャンバー２２の各出口弁２２１〜２２３は、それぞれの進入チャンネル４２１〜４２３及びチャンネル４０を通じ、混合チャンバー５０と連結される。個別的に駆動される複数の出口弁２２１〜２２３としては、外部エネルギー源により駆動される相転移弁はいうまでもなく、毛細管弁、疎水性弁、機械式弁、ジオメトリック弁など多様な弁を採用できる。例えば、毛細管弁を採用する場合、開放回転数が最も低い弁を最も高い水位に対応する弁２２１として採用し、開放回転数が最も高い弁を最も低い水位に対応する弁２２３として採用される。
【００２６】
前記試料保存部は、具体的には、試料チャンバー２１、及び試料チャンバー２１と混合チャンバー５０とを連結するチャンネル４１を通じた流体の流れを制御する試料チャンバー２１の出口弁２１１で構成される。ただし、希釈しようとする最初の試料を混合チャンバー５０に直接注入する場合、前記試料保存部は省略することもできる。
【００２７】
プラットホーム１０上で混合チャンバー５０よりもプラットホーム１０の中心から遠い側には、希釈された試料溶液が濃度別に受容される複数の希釈溶液チャンバー６１〜６７が設けられる。複数の希釈溶液チャンバー６１〜６６と混合チャンバー５０との連結は、混合チャンバー５０の中間排出口に直接連結されたチャンネル４３と、チャンネル４３から分かれて複数の希釈溶液チャンバー６１〜６６にそれぞれ対応する複数の分岐チャンネル４３１〜４３６とを通じて行われる。ただし、最も濃度の低い希釈溶液を受容する希釈溶液チャンバー６７は、混合チャンバー５０の最外郭に設けられた出口弁６７１に直接連結されたチャンネル４５を通じて混合チャンバー５０と連結される。
【００２８】
混合チャンバー５０の中間排出口とは、遠心力を利用して混合チャンバー５０内の溶液を前記中間排出口を通じて外部に放出する場合、前記中間排出口と混合チャンバー５０の最外郭との空間に一定な体積Ｒ１の溶液を残す位置をいう。チャンネル４３は、混合チャンバー５０の一方または両方の中間排出口に連結される。すなわち、チャンネル４３と混合チャンバー５０とが連結される前記中間排出口の位置によって、一回の希釈後に混合チャンバー５０に残される希釈溶液の体積Ｒ１が決定される。
【００２９】
チャンネル４３は、前述した複数の分岐チャンネル４３１〜４３６と共に、混合チャンバー５０から複数の希釈溶液チャンバー６１〜６６にそれぞれ連結される複数の流路を形成する。それぞれの流路には、流体の流れを個別的に制御するための一つの弁または複数の弁からなる弁群が設けられる。本実施形態によれば、それぞれの流路（例えば、チャンネル４３と第１分岐チャンネル４３１とからなる流路）には、一つの開放弁６１１と一つの閉鎖弁６１２とで構成された弁群が設けられている。開放弁６１１と閉鎖弁６１２とは、いずれも外部エネルギー源により個別的に駆動される相転移弁でありうる。
【００３０】
図２Ａ〜図２Ｃは、図１の微細流動装置を利用して希釈を行う過程を示す。まず、矢印「丸数字１」のように、試料チャンバー２１の出口弁２１１を開け、遠心力を利用して最初の濃度の試料を混合チャンバー５０に移送する。次いで、第１希釈溶液チャンバー６１に連結された流路４３、４３１の開放弁６１１を開け、遠心力を利用して、矢印「丸数字２」のように第１希釈溶液（最初の濃度）を移送する。移送が終われば、第１希釈溶液チャンバー６１に連結された第１分岐チャンネル４３１の閉鎖弁６１２を閉じる。このとき、混合チャンバー５０内には、一定な体積Ｒ１の試料が残る。
【００３１】
次いで、メータリングチャンバー２２の第１出口弁２２１を開け、矢印「丸数字３」のように一定な体積Ｂ１のバッファ液を混合チャンバー５０に移送して混合する。その結果、試料の最初濃度のＲ１／（Ｒ１＋Ｂ１）倍に希釈された第２希釈溶液が形成される。次いで、第２希釈溶液チャンバー６２に連結された流路４３、４３２の開放弁６２１を開け、遠心力を利用して矢印「丸数字４」のように第２希釈溶液を移送する。移送が終われば、第２希釈溶液チャンバー６２に連結された第２分岐チャンネル４３２の閉鎖弁６２２を閉じる。このとき、やはり混合チャンバー５０内には、一定な体積Ｒ１の第２希釈溶液が残る。
【００３２】
次いで、メータリングチャンバー２２の第２出口弁２２２を開け、矢印「丸数字５」のように一定な体積Ｂ１のバッファ液を混合チャンバー５０に移送して混合する。その結果、試料の最初濃度の（Ｒ１／（Ｒ１＋Ｂ１））２倍に希釈された第３希釈溶液が形成される。次いで、第３希釈溶液チャンバー６３に連結された流路４３、４３３の開放弁６３１を開け、遠心力を利用して矢印「丸数字６」のように前記第３希釈溶液を移送する。移送が終われば、第３希釈溶液チャンバー６３に連結された第３分岐チャンネル４３３の閉鎖弁６３２を閉じる。このときにも、混合チャンバー５０内には、一定な体積Ｒ１の第３希釈溶液が残る。
【００３３】
前記と類似した過程を反復することによって、第４〜第６希釈溶液チャンバー６４〜６６にも、それぞれ直前の希釈溶液よりＲ１／（Ｒ１＋Ｂ１）倍ずつ希釈された希釈溶液を提供できる。混合チャンバー５０で最後に希釈された希釈溶液は、混合チャンバー５０の半径方向の最外郭に設けられた出口弁６７１及びそれと連結されたチャンネル４５を通じて第７希釈溶液チャンバー６７に移送される。
【００３４】
前述したように、希釈作業の濃度スケールを定める要素は、Ｂ１及びＲ１である。一回の希釈過程を経る度に、Ｒ１／（Ｒ１＋Ｂ１）倍ずつ溶液の濃度が希釈される。例えば、Ｒ１及びＢ１がそれぞれ４０μｌと同じであれば、第１〜第７希釈溶液チャンバー６１〜６７には、それぞれ最初の試料濃度の１倍、２−１倍、２−２倍、２−３倍、２−４倍、２−５倍、２−６倍に該当する濃度の希釈溶液が含まれる。他の例として、Ｒ１が１０μｌであり、Ｂ１が９０μｌであれば、前記第１〜第７希釈溶液チャンバー６１〜６７には、それぞれ最初の試料濃度の１倍、１０−１倍、１０−２倍、１０−３倍、１０−４倍、１０−５倍、１０−６倍に該当する濃度の希釈溶液が含まれる。
