ポンプ空洞を有する筐体と、多孔質コア媒体と、電極とを含む電気浸透流（ＥＯ）ポンプを提供する。多孔質コア媒体は、多孔質コア媒体の外面の周囲に少なくとも部分的に延在する外側リザーバを形成するためにポンプ空洞内に位置している。多孔質コア媒体は、その中に提供される開口内部チャンバを有する。内部チャンバは、内側リザーバに相当する。電極は、内部チャンバの中に位置し、かつ外面に近接して位置している。電極は、内側および外側リザーバの間で多孔質コア媒体を通る流体の流れを誘発し、ガスは、電極が流体の流れを誘発するときに発生させられる。筐体は、内側リザーバおよび外側リザーバのうちの一方に流体を運搬する流体入口を有する。筐体は、内側リザーバおよび外側リザーバのうちのもう一方から流体を放出する流体出口を有する。筐体は、ポンプ空洞からガスを除去するガス除去デバイスを有する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、米国仮特許出願第６１／１１８，０７３号（２００８年１１月２６日出願）の利益を主張し、かつ同一の名称を有し、この出願は、その全体が本明細書に参考として援用される。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は、概して、電気浸透流ポンプ関し、より具体的には、生化学分析システム用の電気浸透流ポンプに関する。
【背景技術】
【０００３】
近年、電気浸透流（ＥＯ）ポンプは、限られた用途での使用が提案されてきた。ＥＯポンプは、概して、入口リザーバと出口リザーバとの間に分割壁を形成する平面媒体によって、入口リザーバと出口リザーバとに分離される流体チャンバを備える。媒体はまた、フリットと称してもよい。アノードおよびカソードは、それぞれ、媒体の両側の入口および出口リザーバ内に提供される。電位がアノードおよびカソード全体に印加されると、媒体は、ポンピング媒体を形成し、流体は、電気浸透抗力を介してポンピング媒体を通して流される。ＥＯポンプの実施例は、米国特許出願第１１／１６８，７７９号（特許文献１）、米国特許出願第１０／９１２，５２７号（特許文献２）、および米国特許出願第１１／１２５，７２０号（特許文献３）において説明されており、これらは全て参照することによりその全体が本明細書に組み込まれる。それによって流体ポンピングが生じるプロセスは、電気浸透効果と称される。電気浸透効果の１つの副生物は、電解によってポンプチャンバ内に発生させられるガス気泡（典型的に、水素および酸素）である。これらの気泡は、一般的に、アノードおよびカソードの表面に形成され、潜在的に、電極、ポンピング媒体、またはポンプハウジングの表面内またはこれに沿って凝集する。ガスが過剰に増加すると、ポンプ性能を損なう。
【０００４】
ＥＯポンプの性能に不利益に影響を与えることを回避するために、電極においてガスが発生させられたときにポンプチャンバから除去する種々の技術が提案されてきた。例えば、特許文献１は、電解ガスの発生によるポンプの性能の低下を低減しようとする、「面内」電気浸透流ポンプを説明している。特許文献１は、とりわけ、電極周辺に提供されるシースの使用を説明している。シースは、液体およびイオンは通過させるが、気泡およびガスは遮断する材料で形成される。特許文献２は、方向非依存性であるＥＯポンプを説明しており、電解によって発生させられたガスは、集められて触媒にルーティングされ、次いで、触媒によって再結合されて液体を形成する。触媒は、リザーバの外に位置し、触媒によって生成された液体は、浸透膜を通して流体リザーバに再導入される。
【０００５】
しかしながら、従来のＥＯポンプは、ある種の不利な点を呈してきた。例えば、既存のＥＯポンプによって使用されるガス管理技術は、ＥＯポンプを小型化することができる程度に関して、望ましくない設計制約を課す可能性がある。従来のＥＯポンプの容量を低減したときに、媒体のサイズに対してポンプチャンバによって維持されるガスの相対量が増大する。媒体面積に対するガスの割合が増加すると、流れ容量が低減し、いくつかの場合において、流速が望ましくない程度に低くなり得る。従来のＥＯポンプの流れ容量およびポンプ容量は、そのようなＥＯポンプが、特定の生化学分析等の特定の小規模用途において使用するには非実用的であることを表している。
【０００６】
生化学分析は、とりわけ、遺伝物質の分析に使用される。遺伝物質の分析を迅速に処理するために、近年、増幅および非増幅分子の並列分析に基づいて、多数の新しいＤＮＡ配列決定技術が報告されている。これらの新しい技術は、しばしば、蛍光ヌクレオチドおよびオリゴヌクレオチドの検出に依存する。さらに、これらの新しい技術は、しばしば、高レベルの精度で実施しなければならない、かなり自動化されたプロセスに依存する。例えば、計算システムは、マイクロ流体フローセル内の複数の反応サイクルを開始する役割を果たす流体流れサブシステムを制御してもよい。これらのサイクルは、異なる溶液および／または温度、ならびに流速で実施し得る。しかしながら、流体流れサブシステムを制御するために、様々なポンピングデバイスが動作する。これらのデバイスのうちのいくつかは、蛍光信号の読み取りおよび分析を妨げ得るか、またはこれらに悪影響を及ぼし得る可動部品を有する。さらに、１つ以上のサイクルの後に、ポンプを交換するか、または洗浄することが必要になり得、複数のサイクルから成る工程を完了する時間量を増大させる。
【０００７】
生化学分析は、しばしば、極めて小さい顕微鏡スケールで行われ、したがって、マイクロ流体フローセル、マニホールド等の、同様に小さい装置の使用による恩恵を受けることができる。従来のＥＯポンプの小型化は、核酸配列決定反応等の解析的分析のために流体を送出するためのＥＯの流れの全潜在能力が満たされない程度に制限されていた。
【０００８】
加えて、生物学的または化学的分析における異なる方法およびシステムは、核酸断片（例えば、限られたサイズを有するＤＮＡ断片）を所望し得る。例えば、種々の配列決定プラットフォームは、ＤＮＡ断片を含むＤＮＡライブラリを使用する。ＤＮＡ断片は、一本鎖核酸テンプレートに分離し、続いて配列決定し得る。酵素消化、超音波処理、噴霧化、および、例えば注射器を使用する流体力学的剪断等の、ＤＮＡ断片化のための種々の方法が公知である。しかしながら、前述の方法のそれぞれは、望ましくない制限を有し得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００７／０００９３６６号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００６／００２９８５１号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２００６／０２５４９１３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
小規模サイズを有するが、それでも高い流速を維持するのに十分な速度でガスを効率的に除去する改良されたＥＯポンプ設計に対する必要性が残っている。さらに、生物学的または化学的分析で使用され得る、酢酸の断片化の代替方法に対する必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
少なくとも１つの実施形態によれば、ポンプ空洞を有する筐体と、多孔質コア媒体と、電極とを含む電気浸透流（ＥＯ）ポンプが提供される。多孔質コア媒体は、多孔質コア媒体の外面の周囲に少なくとも部分的に延在する外側リザーバを形成するように、ポンプ空洞内に位置付けられる。多孔質コア媒体は、開口内部チャンバを包囲する。内部チャンバは、内側リザーバを表す。電極は、内部チャンバの中に位置付けられ、かつ外側リザーバの中、例えば外面に近接して位置付けられている。電極全体に印加される電場は、内側および外側リザーバの間で多孔質コア媒体を通る流体の流れを誘発し、ガスは、電極が流体の流れを誘発するときに発生させられる。筐体は、内側リザーバおよび外側リザーバのうちの一方に流体を運搬する、流体入口を有する。筐体は、内側リザーバおよび外側リザーバのうちのもう一方から流体を放出する、流体出口を有する。筐体は、ポンプ空洞からガスを除去する、ガス除去デバイスを有する。