【００３５】
このように形成された多様な濃度の希釈溶液は、多様な用途に活用される。例えば、細胞の計数や遺伝子の定量的分析のためのリアルタイムＰＣＲ用検量線（ｓｔａｎｄａｒｄ ｃｕｒｖｅまたはｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ ｃｕｒｖｅ）の作成にも活用される。また、本発明による微細流動装置は、他の機能を行う遠心力基盤の微細流動装置と共に、一つのプラットホーム上に集積されて、多様な濃度の試料を活用した結果物を容易に提供することもできる。
【００３６】
図３は、本発明による希釈のための遠心力基盤の微細流動装置の他の実施形態を示す平面図である。本実施形態は、前述した図１の実施形態と比較して、混合チャンバー５０と複数の希釈溶液チャンバー６１〜６６とをそれぞれ連結する複数の流路で、流体の流れを制御する弁の種類及びその配置に相違点がある。本実施形態によれば、混合チャンバー５０の両中間排出口に直接連結されたチャンネル４４から分かれた複数の分岐チャンネル４４１〜４４６にそれぞれ一つずつの開閉型弁６１３、６２３、６３３、６４３、６５３、６６３を配置する。開閉型弁６１３、６２３、６３３、６４３、６５３、６６３は、外部エネルギー源により個別的に駆動される相転移弁の一例であって、流路を開閉する動作をいずれも行え、必要に応じては開閉する動作を数回反復することもできる。
【００３７】
図４は、本発明による希釈のための遠心力基盤の微細流動装置のさらに他の実施形態を示す平面図である。本実施形態は、前記図４の実施形態と比較して、バッファ液保存部の形態に差がある。本実施形態によれば、メータリングチャンバー２２、２３を使用した前記図４の実施形態とは異なり、バッファ液の供給回数に対応する個数のバッファ液チャンバー２４〜２９を備え、それぞれのバッファ液チャンバー２４〜２９に個別的に駆動される出口弁２４１、２５１、２６１、２７１、２８１、２９１を備える。かかる出口弁としては、前記図１の実施形態と同様に、外部エネルギー源により個別的に駆動される相転移弁（開放弁）だけでなく、異なる回転数条件で開放される毛細管弁、疎水性弁など多様な弁が採用される。
【００３８】
図５は、本発明による希釈のための遠心力基盤の微細流動装置のさらに他の実施形態を示す平面図である。本実施形態は、前記図５の実施形態と比較して、混合チャンバー５０と複数の希釈溶液チャンバー６１〜６６とをそれぞれ連結する複数の流路で、流体の流れを制御する弁の種類及びその配置に相違点がある。本実施形態によれば、混合チャンバー５０の両中間排出口に直接連結されたチャンネル４６にそれぞれ一つずつの開閉型弁６０１，６０２を配置し、チャンネル４６で開閉型弁６０１、６０２より下流から分かれた複数の分岐チャンネル４６１〜４６６にそれぞれ個別的に駆動される閉鎖弁６１２、６２２、６３２、６４２、６５２、６６２を配置する。開閉型弁６０１、６０２は、少なくとも三回ずつ開放と閉鎖とを反復することが望ましい。反復的に作動する開閉型弁６０１，６０２と複数の閉鎖弁６１２，６２２，６３２，６４２，６５２，６６２との組み合わせにより、混合チャンバー５０と複数の希釈溶液チャンバー６１〜６６とを連結するそれぞれの流路を個別的に開閉できる。
【００３９】
図６は、図１、図３〜図５の微細流動装置に採用された開放弁を示す平面図であり、図７Ａ及び図７Ｂは、図６の開放弁の作動状態を示す断面図である。開放弁６３１は、常温で固状である弁物質からなる弁プラグ８３を備える。前記弁物質としては、常温で固状である相転移物質からなる分散媒に発熱粒子が分散されている材料を使用できる。チャンネル４３は、第１深さＤ１の第１領域４３Ａと、第１領域４３Ａに隣接した一対の第２領域４３Ｂと、を備える。第２領域４３Ｂは、第１深さＤ１より深い第２深さＤ２を有する。
【００４０】
弁プラグ８３は、常温で開口部８３Ａと重ならない第１領域４３Ａの一部分を間隙なしに塞いで入口Ｉ側から流入される流体Ｆの流れを遮断する。弁プラグ８３は、高温で溶融されて第１領域４３Ａから第２領域４３Ｂに移動して、流体Ｆの流路を開放したままで再び凝固（図８Ｂの８３’を参考）される。開口部８３Ａは、微細流動装置の製作時に溶融された弁物質を投入して弁プラグを形成できる注入口の役割を行う。開口部８３Ａを通じて第１領域４３Ａに注入された弁物質は、毛細管力により開口部８３Ａと重なる第１領域４３Ａの一部分に残される。
【００４１】
弁プラグ８３に熱を加えるために、微細流動装置１００の外部には、外部エネルギー源（図１６の１３０Ｌを参考）が配置され、外部エネルギー源１３０Ｌが弁プラグ８３の初期位置、すなわち開口部８３Ａとその周辺とを含む領域に電磁波を照射する。このとき、外部エネルギー源１３０Ｌは、例えばレーザービームを照射するレーザー光源であり、その場合、少なくとも一つのレーザーダイオードを備える。前記レーザー光源は、パルスレーザーを照射する場合、１ｍＪ／パルス以上のエネルギーを有するパルスレーザーを、連続波動レーザーを照射する場合、１０ｍＷ以上の出力を有する連続波動レーザーを照射できる。
【００４２】
４００〜１３００ｎｍの波長を有するレーザーを照射するレーザー光源であれば、前記微細流動システムの外部エネルギー源１３０Ｌとして採用される。
【００４３】
前述したチャンネル４３は、ディスク型プラットホーム１０をなす上板１２または下板１１の内面に形成された立体パターンにより提供される。上板１２は、外部エネルギー源から照射された電磁波が弁プラグ８３に入射できるように透過させ、外部から流体Ｆの流れを観測可能にする光学的に透明な材料で形成されることが望ましい。その例として、ガラスまたは透明プラスチック素材は、光学的な透明性に優れており、製造コストが低いという面で有利である。
【００４４】
弁プラグ８３に分散された発熱粒子は、数千μｍの幅を有するチャンネル４３内で自由に流動可能に１ｎｍ〜１００μｍの直径を有するものでありうる。前記発熱粒子は、レーザーが照射されれば、その輻射エネルギーにより温度が急激に上昇して発熱する性質を有し、ワックスに均一に分散される性質を有する。このような性質を有するために、前記発熱粒子は、金属成分を含むコアと、疎水性を有するシェルとを備える構造を有する。例えば、前記発熱粒子は、強磁性物質であるＦｅからなるコアと、前記Ｆｅに結合されてＦｅを取り囲む複数の界面活性成分からなるシェルと、を備える構造を有する。通常、前記発熱粒子は、キャリアオイルに分散された状態で保管される。疎水性の表面構造を有する前記発熱粒子が均一に分散されるように、キャリアオイルも疎水性であることが望ましい。ワックスに前記発熱粒子が分散されたキャリアオイルを注いで混合することによって、弁プラグ８３の素材を製造できる。前記発熱粒子の粒子形態は、前記例として挙げた形態に限定されるものではなく、重合体ビード、量子ドット、金ナノ粒子、銀ナノ粒子、金属化合物ビード、炭素粒子、または磁性ビードでありうる。前記炭素粒子には、黒鉛粒子も含まれる。
【００４５】
弁プラグ８３をなす相転移物質は、ワックスでありうる。前記発熱粒子が吸収した電磁波のエネルギーを熱エネルギーの形態で周囲に伝達すれば、ワックスは、これによって溶融されて流動性を有し、これにより、プラグ８３が崩壊され、流体Ｆの流路が開放される。プラグ８３を構成するワックスは、適度な溶融点を有することが望ましい。溶融点が高すぎる場合には、レーザーを照射し始めてから溶融されるまで長時間がかかって開放時点の精密な制御が困難になり、逆に溶融点が低すぎる場合には、レーザーが照射されていない状態で部分的に溶融されて、流体Ｆが漏れることもあるためである。前記ワックスとしては、例えばパラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、合成ワックス、または天然ワックスなどが採用される。
【００４６】
一方、前記相転移物質は、ゲルまたは熱可塑性樹脂でありうる。前記ゲルとしては、ポリアクリルアミド、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、またはポリビニルアミドなどが採用される。また、前記熱可塑性樹脂としては、サイクリックオレフィンコポリマー（ＣＯＣ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリアセタールエンジニアリングポリマー（ＰＯＭ）、パーフルオロアルコキシ（ＰＦＡ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリスルホン（ＰＳＵ）、またはポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などが採用される。
【００４７】
図８は、図１、図３〜図５の微細流動装置に採用された閉鎖弁を示す平面図であり、図９は、図８の閉鎖弁の作動状態を示す断面図である。
【００４８】
閉鎖弁６３２は、入口Ｉ及び出口Ｏを有するチャンネル４３３の中間に連結された弁物質コンテナ８５と、常温である初期には、固状として弁物質コンテナ８５内に充填されていて加熱されれば、溶融及び膨脹されつつ、弁連結路８６を通じてチャンネル４３３に流入され、再び凝固されつつチャンネル４３３を遮断する弁物質Ｖと、を含む。
【００４９】
閉鎖弁６３２も、前述した開放弁６３１と同様に、微細流動装置１００のプラットホーム１０をなす上板１２または下板１１の内面に形成された立体パターンにより提供される。上板１２は、外部エネルギー源から照射された電磁波を透過させ、外部から流体Ｆを観測可能にする光学的に透明な材料で形成されることが望ましい。また、上板１２は、前記電磁波（例えば、レーザービーム）が前記弁物質Ｖにさらによく入射できるように、弁物質コンテナ８５に対応する開口部８５Ａを有することもできる。開口部８５Ａは、微細流動装置の製作時に溶融された弁物質を投入する注入口の役割を担う。
【００５０】
前記弁物質Ｖをなす相転移物質Ｐ及び発熱粒子Ｍに関する事項は、開放弁６３１の例を通じて前述した通りである。また、前記弁物質Ｖに電磁波を提供する外部エネルギー源に関する事項も前述した通りである。
【００５１】
弁物質コンテナ８５内に凝固されている弁物質Ｖにレーザービームが照射されれば、前記発熱粒子Ｍがエネルギーを吸収して前記相転移物質Ｐを加熱させる。これにより、前記弁物質Ｖは、溶融されつつ体積が膨脹し、弁連結路８６を通じてチャンネル４３３に流入される。チャンネル４３３内で流体Ｆと接触しつつ、再び凝固された弁物質Ｖは、チャンネル４３３を通じた流体Ｆの流れを遮断する。
【００５２】
前述した開放及び閉鎖弁の反応時間を測定した実験の結果は次の通りである。実験のためのテストチップで、作動流体の圧力は４６ｋＰａに維持した。圧力維持のために、シリンジポンプ（Ｈａｖａｒｄ ＰＨＤ２０００，ＵＳＡ）と圧力センサー（ＭＰＸ ５５００ＤＰ，Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｉｎｃ．，ＡＺ，ＵＳＡ）とを使用した。前記弁に電磁波を照射する外部エネルギー源としては、放出波長が８０８ｎｍであり、出力が１．５Ｗであるレーザー光源を使用した。弁の反応時間に関するデータは、高速撮影装置（Ｆａｓｔｃａｍ−１０２４，Ｐｈｏｔｒｏｎ，ＣＡ，ＵＳＡ）の結果物分析を通じて得た。前記弁プラグとしては、発熱粒子である平均直径１０ｎｍの磁性ビードがキャリアオイルに分散された、いわゆる磁性流体とパラフィンワックスとが１対１の割合で混合された、すなわち磁性流体の体積比が５０％である、いわゆる磁性ワックスを使用した。