【００１２】
ガス除去デバイスは、ポンプ空洞からガスを放出する、ガス出口を備えてもよい。電極が流体の流れを誘発するときに発生させられるガスは、水素と、酸素とを含む。代替的に、または加えて、ガス除去デバイスは、水素および酸素ガスを再結合して水を形成するように、触媒を備えることができ、それによってポンプ空洞からガスを除去する。
【００１３】
多孔質コア媒体は、内側リザーバに沿って突出する縦軸を包み込むように構成してもよい。内側リザーバは、少なくとも１つの開口端部を有する。多孔質コア媒体は、第１の端部で開口する細長い円筒として形成してもよい。内側リザーバは、円筒内に位置付けられ、一方で、外側リザーバは、円筒の外面の周囲に延在する。
【００１４】
ポンプ空洞は、ポンプ空洞からガスが通気することを可能にするように、ガス出口に近接する通気膜を保持する頂壁を含んでもよい。特定の実施形態において、通気膜は、ガス透過性かつ流体不透過性である。随意に、ポンプ空洞は、ポンプ空洞からガスが通気することを可能にするように、ガス出口に近接する通気膜によって覆われる、開口頂部を含んでもよい。ガスは、大気に通気することができ、または印加された真空によって引くことができる。故に、ポンプ空洞は、真空空洞とガス連通している状態であることができる。真空空洞は、真空チャンバ内で真空を誘発するように、真空源に連結される真空入口を有することができる。随意に、ポンプ空洞、多孔質コア媒体、および電極のうちの少なくとも１つの上の表面は、ガス気泡の付着を低減し、ガス除去デバイスに向かったガス気泡の移行を誘発するために、親水性であるか、または親水性材料で被覆される。電極のうちの少なくとも１つは、例えば、ガス気泡の付着を低減するか、または電極からのガス気泡の解放を誘発するために、ピン形状を構成してもよい。電極のうちの少なくとも１つは、内部チャンバおよび多孔質コア媒体の外面のうちの１つに沿って延在するコイルばね形状を含んでもよい。
【００１５】
また、ＥＯポンプの表面からのガス気泡の脱離を誘発するように構成される周期的エネルギー源を含む、電気浸透流（ＥＯ）ポンプを提供する。特定の実施形態において、周期的源は、例えば、能動的にＥＯポンプの表面からガス気泡を脱離させるように、筐体、電極、ガス気泡、および多孔質コア媒体のうちの少なくとも１つへの運動を誘発する運動源を含む。随意に、運動源は、例えば、能動的に電極からガス気泡を脱離させるために、電極のうちの少なくとも１つへの運動を誘発するために使用されてもよい。運動は、残りのポンプの運動とは無関係に、一方または両方の電極に誘発することができる。例えば、運動源が筐体の実質的な運動を誘発しない程度に、運動を特異的に一方または両方の電極に誘発することができる。運動源は、例えば、超音波源、圧電アクチュエータ、および電磁源のうちの１つであることができる。随意に、超音波源は、筐体または電極を物理的に移動させずに、ガス気泡だけに運動を導入するように構成してもよい。代替的に、または加えて、周期的源は、電極のうちの少なくとも１つのための電流または電圧の周期性を生成するように構成することができる。周期性は、能動的に電極からガス気泡を脱離させ、一方で、それでもポンプを通した流体の流れを推進するのに十分な電気浸透力を生成する結果となる周波数を有することができる。基線電流または電圧は、基線信号に加えて印加される付加的な周期波形とともに印加することができる。
【００１６】
少なくとも１つの実施形態によれば、真空空洞を有する筐体であって、真空空洞内で真空を誘発するよう真空源に連結されるように構成される、真空入口を有する、筐体を備える、電気浸透流（ＥＯ）ポンプが提供される。コア保持部材は、真空空洞内に提供される。コア保持部材は、縦軸に沿って延在する、内部ポンプチャンバを有する。コア保持部材は、流体入口と、流体出口とを有する。コア保持部材は、ガス透過性かつ流体不透過性である。多孔質コア媒体は、流体入口と流体出口との間でコア保持部材内に提供される。電極は、多孔質コア媒体を通る流体の流れを誘発するために、例えば、コア保持部材に隣接して、内部チャンバ内に位置付けられる。電極は、コア保持部材の縦軸に沿って多孔質コア媒体によって相互から分離される。
【００１７】
流体の流れが多孔質コア媒体を通して誘発されたときにガスが発生させられるにつれて、ガスは、コア保持部材を通して外向きに真空空洞に移行する。多孔質コア媒体は、対向端部分を有し、電極は、多孔質コア媒体の対向端部分に重なり、かつそれらと同心円状に配設されるように、多孔質コア媒体に対して離間することができる。電極は、多孔質コア媒体を通して縦軸方向に流体を流れさせる電位差を、多孔質コア媒体全体に導入する。
【００１８】
流体が多孔質コア媒体を通って流れるにつれてガスが発生させられるときに、真空は、コア保持部材を通して外向きに多孔質コア媒体の縦軸に対して直角な半径方向に移行するようにガスを誘発する。多孔質コア媒体は、縦軸に沿って内部ポンプチャンバを充填する。コア保持部材は、対向端部において開口する細長い円筒形状を有する。流体入口および流体出口は、内部ポンプチャンバの対向端部に位置する。コア保持部材は、ＰＴＦＥ ＡＦまたはガス透過性で液体不透過性の膜で形成される外壁を有する管が例であってもよく、流体が、外壁内の管に沿って流れる一方で、ガスは、半径方向外向きに外壁を通過する。随意に、多孔質コア媒体は、コロイド状結晶を形成する、充填ナノスケール球形の膜を備えてもよい。代替的に、多孔質コア媒体は、一群のビーズを備えてもよい。
【００１９】
一実施形態では、マイクロ流体検出システムで使用するためのフローセルを提供する。フローセルは、フローセル本体を通して溶液を運搬するように構成されるチャネルを有する、フローセル本体を含む。フローセルはまた、底面と、頂面とを含む。底面は、検出システムによって取り外し可能に保持されるように構成され、頂面は、透明であり、光がそこを通過することを可能にする。フローセル本体はまた、チャネルと流体連通している、流体入口および出口ポートを含む。ポンプ空洞はまた、フローセル本体の中に提供される。ポンプ空洞は、チャネルの端部と、流体入口および出口ポートのうちの１つと流体連通し、これらの間に間置される。電気浸透流（ＥＯ）ポンプは、ポンプ空洞の中で保持される。ＥＯポンプは、ＥＯポンプ、ならびに流体入口および出口ポートの間のチャネルを通して溶液の流れを誘発する。
【００２０】
随意に、フローセルは、フローセル本体の頂面および底面のうちの少なくとも１つの上に配置される、接点を含んでもよい。接点は、ＥＯポンプに電気的に連結される。加えて、ＥＯポンプは、電極の間に位置付けられて、電極の間で維持される電圧電位に基づいて、多孔質コア媒体を通る流体の流速を誘発する、多孔質コア媒体コアを含む。
【００２１】
一実施形態では、マイクロ流体分析システム内の検出器サブシステムに取り付けるためのマニホールドを提供する。マニホールドは、検出器係合端部と、ライン終端部とを有する、筐体を含む。筐体は、そこを通って延在し、溶液を運搬するように構成される、内部通路を有する。検出器係合端部は、検出器サブシステムに取り外し可能に連結されるように構成される。通路は、筐体の検出器係合端部に提供される通路入口で成端する、一端を有する。通路入口は、検出器システム上で流体出口ポートと封止可能に噛合するように構成される。ライン終端部は、放出ラインに連結されるように構成される、少なくとも１つのレセプタクルを含む。通路は、レセプタクルの通路出口で成端する、他端を有する。通路出口は、放出ライン上でコネクタと封止可能に噛合するように構成される。ポンプ空洞はまた、筐体の中に提供される。ポンプ空洞は、通路の端部、ならびに通路入口および出口のうちの１つと流体連通し、それらの間に間置される。マニホールドはまた、ポンプ空洞の中に保持される、電気浸透流（ＥＯ）ポンプを含む。ＥＯポンプは、ＥＯポンプ、および通路入口と出口との間の通路を通る溶液の流れを誘発する。