【００５３】
実験結果、前記開放弁の弁プラグにレーザービームを照射し始めてから、前記弁プラグが溶融されてチャンネルが開くまでの反応時間は、０．０１２秒であった。前記閉鎖弁の弁物質コンテナにレーザービームを照射し始めてから、前記弁物質が溶融及び膨脹されてチャンネルを閉じるまでの反応時間は、０．４４４秒であった。従来のワックス弁の反応時間が２〜１０秒であった点を比較すれば、はるかに速い反応であるということが分かる。
【００５４】
図１０は、図６の開放弁で弁プラグに含まれた磁性流体の体積比と弁反応時間との関係を示すグラフである。一般的に、磁性流体の体積比が大きくなりつつ反応時間が短くなる推移を表す。しかしながら、これと別個に磁性流体の体積比が７０％以上に大きくなれば、弁プラグの最大許容圧力が低くなる傾向がある。したがって、前記弁ユニットで弁プラグに含まれる磁性流体の体積比は、反応時間に対する要求と最大許容圧力に対する要求との折衝により決まる。
【００５５】
図１１は、図６の開放弁で外部エネルギー源として使われたレーザー光源のパワーと弁反応時間との関係を示すグラフである。出力が高くなるほど、反応時間が短くなる推移を表す。しかしながら、レーザー光源の出力が１．５Ｗに近接すれば、反応時間の変化が緩慢になり、図示はしていないが、１．５Ｗを超えれば、所定の最小反応に収束する。パラフィンワックスを通じた熱伝導率の制約があるためである。前記実験では、かかる理由により出力が１．５Ｗであるレーザー光源を使用した。しかし、本発明の外部エネルギー源がこれに限定されるものではない。
【００５６】
図１２Ａ〜図１２Ｆは、図３及び図５の微細流動装置に採用された開閉型弁の作動過程を順次に示す斜視図である。
【００５７】
図１２Ａ〜図１２Ｆに示すように、図３及び図５の微細流動装置に採用された開閉型弁６０１は、外部エネルギー源により個別的に駆動される相転移弁の一例であって、弁物質コンテナ９５と、弁物質コンテナ９５に注入される弁物質Ｖと、流体Ｆの流路を形成するチャンネル４６と弁物質コンテナ９５とを連結する弁連結路９６と、前記弁物質Ｖにエネルギーを供給するためのエネルギー源の一例として、レーザー光源１３０と、を備える。レーザー光源１３０は、電磁波の一種であるレーザーＬを照射するが、本発明のエネルギー源は、レーザー光源１３０に限定されず、赤外線（ＩＲ）を照射するか、または高温ガスを噴射して弁物質Ｖにエネルギーを供給するものでありうる。
【００５８】
弁物質コンテナ９５、チャンネル４６及び弁連結路９６は、互いに接合された上板１２及び下板１１を備えるディスク型プラットホーム１０に形成される。上板１２と下板１１との接合方法は、接着剤や両面接着テープを利用してもよく、超音波融着によってもよい。具体的に、下板１１に弁物質コンテナ９５、チャンネル４６及び弁連結路９６が陰刻パターンに形成され、上板１２には、弁物質コンテナ９５に弁物質Ｖを注入するための開口部９５Ａが形成されている。チャンネル４６は、第１深さＤ１の第１領域４６Ａと、第１領域４６Ａに隣接した一対の第２領域４６Ｂと、を備える。第２領域４６Ｂは、第１深さＤ１より深い第２深さＤ２を有する。
【００５９】
図１２Ａに示したように、弁物質コンテナ９５に注入されて硬化された弁物質Ｖにレーザー光源１３０を利用してレーザービームＬを照射すれば、前記弁物質Ｖが爆発的に溶融膨脹して弁連結路９６を通じてチャンネル４６の第１領域４６Ａに流入される。図１２Ｂに示したように、チャンネル４６に流入された弁物質Ｖは、毛細管現象によりもチャンネル４６の第１領域４６Ａに残されて硬化されることによって、チャンネル４６を閉鎖する弁プラグを形成する。したがって、流体Ｆは、チャンネル４６に沿って流れない状態となる。
【００６０】
図１２Ｃに示したように、第１領域４６Ａで硬化された弁物質Ｖにレーザー光源１３０を利用して再びレーザービームＬを照射すれば、硬化された弁物質Ｖが再び爆発的に溶融膨脹し、チャンネル４６の第２領域４６Ｂに流れることにより、チャンネル４６が再び開放され（図１２Ｄ参照）、流体Ｆがチャンネル４６に沿って流れる状態となる。
【００６１】
さらに図１２Ｅに示したように、弁物質コンテナ９５と弁連結路９６とに残っている弁物質Ｖにレーザー光源１３０を利用してレーザービームＬを照射すれば、硬化された弁物質Ｖが再び爆発的に溶融膨脹して前記第１領域４６Ａに流入され、図１２Ｆに示したように、前記第１領域４６Ａに残されて硬化された弁物質Ｖが再びチャンネル４６を閉鎖する。このように、弁物質Ｖがほとんどチャンネル４６の第２領域４６Ｂに流れるまで、レーザービームＬの照射を反復的に行ってチャンネル４６を反復的に開閉できる。
【００６２】
図１３は、前記図１または図３〜図５のうちいずれか一つの微細流動装置を備える微細流動システムの一実施形態を示す斜視図である。本発明の一実施形態による微細流動システムは、前述した本発明の微細流動装置１００を備える。本実施形態による微細流動システムは、前述した個別駆動方式の相転移弁２１１、２２１〜２２３、２３１〜２３３、６０１、６０２、６１１、６１２、６１３に所定の電磁波を照射してエネルギーを供給する外部エネルギー源１３０Ｌを含む。前記外部エネルギー源１３０Ｌは、マイクロウエーブ、赤外線、可視光線、紫外線、及びＸ線など多様な波長の電磁波のうち選択された所定の波長帯の電磁波を照射できる装置でありうる。また、かかる電磁波を近距離の標的に集中的に照射可能な装置であれば、さらに望ましい。前記外部エネルギー源１３０Ｌの波長は、前記弁物質Ｖに含まれた発熱粒子Ｍによりもよく吸収される範囲であることが望ましい。したがって、前記外部エネルギー源１３０Ｌで電磁波を発生させる素子は、発熱粒子Ｍの素材及び表面条件によって適切に選択される。前記外部エネルギー源１３０Ｌは、例えばレーザービームを照射するレーザー光源であり、その場合、少なくとも一つのレーザーダイオードを備えうる。レーザービームの波長及び出力など細部的な事項は、主な使用対象である微細流動装置１００の相転移弁に含まれた発熱粒子の種類によって決まる。
【００６３】
前記微細流動システムは、前記外部エネルギー源１３０Ｌの位置または方向を調整して、そこから照射された電磁波が前記微細流動装置１００のうち所望の領域に、具体的には、微細流動装置１００に備えられた複数の相転移弁のうち選択されたいずれか一つに該当する領域に集中的に達するようにする外部エネルギー源調整手段（図示せず）を備える。図１３の微細流動システムにおいて、外部エネルギー源調整手段（図示せず）は、微細流動装置１００のプラットホーム１０に向かって設置された前記外部エネルギー源１３０Ｌをその上に表示された矢印方向、すなわちプラットホーム１０の半径方向に移動させる。前記外部エネルギー源１３０Ｌを直線移動させるメカニズムは、多様に提供され、当業者に自明なものであるので、詳細な説明は省略する。
【００６４】
一方、前記微細流動システムは、プラットホーム１０を駆動する回転駆動部１４０を備える。回転駆動部１４０は、プラットホーム１０を載置させ、回転力を伝達するための一部分であり、図示していないが、プラットホーム１０を所望の速度、または所望の角度に回転させるモーター及びそれと関連した部品を備える。前記外部エネルギー源調整手段（図示せず）と同様に、回転駆動部１４０についての具体的な構成についての説明は既に公知であるので詳細な説明は省略する。
【００６５】
図１３の微細流動システムにおいて、前記外部エネルギー源１３０Ｌは、前記外部エネルギー源調整手段（図示せず）と前記回転駆動部１４０との機能により電磁波を微細流動装置１００のうち選択された領域に集中的に照射できる。
【００６６】
一方、本発明による微細流動システムは、微細流動装置１００を利用した希釈の結果物である希釈溶液の濃度、または希釈溶液を利用した多様な実験の結果を光学的に観測できる光検出部１５０をさらに備える。例えば、染色された細胞溶液の希釈時に、光検出部１５０を利用して各希釈溶液チャンバー６１〜６７を観測することによって、希釈された細胞溶液の濃度を検証することもできる。
【００６７】
図１４は、図１または図３〜図５のうちいずれか一つの微細流動装置を備える微細流動システムの他の実施形態を示す斜視図である。本実施形態による微細流動システムにおいて、微細流動装置１００、回転駆動部１４０及び外部エネルギー源１３０Ｐ自体に関する事項は、前述した図１３に示した実施形態の通りである。ただし、本実施形態による微細流動システムの場合、外部エネルギー源調整手段（図示せず）は、プラットホーム１０に向かって設置された前記外部エネルギー源１３０Ｐをプラットホーム１０と平行な平面上で互いに直交する二方向（例えば、図面上のｘ軸とｙ軸方向、矢印参照）に移動させて、プラットホーム１０上の目標地点に電磁波を達させる平面移動手段を備える。
【００６８】
また、図示していないが、外部エネルギー源調整手段は、プラットホーム１０の上側のいずれか一つの地点にその位置が固定された外部エネルギー源の方向を変化させて放出された電磁波が目標地点に達するように構成されることもある。
【００６９】
以上、図面を参照して本発明に係るいくつかの望ましい実施形態が説明されたが、これは、単に例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるという点を理解できるであろう。したがって、本発明の保護範囲は、特許請求の範囲によって決定される。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明は、生化学分析関連の技術分野に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明による希釈のための遠心力基盤の微細流動装置の一実施形態を示す平面図である。
【図２Ａ】図１の微細流動装置を利用して希釈を行う過程を示す図面である。
【図２Ｂ】図１の微細流動装置を利用して希釈を行う過程を示す図面である。
【図２Ｃ】図１の微細流動装置を利用して希釈を行う過程を示す図面である。
【図３】本発明による希釈のための遠心力基盤の微細流動装置の他の実施形態を示す平面図である。
【図４】本発明による希釈のための遠心力基盤の微細流動装置のさらに他の実施形態を示す平面図である。
【図５】本発明による希釈のための遠心力基盤の微細流動装置のさらに他の実施形態を示す平面図である。
【図６】図１及び図３〜図５の微細流動装置に採用された開放弁を示す平面図である。
【図７Ａ】図６の開放弁の作動状態を示す断面図である。
【図７Ｂ】図６の開放弁の作動状態を示す断面図である。
【図８】図１及び図３〜図５の微細流動装置に採用された閉鎖弁を示す平面図である。
【図９】図８の閉鎖弁の作動状態を示す断面図である。
【図１０】図６の開放弁で弁プラグに含まれた磁性流体の体積比と弁反応時間との関係を示すグラフである。
【図１１】図６の開放弁で外部エネルギー源として使われたレーザー光源のパワーと弁反応時間との関係を示すグラフである。
【図１２Ａ】図３及び図５の微細流動装置に採用された開閉型弁の作動過程を順次に示す斜視図である。
【図１２Ｂ】図３及び図５の微細流動装置に採用された開閉型弁の作動過程を順次に示す斜視図である。
【図１２Ｃ】図３及び図５の微細流動装置に採用された開閉型弁の作動過程を順次に示す斜視図である。
【図１２Ｄ】図３及び図５の微細流動装置に採用された開閉型弁の作動過程を順次に示す斜視図である。