【００２２】
さらに別の実施形態では、核酸を断片化するための装置を提供する。装置は、核酸を有する流体を含む、試料リザーバを含む。装置はまた、試料リザーバ内に位置付けられる、剪断壁を含むことができる。剪断壁は、そこを通って核酸が流れることを可能にするようにサイズ決定される細孔を有する、多孔質コア媒体を含む。装置はまた、剪断壁によって分離される、第１および第２のチャンバを含む。第１および第２のチャンバは、剪断壁の多孔質コア媒体を通して相互に流体連通している。また、装置は、それぞれ、第１および第２のチャンバ内に位置する、第１および第２の電極を含んでもよい。第１および第２の電極は、試料流体の流れを誘発する電場を発生させるように構成される。核酸は、剪断壁を通して移動し、それによって核酸を断片化する。
【００２３】
別の実施形態では、種を断片化するための装置を提供する。装置は、その中に種を有する試料流体を含む、試料リザーバを含む。装置はまた、試料リザーバ内に位置する、電極を含む。電極は、電場を発生させて、流路に沿って種を移動させるように構成される。装置はさらに、試料リザーバ内に位置付けられる、剪断壁を含む。剪断壁は、そこを通って種が流れることを可能にするようにサイズ決定される細孔を有する、多孔質材料を含む。剪断壁は、電極が電場を発生させるときに種が剪断壁を通って流れるように、流路内に位置付けられる。剪断壁は、そこを通って種が移動するにつれて種を断片化する。
【００２４】
種は、核酸等のポリマーであってもよい。種はまた、生体分子、化学化合物、細胞、細胞器官、粒子、および分子複合体であってもよい。種は、電場が荷電種に力を及ぼすように荷電してもよい。種は、（ａ）電気浸透効果、および（ｂ）種が荷電されている場合に種に及ぼされる力、のうちの少なくとも１つに基づいて、試料リザーバを通して移動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に従って形成される電気浸透流（ＥＯ）ポンプの側断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、図１のＥＯポンプの上面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図１のＥＯポンプの切り取り部分の側斜視図である。
【図３】図３は、代替の実施形態に従って形成されるＥＯポンプの側断面図である。
【図４】図４は、実施形態に従って形成されるＥＯポンプに使用するための電極の構成を示す図である。
【図５】図５は、代替の実施形態に従って形成されるＥＯポンプに使用するための電極の構成を示す図である。
【図６】図６は、代替の実施形態に従って形成されるＥＯポンプを示す図である。
【図７】図７は、本発明の一実施形態に従って形成される電気浸透流（ＥＯ）ポンプの側断面図である。
【図８】図８は、一実施形態に従って形成される電気浸透流（ＥＯ）ポンプを利用する、検出器システムを示す図である。
【図９】図９は、図８の検出器システムとともに使用してもよいフローセルを伴う、読取機サブシステムを示す図である。
【図１０Ａ】図１０Ａ−１０Ｂは、一実施形態に従って形成されるフローセルを示す図である。
【図１０Ｂ】図１０Ａ−１０Ｂは、一実施形態に従って形成されるフローセルを示す図である。
【図１０Ｃ】図１０Ｃは、代替の実施形態に従って形成されるフローセル構成を示す図である。
【図１０Ｄ】図１０Ｄは、代替の実施形態に従って形成されるフローセル構成を示す図である。
【図１１】図１１は、一実施形態に従ってフローセルをパターン化するためのプロセスの概略図である。
【図１２Ａ】図１２Ａ−１２Ｅは、一実施形態に従ってフローセルを構築するために使用してもよい、エッチングプロセスを示す図である。
【図１２Ｂ】図１２Ａ−１２Ｅは、一実施形態に従ってフローセルを構築するために使用してもよい、エッチングプロセスを示す図である。
【図１２Ｃ】図１２Ａ−１２Ｅは、一実施形態に従ってフローセルを構築するために使用してもよい、エッチングプロセスを示す図である。
【図１２ＤＡ−１２Ｅ】図１２Ａ−１２Ｅは、一実施形態に従ってフローセルを構築するために使用してもよい、エッチングプロセスを示す図である。
【図１２Ｅ】図１２Ａ−１２Ｅは、一実施形態に従ってフローセルを構築するために使用してもよい、エッチングプロセスを示す図である。
【図１３】図１３は、一実施形態に従ってＥＯポンプを受容するように構築してもよい、フローセルの平面図である。
【図１４】図１４は、一実施形態に従ってＥＯポンプを受容するように構築してもよい、フローセルの端部分の断面図である。
【図１５】図１５は、一実施形態に従って形成してもよい、ホルダサブアセンブリの斜視図である。
【図１６】図１６は、出口マニホールドを形成するために使用される構成要素の分解斜視図である。
【図１７】図１７は、層を相互に固定した後のマニホールドの断面図である。
【図１８】図１８は、ＥＯポンプの断面を示す図である。
【図１９】図１９は、代替の実施形態に従って形成されるＥＯポンプの断面図である。
【図２０】図２０は、代替の実施形態に従って形成してもよい、出口マニホールドの斜視図である。
【図２１】図２１は、入口マニホールドの平面図を示し、代替の実施形態に従って形成してもよい、「プッシュ」マニホールドを示す図である。
【図２２】図２２は、代替の実施形態に従って形成されるフローセルを示す図である。
【図２３】図２３は、代替の実施形態に従って形成されるフローセルの平面図である。
【図２４】図２４は、１つ以上の加熱機構を統合するフローセルの平面図である。
【図２５】図２５は、一実施形態に従って形成される流体流れシステムを示す図である。
【図２６】図２６は、一実施形態に従って形成されるＥＯポンプの上面斜視図である。
【図２７】図２７は、一実施形態に従って形成されるＥＯポンプの底面斜視図である。
【図２８】図２８は、一実施形態に従って形成されるＥＯポンプの側断面図である。
【図２９】図２９は、一実施形態に従って形成されるマニホールドの端部斜視図である。
【図３０】図３０は、一実施形態に従って形成されるポンプ／流れサブシステムのブロック図である。
【図３１】図３１は、別の実施形態に従って形成されるＥＯポンプの側断面図である。
【図３２】図３２は、図３１のＥＯポンプの上面図である。
【図３３】図３３は、別の実施形態に従って形成される核酸剪断装置の上面図である。
【図３４】図３４は、種々の実施形態に従って使用してもよい、ポンプシステムの側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本明細書で説明される少なくとも特定の実施形態によれば、以下の技術的効果のうちの１つ以上が達成され得る。本発明の実施形態は、流体の流れを駆動する電極における水分子の分解に起因して発生させられる水素ガスおよび酸素ガス等が、電気浸透プロセスの副生物として発生させられている間、リアルタイムでガスの効率的な管理を行うことができるＥＯポンプを提供する。効率的なガス管理を介して、本明細書で説明されるＥＯポンプの実施形態は、所望の流速を維持し、所望の用途の範囲内で、下流側の構成要素へのガスの通過を防止または少なくとも妨げることに十分な速度でガスを除去する。本明細書で説明されるＥＯポンプの実施形態は、合成反応等による配列決定等の、生化学分析のためのフローセルに関連する設計条件を満たす、極めて小さい形状因子および流れパラメータを有するポンピング構造内で流体を送出することを可能にする。
【００２７】
放射状ＥＯポンプ設計を提供し、その実施形態を以下に詳細に説明する。明らかなように、放射状設計の実施形態は、同じ流体死容量を有する従来のＥＯポンプ設計と比較したときに、増大したガス管理の効率、および増大した流体流速を提供する。必ずしも本発明の全ての実施形態を限定することを意図していないが、考えられる解釈では、放射状設計は、実質的に類似した全死容量を有する従来のＥＯポンプ設計の活性ポンプ断面積よりも約π倍大きい活性ポンプ断面積を有する。本放射状ポンプ設計の増大した流速は、ＥＯポンプ内の多孔質コア媒体（フリットとも称される）に関する、活性ポンプ表面積に対する流速の関係により、部分的に達成され得る。同じく、理論に拘束されることを望むものではないが、流速は、フリットの活性ポンプ表面積と直線的に比例すると考えられている。故に、活性ポンプ表面積が従来の平面ポンプよりも約π倍だけ増大したときには、同様に、流速が比例した量だけ増大する。したがって、類似した死容量および類似した電位の従来のポンプ設計の流速と比較して、約３倍大きい流速を有する放射状ＥＯポンプ設計が提供される。
【００２８】
加えて、放射状ＥＯポンプ設計の実施形態は、放射状ＥＯポンプの共通の側部または端部に沿って位置付けられる共通の半透膜を通して、アノードおよびカソード電極で発生させられるガス気泡が通気する機会を与える。例えば、ＥＯポンプの頂端部は、流体内のガスの浮力特徴、および同じ死容量を有する標準的なＥＯポンプの通気表面積と比較して、増大した通気表面積を提供する放射状設計に少なくとも部分的に依存して、アノードおよびカソード電極の両方についてガスが通気するように構成してもよい。ガス気泡のより効率的な除去は、ＥＯポンプの中の流体の流れの増大された速度および安定性を提供する。いくつかの実施形態において、電極によって発生させられるガスは、ガス透過性膜の反対側への真空の印加、またはポンプチャンバ自体の加圧を介して、通気孔に移行するように誘発してもよい。本明細書で説明される少なくとも特定のＥＯポンプ設計は、ＥＯポンプの全容量に対する通気領域の表面積を実質的に増大する能力を与える。本明細書で説明される少なくとも特定のＥＯポンプ設計は、合計死容量またはパッケージサイズの低減を提供するが、このようなＥＯポンプによって達成される流速を維持または増大する。本明細書で説明される少なくとも特定のＥＯポンプは、製造の簡略化および向上した長期安定性を与える。電解によるガス気泡は、電極およびポンピング媒体を閉塞する傾向があり、低減した不安定な流れ、ならびに圧力発生をもたらす。気泡閉じ込めの場所および気泡閉塞のレベルは、電解気泡のランダムな形成により予測不可能かつ反復不可能である。電解ガスの有効な除去は、長期間にわたるＥＯポンプの安定した反復可能な運転を確保する。
【００２９】
図１は、本発明の一実施形態に従って形成される電気浸透流（ＥＯ）ポンプ１０の側断面図を示す。ポンプ１０は、筐体１２と、多孔質コア媒体１４と、電極１６および１７とを備える。筐体１２は、平坦であってもよく、相互に平行に配設されて側壁２２によって離間される上部板１８および下部板２０によって構築される。ポンプ空洞２８の下部板２０は、その上に多孔質コア媒体１４が位置付けられる、底壁を表す。
【００３０】
図２Ａは、図１のＥＯポンプ１０の上面図を示す。図２Ａに示されるように、上から下に見たときに、上部板１８および下部板２０、ならびに側壁２２は、円形である。図１および２の実施例において、筐体１２は、短くて幅の広い管形状または円筒形状で形成され、その中の側壁２２は、その直径２６未満である縦長さ２４を有する。代替的に、筐体１２、ポンプ空洞２８、および／または多孔質コア媒体１４は、異なる形状および他の寸法で構築してもよい。例えば、筐体１２、ポンプ空洞２８、および／または多孔質コア媒体１４は長い縦長さおよび短い直径で配設してもよい。さらなる実施例として、筐体１２、ポンプ空洞２８、および／または多孔質コア媒体１４は、非円形断面を有してもよく、例えば、筐体１２は、図２Ａのように上から見たときに、正方形、長方形、三角形、長円形、六角形、多角形等である断面を有してもよい。筐体１２、ポンプ空洞２８、および／または多孔質コア媒体１４は、図１のように側部から見たときに、また縦軸２４に沿って測定したときに、正方形、球形、円錐、多角形、または長方形の断面を有してもよい。さらなる実施例として、筐体１２、ポンプ空洞２８、および／または多孔質コア媒体１４は、縦長さ２４に沿って、および直径２６に沿って測定したときに、円形または長円形の断面を伴う、球形ボールとして構築してもよい。
【００３１】
筐体１２は、側壁２２の内面２３の間に横方向に延在し、上部板１８および下部板２０の内面の間に縦方向に延在する内側ポンプ空洞（概して、ブラケット２８で示される）を含む。多孔質コア媒体１４は、ポンプ空洞２８内に位置付けられ、重力に対して垂直である構成で配向される。例えば、多孔質コア媒体１４は、ポンプ空洞２８内に直立して配置される円筒フリットを構成してもよい。図１および２の実施例において、多孔質コア媒体１４は、開口コア状で管状の形状の、相互に同心円状に形成される内面３２と、外面３４とを有する。随意に、内面３２は、外面３４と同心円状である必要はない。例えば、内面３２は、上から下を見たときに（例えば、図２Ａ）、長円形または非円形の断面を有してもよく、一方で、外面３４は、上から下を見たときに、実質的に円形の断面を保持してもよい。代替的に、内面３２は、実質的に円形の経路に倣ってもよく、一方で、外面３４は、長円形あるいは非円形の形状で配設される。多孔質コア媒体１４の内面３２は、内側リザーバ３６を表す、開口内部チャンバを包囲する。内側リザーバ３６は、縦軸４２に沿って相互から離間した対向端部３８および４０において開口する。
【００３２】
多孔質コア媒体１４は、多孔質コア材料１４の周囲の湾曲した経路に沿って延在する外側リザーバ３０を形成するように、側壁２２から内向きに離間している。外側リザーバ３０は、多孔質コア媒体１４の外面３４と側壁２２の内部表面２３との間の間隙に及んでいる。内側リザーバ３６は、縦軸４２に沿って中央にある。
【００３３】
多孔質コア媒体１４は、そこを通る連続経路のマトリクスを有する多孔質容量として形成し得、経路は、内面３２と外面３４との間に及んでいる。多孔質コア媒体１４は、予め定められた容量形状を維持し、一方で、容量全体の表面電荷を維持することが可能である半剛体材料でできていてもよい。多孔質コア媒体１４は、全体に均一な経路（例えば、類似したサイズの開口部）を伴って形成してもよい。代替的に、多孔質コア媒体１４を通る経路は、不均一であってもよい。例えば、流れが内側から半径方向外向きに移動するとき、経路は、内面３２に近接してより大きい開口部を有してもよく、一方で、媒体１４内の開口部／経路のサイズは、経路が外面３４へと半径方向外向きに移動するにつれてサイズが低減する。代替的に、流れが外側から半径方向内向きに移動するとき、経路は、外面３４に近接するより大きい開口部を有してもよく、一方で、経路内の開口部のサイズは、経路が内面３２に向かって半径方向内向きに移動するにつれて低減する。有用な多孔質コア媒体には、例えば、参照することにより本明細書に組み込まれる、ＵＳ２００６／００２９８５１ Ａ１で説明されている、材料、細孔サイズ、および他の特性を有するものが挙げられる。
【００３４】