【図１２Ｅ】図３及び図５の微細流動装置に採用された開閉型弁の作動過程を順次に示す斜視図である。
【図１２Ｆ】図３及び図５の微細流動装置に採用された開閉型弁の作動過程を順次に示す斜視図である。
【図１３】図１または図３〜図５のうちいずれか一つの微細流動装置を備える微細流動システムの一実施形態を示す斜視図である。
【図１４】図１または図３〜図５のうちいずれか一つの微細流動装置を備える微細流動システムの他の実施形態を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００７２】
１０ ディスク状のプラットホーム、
２１、２２、２３、５０、６１、６２、６３、６４、６５、６６、６７ チャンバー、
４０、４１、４３、４５、４３１、４３２、４３３、４３４、４３５、４３６ チャンネル、
２１１、２２１、２２２、２２３、２３１、２３２、２３３、６１１、６１２、６２１、６２２、６３１、６３２、６４１、６４２、６５１、６５２、６６１、６６２、６７１ 弁。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転可能なディスク型プラットホームと、
前記プラットホーム上に配置された混合チャンバーと、
前記プラットホーム上で前記混合チャンバーよりも前記プラットホームの中心に近くに配置され、チャンネルを通じて前記混合チャンバーと連結されて、少なくとも一回一定量ずつのバッファ液を前記混合チャンバーに供給するバッファ液保存部と、
前記プラットホーム上で前記混合チャンバーよりも前記プラットホームの中心から遠くに配置され、それぞれが前記混合チャンバーの一定水位に対応する中間排出口から延びた流路を通じて前記混合チャンバーと連結されて、前記混合チャンバーで少なくとも一回希釈された溶液を順次に受容する複数の希釈溶液チャンバーと、
を備えることを特徴とする希釈のための遠心力基盤の微細流動装置。
【請求項２】
前記プラットホーム上で前記混合チャンバーよりも前記プラットホームの中心に近くに配置され、外部から注入された試料を遠心力により前記混合チャンバーに供給する試料保存部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の微細流動装置。
【請求項３】
前記バッファ液保存部は、その内部の体積が一定な体積のｎ倍（ｎは、自然数）に該当する複数の水位段階ごとに個別的に駆動される出口弁が設けられたメータリングチャンバーを備えることを特徴とする請求項１に記載の微細流動装置。
【請求項４】
前記バッファ液保存部は、それぞれ個別的に駆動される出口弁を備え、同じ体積を有する複数のバッファ液チャンバーを備えることを特徴とする請求項１に記載の微細流動装置。
【請求項５】
前記混合チャンバーの中間排出口から前記複数の希釈溶液チャンバーに連結されるそれぞれの流路には、それらを個別的に開閉する弁または弁群が設けられたことを特徴とする請求項１に記載の微細流動装置。
【請求項６】
前記弁または弁群は、常温で固状である相転移物質分散媒に発熱粒子が分散された弁物質を含み、前記弁物質が外部エネルギー源から照射された電磁波による熱により溶融された状態に移動して、前記チャンネルを開閉する相転移弁を備えることを特徴とする請求項５に記載の微細流動装置。
【請求項７】
前記弁群は、開放弁と閉鎖弁とからなる一対の相転移弁を備えることを特徴とする請求項６に記載の微細流動装置。
【請求項８】
前記相転移物質分散媒は、ワックス、ゲル、熱可塑性樹脂からなる群から選択された少なくともいずれか一つであることを特徴とする請求項６に記載の微細流動装置。
【請求項９】
前記発熱粒子は、直径が１ｎｍ〜１００μｍであることを特徴とする請求項６に記載の微細流動装置。
【請求項１０】
前記発熱粒子は、重合体ビード、量子ドット、金ナノ粒子、銀ナノ粒子、金属化合物ビード、炭素粒子、及び磁性ビードからなる群から選択された少なくともいずれか一つであることを特徴とする請求項６に記載の微細流動装置。
【請求項１１】
回転可能なディスク型プラットホームと、前記プラットホーム上に配置された混合チャンバーと、前記プラットホーム上で前記混合チャンバーよりも前記プラットホームの中心に近くに配置され、チャンネルを通じて前記混合チャンバーと連結されて、少なくとも一回一定量ずつのバッファ液を前記混合チャンバーに供給するバッファ液保存部と、前記プラットホーム上で前記混合チャンバーよりも前記プラットホームの中心から遠くに配置され、それぞれが前記混合チャンバーの一定水位に対応する中間排出口から延びた流路を通じて前記混合チャンバーと連結されて、前記混合チャンバーで少なくとも一回希釈された溶液を順次に受容する複数の希釈溶液チャンバーと、を備える微細流動装置と、
前記微細流動装置を支持して制御可能に回転させる回転駆動部と、
前記微細流動装置内で選択された弁を個別的に駆動する弁駆動ユニットと、
を備えることを特徴とする遠心力基盤の微細流動システム。
【請求項１２】
前記弁駆動ユニットは、
前記弁内の発熱粒子の発熱を誘導できる波長帯の電磁波を放出する外部エネルギー源と、
前記外部エネルギー源から照射された電磁波が前記選択された弁に対応する領域に集中的に達するように、前記外部エネルギー源の位置または方向を調整する外部エネルギー源調整手段と、
を備えることを特徴とする請求項１１に記載の微細流動システム。
【請求項１３】
前記外部エネルギー源調整手段は、前記微細流動装置のプラットホームに向かって設置された前記外部エネルギー源を前記プラットホームの半径方向に移動させる直線移動手段を備えることを特徴とする請求項１２に記載の微細流動システム。
【請求項１４】
前記外部エネルギー源調整手段は、前記微細流動装置のプラットホームに向かって設置された前記外部エネルギー源を、前記プラットホームと平行な平面上で直交座標に沿って二方向に移動させる平面移動手段を備えることを特徴とする請求項１２に記載の微細流動システム。