筐体１２は、少なくとも１つの流体入口４６と、少なくとも１つの流体出口４８と、少なくとも１つのガス出口５０とを有する。図１および２の実施形態において、流体入口４６は、下部板２０の中に位置し、流体を内側リザーバ３６に運搬する。下部板２０はまた、流体が多孔質コア媒体１４を通して送出された時点で、外側リザーバ３０から流体を放出する一対の流体出口４８を含む。随意に、流体入口４６および／または流体出口４８は、側壁２２の中に位置してもよい。上部板１８は、内側リザーバ３６および外側リザーバ３０より上側に通気孔として配設される複数のガス出口５０を含む。流体入口４６は、筐体１２の底部を通して、ポンプ空洞２８に流体を送達し、一方で、流体出口４８は、同じく筐体１２の底部を通してポンプ空洞２８から流体を除去する。ガス出口５０は、筐体１２の頂部からガスを放出することを可能にするように、流体入口４６および流体出口４８に対して、反対の端部に位置し、それによって、筐体１２の全縦長さ２４および直径２６と比較して、相互から比較的にかなりの距離を隔てて、流体およびガスの入口および出口を位置させる。ガスは、多孔質コア媒体１４を通る流体の流れの方向に対して直角の方向に沿って、ガス出口５０に向かって移行する。
【００３５】
電極１６および１７は、内部チャンバ３６の中、および外側リザーバ３０の中に位置している。例えば、電極１６は、多孔質コア媒体１４の内面３２に近接するが、そこからわずかに離間して位置してもよい。電極１７は、多孔質コア媒体１４の外面３４に近接するが、そこからわずかに離間して位置してもよい。電極１６および１７は、所望の流体の流れの方向に依存して、電源７によって反対の電荷が供給される。例えば、半径方向外向きの流れを達成するために、電極１６がアノードを構成し、一方で、電極１７がカソードを構成してもよい。代替的に、半径方向内向きの流れを達成するために、電極１７がアノードを構成し、一方で、電極１６がカソードを構成してもよい。反対電荷が電極１６および１７に印加されるとき、電圧電位および電流フローは、随意に、縦軸４２に対して垂直な方向に、多孔質コア媒体１４を通して放射状の流体の流れを作成し得る。電極１６および１７、ならびに多孔質コア媒体１４は、内側リザーバ３６と外側リザーバ３０との間に、多孔質コア媒体１４を通る流体の流れを誘発するように協働する。流れの方向は、電極１６および１７に印加される電荷に依存する。例えば、電極１６がアノードを表し、電極１７がカソードを表すとき、流体は、多孔質コア媒体の表面電荷が負であれば、内側リザーバ３６から外側リザーバ３０へと半径方向外向きに流れる。
【００３６】
図１の実施例において、縦軸４２は、重力の方向に平行に配向され、重力の方向に対して垂直な方向（例えば、半径方向内向きまたは半径方向外向き）に移動する流体の流れを有する。随意に、筐体１２は、縦軸４２が重力の方向に対して鋭角または鈍角に配向されるように、傾転またはピッチしてもよい。前述のように、ガスは、電極１６および１７が流体の流れを誘発するときに発生させられる。ガスは、電極１６および１７の一方または両方において、ならびに多孔質コア媒体１４に沿って、またはその範囲内において生成され得る。筐体１２は、ポンプ空洞２８からガスを放出および／または吸い込むように、ガス出口５０を通してガス除去デバイス５２に連結される。電極１６および１７が流体の流れを誘発するときに発生させられるガスは、水素および酸素を含み得る。ガス除去デバイス５２は、ポンプ空洞２８に再導入し得る水を形成するために水素および酸素ガスを再結合する触媒を備えてもよい。
【００３７】
筐体１２はまた、そこを通る流体の流れを遮断し、ガス出口５０を通して内側リザーバ３６または外側リザーバ３０から液体が流出することを防止するために、液体不透過性であってガス透過性の膜５６を含む。膜５６は、そこを通してガス出口５０にガスが流れることを可能にするためにガス透過性である。膜５６は、多孔質コア媒体１４の開口端部３８と、上部板１８との間に保持される。前述のように、多孔質コア媒体１４は、内側リザーバ３６が少なくとも１つの開口端部３８を有するように、縦軸４２を包み込む。多孔質コア媒体１４の開口端部３８は、ガスが内側リザーバ３６の中で発生させられたときに、ガスが上方向に移行し、開口端部３８を通って内側リザーバ３６から脱出して、ガス除去デバイス５２へと進行するように、重力に対して内側リザーバ３６の垂直方向上側に位置している。ガスは、ガス除去デバイス５２によって除去される前に膜５６に集まるまで、重力に対して、所定の方向（矢印Ａで示される）に移行する。ガス出口５０は、ポンプ空洞２８からガスが通気させることを可能にするために、図２Ａに示されるように一連の通気孔を備えてもよい。随意に、膜５６は、上部板１８が完全に除去されている、最上層として使用してもよい。したがって、膜５６は、ＥＯポンプ１０の一部を構成する最外上部構造を表す。
【００３８】
ＥＯポンプ１０は、それぞれ、内側リザーバ３６および外側リザーバ３０の中に適用される運動源５８および６０を備えてもよい。運動源５８および６０は、能動的に電極１６および１７からガス気泡を脱離させるために、電極１６および１７のうちの少なくとも１つに運動を誘発するように電極１６および１７と相互作用する。例えば、運動源５８および６０は、超音波源、圧電アクチュエータ、および／または電磁源を表してもよい。運動源５８および６０は、対応する電極１６および１７に直接的に連結されて、それらから電気的に絶縁されてもよい。代替的に、運動源５８および６０は、対応する電極１６および１７に近接するが、直接的に係合せずに位置してもよく、間接的に運動を誘発する。例えば、電極に取り付けられるか、または電極の一部を形成する電極材料は、通過する電流を伴うワイヤコイル等の、電磁力の発生器に対する近接性による移動を誘発することができる。運動源５８および６０は、ＥＯポンプ１１０の表面からのガス気泡の脱離を誘発するように構成される連続的または周期的エネルギーを導入するために、連続的または周期的に起動されてもよい。随意に、運動源５８および６０は、筐体１２、電極１６および１７、ならびに／またはガス気泡のうちの少なくとも１つへの運動を導入してもよい。例えば、超音波源は、筐体または電極を物理的に移動させずに、ガス気泡だけに運動を導入するように構成されてもよい。
【００３９】
運動源５８および６０は、ＥＯポンプ１０の表面からのガス気泡の脱離を誘発するように構成される連続的または周期的エネルギーを導入するように、連続的または周期的に活性化してもよい。運動源５８および６０は、ＥＯポンプ１０のポンピング作業に対して、間欠的な手法で制御してもよい。例えば、ＥＯポンプ１０は、電極１６および１７が、ある期間にわたって荷電され、次いでオフにされる、またはある期間にわたって不活性化される、間欠ポンプ活性を有する用途で利用してもよい。運動源５８および６０は、電極１６および１７が不活性化され、かつＥＯポンプ１０が休止状態である期間中に、運動を誘発するように制御してもよい。一実施例として、ＥＯポンプが、不活性区間によって分離される一連の送出区間にわたってオンにされたとき、運動源５８および６０は、不活性区間が送出区間である間、電極１６および１７に振動を誘発してもよい。
【００４０】
随意に、ポンプ空洞２８、多孔質コア媒体１４、ならびに／または電極１６および１７のうちの少なくとも１つの表面は、ガス気泡の付着を低減し、ガス気泡のガス除去デバイス５２に向かう移行を誘発するように、親水性材料で被覆されてもよい。例えば、電極１６および１７は、Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ、ＤｅｌａｗａｒｅのＥＩ ＤｕＰｏｎｔ Ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ ａｎｄ Ｃｏｍｐａｎｙによって製造されるＮａｆｉｏｎ（登録商標）材料等の、プロトン交換膜で被覆されてもよい。代替的に、電極１６および１７は、イオン交換樹脂として機能し、そこを通して水を容易に輸送し、一方で、ガスを遮断することを可能にする他のコポリマーで被覆されてもよい。
【００４１】
図２Ｂは、図１のＥＯポンプ１０の一部分の切断面の側面斜視図を示す。図２Ｂは、種々の構成要素間の関係を示す。図２Ｂはさらに、側壁２２の外辺部の周囲に分布している一連の締結具５９を示す。締結具５９は、多孔質コア媒体１４、およびその間に挟まれる液体不透過性であってガス透過性の膜５６とともに、上部板１８および下部板２０を保持する。ガス出口５０は、通気孔のパターンとして示される。代替的に、または加えて、上部板１８および下部板２０は、側壁２２に接着または接合することができる。
【００４２】
本明細書に記載されるＥＯポンプは、様々な方法を使用して製造することができる。特定の実施形態において、ＥＯポンプチャンバの種々の板および壁は、単一の材料として成形することができる。例えば、ポンプ筐体の全ての、またはいくつかの部分は、射出成形されることができ、いくつかの実施形態では、多孔質材料を金型の中のインサートとして提供することができる。ＥＯポンプはまた、接着剤の添加を伴わずに材料間に分子結合を作成するように熱および圧力を使用する溶融接合によって結合することができるアクリル系構成要素から製造することができる。超音波溶接は、ＥＯポンプに有用なもの等のプラスチック部品を結合するための、別の方法である。いくつかの実施形態では、部品間の界面にシリコーンガスケット材料を使用することができる。シリコンは、ガラスに十分に接合するので、特に有用であることができる。例えば、接着剤は、シリコーンガスケットを接合するために使用することができ、その結果、シリコーンガスケットを多孔質コア媒体に接合することができる。このような製造プロセスは、いくつかの状況下で接着剤がコア多孔質材料の中に入り込むことを回避するという利点を提供する。
【００４３】
図３は、代替の実施形態に従って形成されるＥＯポンプ１１０を示す。ＥＯポンプ１１０は、筐体１１２と、多孔質コア媒体１１４と、電極１１６および１１７とを含む。筐体１１２は、下部板１２０および下部板１２０上に静置している側壁１２２によって構築される。下部板１２０および側壁１２２は、内側ポンプ空洞１２８を画定する。多孔質コア媒体１１４は、ポンプ空洞１２８内に位置し、重力に対して縦軸１４２に沿って直立構成で配向される。多孔質コア媒体１１４は、相互に同心円状に形成される内面１３２と、外面１３４とを有する。多孔質コア媒体１１４の内面１３２は、縦軸１４２に沿って相互から離間している対向端部１３８および１４０において開口している開口内側リザーバ１３６を包囲する。電極１１６および１１７は、内側リザーバ１３６および外側リザーバ１３０の中に位置する。
【００４４】
筐体１１２は、少なくとも１つの流体入口１４６と、少なくとも１つの流体出口１４８とを有する。筐体１１２は、内側リザーバ１３６、多孔質コア媒体１１４、および外側リザーバ１３０に及ぶ上部領域全体にわたって延在するガス出口１５０を形成する開口頂部を含む。開口頂部ガス出口１５０は、ガス透過性で液体不透過性の膜１５６を受容する。特に有用なガス透過性で液体不透過性の媒体は、改良したＰＴＦＥである。ガス透過性であって液体不透過性の膜は、疎水性被覆を有する様々な微細構造材料のうちのいずれかから作製することができる。このような被覆材料には、例えば、参照することによりそれぞれ本明細書に組み込まれる、例えばＵＳ５，８８８，５９１およびＵＳ６，１５６，４３５において説明される、熱フィラメント化学蒸着（ＨＦＣＶＤ）等の方法を使用して、ＰＴＦＥで被覆されたものが挙げられる。一例に過ぎないが、膜１５６は、Ｗ．Ｌ．Ｇｏｒｅ＆Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓによって提供される、保護通気孔の製品で使用されるもの等の、異なるｅＰＴＦＥ膜から形成してもよい。随意に、膜１５６は、筐体１１２の頂部に接着（例えば、糊付け）される軟質半透膜であってもよい。膜１５６は、（図１のように）上部板によって覆われない。図３に示されるように、側壁１２２は、多孔質コア媒体１１４の端部１３８を超える距離を延在して、多孔質コア媒体１１４より上側、かつ側壁１２２内にポケットを形成するように、延在部分１２１を含んでもよい。次いで、膜１５６は、ポケット内に嵌合させて、周囲空気に露出されてもよい。代替的に、側壁１２２は、多孔質コア媒体１１４の高さに等しい高さで成端してもよく、膜１５６は、側壁１２２の上縁部全体に及び、これを覆ってもよい。
【００４５】
随意に、ＥＯポンプ１１０は、筐体１１２上に提供される、１つ以上の運動源１５８を備えてもよい。例えば、運動源１５８は、能動的に多孔質コア媒体１１４、側壁１２２、ならびに／または電極１１６および１１７からガス気泡を脱離させるように、運動源１５８が振動したときに、筐体１１２全体にわたって運動を誘発するように、下部板１２０に対向して載置されてもよい。運動源１５８は、超音波源、圧電アクチュエータ、および／または電磁源が例となり得る。運動源１５８は、筐体１１２に直接的に連結されて、そこから電気的に絶縁されてもよい。代替的に、運動源１５８は、側壁１２２に近接して位置してもよい。例えば、ポンプに取り付けられるか、またはポンプ構成要素の一部を形成する電極材料は、通過する電流を伴うワイヤコイル等の、電磁力の発生器に対する近接性による移動を誘発することができる。運動源１５８は、ＥＯポンプ１１０の表面からのガス気泡の脱離を誘発するように構成されるか、連続的または周期的エネルギーを導入するように、連続的または周期的に起動してもよい。
【００４６】
ＥＯポンプ１１０は、内面１３２と電極１１６との間に位置しているフィルタ膜層１１５と、外面１３４と電極１１７との間に位置しているフィルタまたは膜層１１９とを備える。膜層１１５および１１９は、電極１１６および１１７と多孔質コア媒体１１４との間の電荷の伝導を促進する電気伝導性の多孔質材料で形成される。膜層１１５および１１９は、ガス気泡のガス出口１５０に向かう移行を助長するために、親水性材料で形成される。随意に、膜層１１５および１１９は、電気絶縁材料で形成され得る。
【００４７】
図４は、実施形態に従って形成される電極２１６および２１７の構成を示す。電極２１７を実線で示し、一方で、電極２１６を破線で示す。電極２１７は、多孔質コア材料２１４の外面に近接して外側リザーバの中に位置し、一方で、電極２１６は、多孔質コア媒体の内面に近接して内側リザーバの中に位置する。多孔質コア媒体２１４は、図１に関して前述した配設と同様に、下部板２２０上に載置される。電極２１７は、多孔質コア媒体２１４の外面の周囲で螺旋経路に沿って延在する、螺旋またはばね形状を有する連続的な本体部分２１５を含む。本体部分２１５は、本体部分２１５の基部に形成される、尾部２１３に結合される。尾部２１３は、下部板２２０を通って延在する。
【００４８】
電極２１６はまた、多孔質コア媒体２１４の内面に近接する螺旋経路に沿って延在する螺旋またはばね形状を有する連続的な本体部分２１１を含む。本体部分２１１は、本体部分２１１の基部に形成される尾部２０９に結合される。尾部２０９は、下部板２２０を通って内側リザーバから下向きに延在する。尾部２１３および２０９は、電極２１６および２１７全体の電圧電位を誘発する電源２０７に電気的に連結される。
【００４９】
随意に、尾部２１３および２０９は、下部板２２０の上面に成端させて、電源２０７に結合される電気接点に連結してもよい。電極２１６および２１７は、多孔質コア媒体２１４の開口端部２３８に直接隣接する地点まで、下部板２２０から上向きに連続してもよい。代替的に、本体部分２１１および２１５の一方または両方は、開口端部２３８まで延在しなくてもよいが、代わりに、開口端部２３８の下に成端する、またはこれを短絡してもよい。本体部分２１５および２１１は、同じまたは反対方向に螺旋状であってもよい。代替的に、本体部分２１１および２１５のうちの一方は、螺旋形状でなくてもよく、一方で、本体部分２１５および２１１のうちの他方は、螺旋形状のままである。随意に、電極２１６および２１７は、ガスが形成されるにつれてガスが直接脱出し得るように、頂部半透過性膜（例えば、図１の媒体５６または図３の膜１５６）に対向して、または直接隣接して配置してもよい。