【請求項１５】
前記プラットホーム上で前記混合チャンバーよりも前記プラットホームの中心に近くに配置され、外部から注入された試料を遠心力により前記混合チャンバーに供給する試料保存部をさらに備えることを特徴とする請求項１１に記載の微細流動システム。
【請求項１６】
前記バッファ液保存部は、その内部の体積が一定な体積のｎ倍（ｎは、自然数）に該当する複数の水位段階ごとに個別的に駆動される出口弁が設けられたメータリングチャンバーを備えることを特徴とする請求項１１に記載の微細流動システム。
【請求項１７】
前記バッファ液保存部は、それぞれ個別的に駆動される出口弁を備え、同じ体積を有する複数のバッファ液チャンバーを備えることを特徴とする請求項１１に記載の微細流動システム。
【請求項１８】
前記混合チャンバーの中間排出口から前記複数の希釈溶液チャンバーに連結されるそれぞれの流路には、それらを個別的に開閉する弁または弁群が設けられたことを特徴とする請求項１１に記載の微細流動システム。
【請求項１９】
前記弁または弁群は、常温で固状である相転移物質分散媒に発熱粒子が分散された弁物質を含み、前記弁物質が外部エネルギー源から照射された電磁波による熱により溶融された状態に移動して、前記チャンネルを開閉する相転移弁を備えることを特徴とする請求項１８に記載の微細流動システム。
【請求項２０】
前記弁群は、開放弁と閉鎖弁とからなる一対の相転移弁を備えることを特徴とする請求項１９に記載の微細流動システム。
【請求項２１】
前記相転移物質分散媒は、ワックス、ゲル、熱可塑性樹脂からなる群から選択された少なくともいずれか一つであることを特徴とする請求項１９に記載の微細流動システム。
【請求項２２】
前記発熱粒子は、直径が１ｎｍ〜１００μｍであることを特徴とする請求項１９に記載の微細流動システム。
【請求項２３】
前記発熱粒子は、重合体ビード、量子ドット、金ナノ粒子、銀ナノ粒子、金属化合物ビード、炭素粒子、及び磁性ビードからなる群から選択された少なくともいずれか一つであることを特徴とする請求項１９に記載の微細流動システム。
【請求項１】
回転可能なディスク型プラットホームと、
前記プラットホーム上に配置された混合チャンバーと、
前記プラットホーム上で前記混合チャンバーよりも前記プラットホームの中心に近くに配置され、チャンネルを通じて前記混合チャンバーと連結されて、少なくとも一回一定量ずつのバッファ液を前記混合チャンバーに供給するバッファ液保存部と、
前記プラットホーム上で前記混合チャンバーよりも前記プラットホームの中心から遠くに配置され、それぞれが前記混合チャンバーの一定水位に対応する中間排出口から延びた流路を通じて前記混合チャンバーと連結されて、前記混合チャンバーで少なくとも一回希釈された溶液を順次に受容する複数の希釈溶液チャンバーと、
を備えることを特徴とする希釈のための遠心力基盤の微細流動装置。
【請求項２】
前記プラットホーム上で前記混合チャンバーよりも前記プラットホームの中心に近くに配置され、外部から注入された試料を遠心力により前記混合チャンバーに供給する試料保存部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の微細流動装置。
【請求項３】
前記バッファ液保存部は、その内部の体積が一定な体積のｎ倍（ｎは、自然数）に該当する複数の水位段階ごとに個別的に駆動される出口弁が設けられたメータリングチャンバーを備えることを特徴とする請求項１に記載の微細流動装置。
【請求項４】
前記バッファ液保存部は、それぞれ個別的に駆動される出口弁を備え、同じ体積を有する複数のバッファ液チャンバーを備えることを特徴とする請求項１に記載の微細流動装置。
【請求項５】
前記混合チャンバーの中間排出口から前記複数の希釈溶液チャンバーに連結されるそれぞれの流路には、それらを個別的に開閉する弁または弁群が設けられたことを特徴とする請求項１に記載の微細流動装置。
【請求項６】
前記弁または弁群は、常温で固状である相転移物質分散媒に発熱粒子が分散された弁物質を含み、前記弁物質が外部エネルギー源から照射された電磁波による熱により溶融された状態に移動して、前記チャンネルを開閉する相転移弁を備えることを特徴とする請求項５に記載の微細流動装置。
【請求項７】
前記弁群は、開放弁と閉鎖弁とからなる一対の相転移弁を備えることを特徴とする請求項６に記載の微細流動装置。
【請求項８】
前記相転移物質分散媒は、ワックス、ゲル、熱可塑性樹脂からなる群から選択された少なくともいずれか一つであることを特徴とする請求項６に記載の微細流動装置。
【請求項９】
前記発熱粒子は、直径が１ｎｍ〜１００μｍであることを特徴とする請求項６に記載の微細流動装置。
【請求項１０】
前記発熱粒子は、重合体ビード、量子ドット、金ナノ粒子、銀ナノ粒子、金属化合物ビード、炭素粒子、及び磁性ビードからなる群から選択された少なくともいずれか一つであることを特徴とする請求項６に記載の微細流動装置。
【請求項１１】
回転可能なディスク型プラットホームと、前記プラットホーム上に配置された混合チャンバーと、前記プラットホーム上で前記混合チャンバーよりも前記プラットホームの中心に近くに配置され、チャンネルを通じて前記混合チャンバーと連結されて、少なくとも一回一定量ずつのバッファ液を前記混合チャンバーに供給するバッファ液保存部と、前記プラットホーム上で前記混合チャンバーよりも前記プラットホームの中心から遠くに配置され、それぞれが前記混合チャンバーの一定水位に対応する中間排出口から延びた流路を通じて前記混合チャンバーと連結されて、前記混合チャンバーで少なくとも一回希釈された溶液を順次に受容する複数の希釈溶液チャンバーと、を備える微細流動装置と、