【００５０】
図５は、代替の実施形態に従って形成される電極３１６および３１７の構成を示す。多孔質コア媒体３１４は、図１に関して前述した構成と同様に、下部板３２０上に載置される。電極３１７を実線で示し、一方で、電極３１６を破線で示す。電極３１７は、多孔質コア媒体３１４の外面の周囲で共通の鋭角または螺旋経路で相互に平行に延在する、一連の本体セグメント３１５を含む。一連の本体セグメント３１５は、本体セグメント３１５の基部に形成される共通の尾部３１３に結合される。尾部３１３は、下部板２２０を通して延在して、電源３０７に連結される。一連の本体セグメント３１５は、終端リング３１９によって結合される外側端部を含む。リング３１９および尾部３１３は、本体セグメント３１５を、多孔質コア媒体３１４の外面からわずかに離間している所望の形状に維持する。
【００５１】
電極３１６も、多孔質コア媒体３１４の内面の周囲で共通の鋭角または螺旋経路で相互に平行に延在する一連の本体セグメント３１１を含む。一連の本体セグメント３１１は、本体セグメント３１１の基部に形成される共通の尾部３０９に結合される。尾部３０９は、下部板３２０を通って延在して、電源３０７に結合される。一連の本体セグメント３１１は、自由であるか、または代替的に終端リング（図示せず）によって結合される上端部を含んでもよい。
【００５２】
電極は、種々の手法で構築されてもよい。例えば、電極のうちの１つ以上は、ピン形状、メッシュ形状、一連のピン、一連の垂直ストラップ等を含んでもよい。例えば、電極は、側壁２２の内面２３（図１）の周囲に展開する一連のピンまたは接点のグリッドが例となり得る。随意に、個々の電極用の尾部は、下部板２０を通過する必要はない。代わりに、尾部は、側壁２２を通して内向き側方に延在し、多孔質コア媒体１４に近接するが、接触しない場所まで、外側リザーバ３０を通って内向きに突出してもよい。
【００５３】
図６は、代替の実施形態に従って形成されるＥＯポンプ４１０を示す。ＥＯポンプ４１０は、筐体４１２と、多孔質コア媒体４１４と、電極４１６および４１７とを含む。筐体４１２は、下部板４２０および下部板４２０上に静置している側壁４２２によって構築される。下部板４２０および側壁４２２は、内側ポンプ空洞４２８を画定する。多孔質コア媒体４１４は、ポンプ空洞４２８内に位置し、重力に対して縦軸４４２に沿って直立構成で配向される。多孔質コア媒体４１４は、平坦な頂部および平坦な底部（例えば、円錐台形）を有する錐体形状を有する。多孔質コア媒体４１４は、下部板４２０から頂端部４３８の開口部まで先細の鋭角で上向きに延在する、内面４３２を有する。多孔質コア媒体４１４は、下部板４２０から頂端部４３８の開口部まで先細の鈍角で上向きに延在する外面４３４を有する。内面４３２および外面４３４は、多孔質コア媒体４１４が一様でないかまたは一様である半径方向厚さを有し得るように、共通の、または異なる角度で上向きに延在してもよい。例えば、多孔質コア媒体４１４は、底端部４４０に近接するより厚い基底部４０５と、頂端部４３８に近接するより薄い頭端部分４０３とを含んでもよい。随意に、多孔質コア媒体４１４は、その長さに沿って一様な半径方向厚さで構築してもよい。多孔質コア媒体の厚さおよび形状のこのような変更は、例えば、他の形状よりも効率的に気泡を通気膜に方向付けるか、または効率的な通気を不可能にする気泡の形成を低減することによって、改良されたガス管理という利点を提供することができる。
【００５４】
多孔質コア媒体４１４の内面４３２は、縦軸４４２に沿って相互から離間して対向する頂端部４３８および底端部４４０で開口する開口内側リザーバ４３６を包囲する。電極４１６および４１７は、内側リザーバ４３６および外側リザーバ４３０の中に位置する。内側リザーバ４３６は、頂部で狭幅を有し、底部で広幅を有する、逆円錐形状を含む。側壁４２２は、外面４３４に倣っておらず、それによって、外側リザーバ４３０内に逆円錐形状を形成し、底部に狭幅４３１を有し、かつ頂部に広幅４３３を有する、非先細輪郭を有する。筐体４１２は、少なくとも１つの流体入口４４６と、少なくとも１つの流体出口４４８とを有する。ガス透過性で液体不透過性の膜４５６は、多孔質コア媒体４１４の頂部開口端部４３８を覆い、内側リザーバ４３６および外側リザーバ４３０の両方に及ぶ。筐体４１２はまた、膜４５６の上に延在し、側壁４２２を結合する、カバー４１８を含む。カバー４１８は、その中にガス収集領域４５９を形成するように、膜４５６から離間している。カバー４１８は、ガス出口４５０を含む。ガスは、ガス出口４５０を通して排出される間／前に、ガス収集領域４５９の中に集まる。
【００５５】
電極４１６は、直線であり、下部板４２０を通って上向きに突出する一群のピン電極を含む。ピン電極４１６は、内面４３２に倣う内側リザーバ４３６の周囲に分布している。ピン電極４１６は、異なる長さを有してもよい。各ピン電極４１６の長さは、内面４３２に対するピン電極４１６の場所に基づいてもよい。電極４１７も、側壁４２２を通って内向きに突出し、外面４３４に沿って上向きに屈曲する、一群のピン電極を含んでもよい。ピン電極４１７は、外面４３４に倣う外側リザーバ４３０の周囲に分布している。ピン電極４１７は、異なる長さを有してもよい。各ピン電極４１７の長さは、外面４３４に対するピン電極４１７の場所に基づいてもよい。随意に、電極は、ポンピング媒体またはポンプ筐体と直接接触して配置することができる。
【００５６】
図７は、本発明の一実施形態に従って形成されるＥＯポンプ７０の側断面図を示す。ポンプ７０は、その中に提供される真空空洞７４を有する筐体７２を備える。筐体７２は、真空源７８に連結されて真空空洞７４内で真空を誘発するように構成される、真空入口７６を含む。コア保持部材８０は、真空空洞７４内に提供される。コア保持部材８０は、縦軸８４に沿って延在する、内部ポンプチャンバ８２を有する。コア保持部材８０は、流体入口８６と、その対向端部に位置する流体出口８８とを有する。コア保持部材は、ＰＴＦＥ ＡＦ等のガス透過性かつ流体不透過性である材料でできている。他の有用なコア保持部材は、疎水性被覆を有する様々な微細構造材料のうちのいずれかから作製されるものである。このような被覆材料には、例えば、参照することによりそれぞれ本明細書に組み込まれる、例えばＵＳ５，８８８，５９１およびＵＳ６，１５６，４３５で説明される、熱フィラメント化学蒸着（ＨＦＣＶＤ）等の方法を使用して、ＰＴＥＥで被覆されたものが挙げられる。随意に、真空源７８を完全に除去して、ＥＯポンプ７０を、空洞７４の中で真空を誘発せずに動作させてもよい。
【００５７】
多孔質コア媒体９０は、コア保持部材８０内に提供される。多孔質コア媒体９０は、流体入口８６と流体出口８８との間に位置する。多孔質コア媒体は、多孔質コア媒体を通過して流体入口８６から流体出口８８まで全ての流体を運搬することを必要とするように、実質的にコア保持部材８０を断面方向に充填するように配設される。一実施例として、多孔質コア媒体９０は、多孔質の均一もしくは非均一の材料、または代替的に、一群のビーズを含んでもよく、それらのうちのいずれかは、表面電荷を保持し、そこを通って流体が流れることを可能にする。他の例示的な材料は、例えば、ＵＳ２００６／００２９８５１ Ａ１で説明され、参照することにより本明細書に組み込まれる。随意に、ポンプ媒体は、ＰＥＥＫ、または生物分析方法で使用される生体適合性ポリマーから作製してもよい。
【００５８】
コア保持部材８０は、対向端部９６および９７で開口する細長い円筒形状を有する。流体入口８６および流体出口８８は、内部ポンプチャンバ８２の対向端部９６および９７に位置する。コア保持部材８０は、例えばＰＴＦＥ ＡＦから形成される外壁を有する管を表す。流体が、外壁内の管に沿って流れる一方で、ガスは、半径方向外向きに外壁を通過する。
【００５９】