前記微細流動装置を支持して制御可能に回転させる回転駆動部と、
前記微細流動装置内で選択された弁を個別的に駆動する弁駆動ユニットと、
を備えることを特徴とする遠心力基盤の微細流動システム。
【請求項１２】
前記弁駆動ユニットは、
前記弁内の発熱粒子の発熱を誘導できる波長帯の電磁波を放出する外部エネルギー源と、
前記外部エネルギー源から照射された電磁波が前記選択された弁に対応する領域に集中的に達するように、前記外部エネルギー源の位置または方向を調整する外部エネルギー源調整手段と、
を備えることを特徴とする請求項１１に記載の微細流動システム。
【請求項１３】
前記外部エネルギー源調整手段は、前記微細流動装置のプラットホームに向かって設置された前記外部エネルギー源を前記プラットホームの半径方向に移動させる直線移動手段を備えることを特徴とする請求項１２に記載の微細流動システム。
【請求項１４】
前記外部エネルギー源調整手段は、前記微細流動装置のプラットホームに向かって設置された前記外部エネルギー源を、前記プラットホームと平行な平面上で直交座標に沿って二方向に移動させる平面移動手段を備えることを特徴とする請求項１２に記載の微細流動システム。
【請求項１５】
前記プラットホーム上で前記混合チャンバーよりも前記プラットホームの中心に近くに配置され、外部から注入された試料を遠心力により前記混合チャンバーに供給する試料保存部をさらに備えることを特徴とする請求項１１に記載の微細流動システム。
【請求項１６】
前記バッファ液保存部は、その内部の体積が一定な体積のｎ倍（ｎは、自然数）に該当する複数の水位段階ごとに個別的に駆動される出口弁が設けられたメータリングチャンバーを備えることを特徴とする請求項１１に記載の微細流動システム。
【請求項１７】
前記バッファ液保存部は、それぞれ個別的に駆動される出口弁を備え、同じ体積を有する複数のバッファ液チャンバーを備えることを特徴とする請求項１１に記載の微細流動システム。
【請求項１８】
前記混合チャンバーの中間排出口から前記複数の希釈溶液チャンバーに連結されるそれぞれの流路には、それらを個別的に開閉する弁または弁群が設けられたことを特徴とする請求項１１に記載の微細流動システム。
【請求項１９】
前記弁または弁群は、常温で固状である相転移物質分散媒に発熱粒子が分散された弁物質を含み、前記弁物質が外部エネルギー源から照射された電磁波による熱により溶融された状態に移動して、前記チャンネルを開閉する相転移弁を備えることを特徴とする請求項１８に記載の微細流動システム。
【請求項２０】
前記弁群は、開放弁と閉鎖弁とからなる一対の相転移弁を備えることを特徴とする請求項１９に記載の微細流動システム。
【請求項２１】
前記相転移物質分散媒は、ワックス、ゲル、熱可塑性樹脂からなる群から選択された少なくともいずれか一つであることを特徴とする請求項１９に記載の微細流動システム。
【請求項２２】
前記発熱粒子は、直径が１ｎｍ〜１００μｍであることを特徴とする請求項１９に記載の微細流動システム。
【請求項２３】
前記発熱粒子は、重合体ビード、量子ドット、金ナノ粒子、銀ナノ粒子、金属化合物ビード、炭素粒子、及び磁性ビードからなる群から選択された少なくともいずれか一つであることを特徴とする請求項１９に記載の微細流動システム。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１２Ｃ】
【図１２Ｄ】
【図１２Ｅ】
【図１２Ｆ】
【図１３】
【図１４】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１２Ｃ】
【図１２Ｄ】
【図１２Ｅ】
【図１２Ｆ】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００８−１９７０９７（Ｐ２００８−１９７０９７Ａ）
【公開日】平成２０年８月２８日（２００８．８．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２６８１０（Ｐ２００８−２６８１０）
【出願日】平成２０年２月６日（２００８．２．６）
【出願人】（３９００１９８３９）三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】ＳＡＭＳＵＮＧ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＣＯ．，ＬＴＤ．
【住所又は居所原語表記】４１６，Ｍａｅｔａｎ−ｄｏｎｇ，Ｙｅｏｎｇｔｏｎｇ−ｇｕ，Ｓｕｗｏｎ−ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ−ｄｏ ４４２−７４２（ＫＲ）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年８月２８日（２００８．８．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月６日（２００８．２．６）
【出願人】（３９００１９８３９）三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】ＳＡＭＳＵＮＧ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＣＯ．，ＬＴＤ．
【住所又は居所原語表記】４１６，Ｍａｅｔａｎ−ｄｏｎｇ，Ｙｅｏｎｇｔｏｎｇ−ｇｕ，Ｓｕｗｏｎ−ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ−ｄｏ ４４２−７４２（ＫＲ）
【Ｆターム（参考）】
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