電極９２および９４は、荷電されたときに、流体入口８６から流体出口８８への多孔質コア媒体９０を通る流体の流れが誘発されるように、コア保持部材８０に近接して位置し、相互から離間される。電極９２および９４は、縦軸８４に沿って相互から分離される。図７の例示的な実施形態において、電極９２および９４は、コア保持部材８０の外面８１の周囲に載置される、環形状の電極として構築される。電極９２および９４は、多孔質コア媒体９０全体に電気電位差を導入し、多孔質コア媒体９０を通して縦軸に沿って矢印Ａの方向に流体を流れさせる。前述のように、ガスは、多孔質コア媒体９０を通して流体が流れるにつれて、電極で発生させられる。コア保持部材８０は、ガス透過性材料で形成され、ガスが、多孔質コア媒体９０から離れて、コア保持部材８０の長さに沿って半径方向外向きに放散することを可能にする。随意の真空源７８は、多孔質コア媒体９０から離れて、コア保持部材８０を通して外向きに、縦軸８４に対して直角の半径方向にガスの移行を誘発するように、真空化空洞７４内で真空を導入する。
【００６０】
図示していないが、電極９２および９４は、図１−６に関して前述した電源に類似した電源に連結される。随意に、ＥＯポンプ７０は、電極９２および／もしくは９４に、ならびに／または筐体７２内もしくはその周囲に、１つ以上の運動源を含んでもよい。運動源は、ＥＯポンプ７０内の表面からのガス気泡の脱離を誘発するように、図１−６に関して前述した手法で動作する。
【００６１】
種々のポンプ要素をどのように作製または使用できるのかを示す目的で、複数の異なるポンプを本明細書で説明し、図に示す。本発明は、本明細書で説明される特定の実施形態に限定することを意図しない。前述した、および後述する構成要素の種々の組み合わせおよび順列を実施してもよいことを理解されたい。例えば、図に示され、本明細書で説明されるポンプは、電極、筐体、多孔質コア媒体、およびリザーバ等のポンプ構成要素の種々の場所、電極、筐体、多孔質コア媒体、およびリザーバ等のポンプ構成要素の種々の形状、随意の運動源の使用、随意の頂板の存在、随意の締結具の使用、および随意の親水性被覆または膜の使用、が挙げられるが、これらに限定されない、複数の点で異なる。これらの、および他のポンプ構成要素は、本明細書で説明されているか、または従来技術において公知であるかどうかにかかわらず、本明細書の教示に照らして当業者によって理解されるように、種々の組み合わせで使用することができ、または異なるＥＯポンプ設計で使用してもよい。
【００６２】
本明細書で論じられるＥＯポンプは、核酸アレイ等の検体アレイの作成および／または分析用の、生化学分析システム、フローセル、または他のマイクロ流体デバイスが挙げられるが、これらに限定されない種々の用途に実装してもよい。本明細書で説明される実施形態は、核酸アレイ等の検体アレイの作成および／または分析に使用してもよい、システム、フローセル、およびマニホールド（または他のマイクロ流体デバイス）を含む。特に、アレイの実施形態は、固体表面上の核酸増幅を通して核酸クラスタを作成することによって形成される。いくつかの実施形態は、アレイを作成し、読み取り、分析するように互いに相互作用する複数のサブシステムを含み得る。サブシステムは、流体流れサブシステムと、温度制御サブシステムと、光および読取機サブシステムと、フローセルおよびマニホールドを保持し得る移動ステージと、他のサブシステムとを操作し、かつ読取値の分析を実施し得る計算サブシステムとを含んでもよい。特に、いくつかのシステムおよびデバイスは、電気浸透流（ＥＯ）ポンプと統合してもよく、またはこれを含んでもよい。さらに、システムおよびデバイスは、光学的、機械的、流体的、熱的、電気的、および計算の側面／特徴の種々の組み合わせを含む。これらの部分は本明細書で説明されているが、これらの側面／特徴は、米国仮出願第６０／７８８，２４８号および第６０／７９５，３６８号に対する優先権を主張する、国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２００７／００７９９１号（第ＷＯ２００７／１２３７４４号として公開される）、および米国仮出願第６０／８１６，２８３号に対する優先権を主張する、国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２００７／０１４６４９号（第ＷＯ２００８／００２５０２号として公開される）においてより十分に説明され得、これらは全て参照することによりその全体が本明細書に組み込まれる。
【００６３】
本明細書に用いられる用語は、特定の実施形態だけを説明することを目的とし、限定することを意図しない。例えば、「フローセル」は、本明細書で使用する場合、生化学物質等の化学的検体が検出される（例えば、化学的検体は、フローセルに直接的に付着するポリヌクレオチドであり、または化学的検体は、１つ以上のビーズもしくはフローセル上に配置される他の基板に付着するポリヌクレオチドである）、１つ以上の流体チャネルを有してもよく、ガラス、ケイ素、プラスチック、もしくはそれらの組み合わせ、または他の好適な材料から作製してもよい。特定の実施形態において、検出される化学的検体は、例えば、共有または非共有結合（ｂｏｄｉｎｇ）による表面への検体の付着を介して、フローセルの表面に表示される。本明細書で説明される装置または方法を使用して検出することができる他の検体には、タンパク質、ペプチド、単糖類、生物活性分子、合成分子等のライブラリが挙げられる。説明のために、核酸配列決定に関連して、装置および方法だけを以下に例示する。しかしながら、他の用途は、例えば、ＲＮＡ発現、遺伝子型決定、プロテオミクス、小分子ライブラリ合成等を評価するために、これらの他の検体の使用を含むことを理解されたい。
【００６４】
さらに、フローセルは、２つ以上のフローセル等の組み合わせを含んでもよい。本明細書で使用する場合、「ポリヌクレオチド」または「核酸」という用語は、デオキシリボ核酸（ＤＮＡ）、リボ核酸（ＲＮＡ）、またはヌクレオチド類似体から作製されるＤＮＡまたはＲＮＡのいずれかの類似体を指す。本明細書で使用する用語はまた、例えば逆転写酵素の作用によって、ＲＮＡテンプレートから生成される相補的またはコピーＤＮＡであるｃＤＮＡを包含する。いくつかの実施形態において、例えば、説明されるシステムの使用を通して配列決定によって分析される核酸は、基板（例えば、フローセル、またはフローセル等の基板上の１つ以上のビーズ等）上に固定化される。「固定化される」という用語は、本明細書で使用する場合、明示的に、または文脈によって特に明記しない限り、直接的または間接的な、共有または非共有結合を包含することを意図する。検体（例えば、核酸）は、固定化したたままであってもよく、または核酸配列決定を必要とする用途等で支持体を使用することを意図する条件下で、支持体に付着させてもよい。
【００６５】
「固体支持体」（または「基板」）という用語は、本明細書で使用する場合、例えば、ガラス表面、プラスチック表面、ラテックス、デキストラン、ポリスチレン表面、ポリプロピレン表面、ポリアクリルアミドゲル、金表面、およびシリコンウエハ等の、核酸を付着させることができるあらゆる不活性基板またはマトリクスを指す。例えば、固体支持体は、ガラス表面（例えば、フローセルチャネルの平面表面）であってもよい。いくつかの実施形態において、固体支持体は、ポリヌクレオチド等の分子への共有結合を可能にする反応基を含む、中間材料の層または被覆を印加すること等によって「官能化された」、不活性基板またはマトリクスを備えてもよい。限定的でない実施例として、このような支持体には、ガラス等の不活性基板上に支持されるポリアクリルアミドヒドロゲルが挙げられる。分子（ポリヌクレオチド）は、中間材料（例えば、ヒドロゲル）に直接的に共有結合することができるが、中間材料は、それ自体が、基板またはマトリクス（例えば、ガラス基板）に非共有結合することができる。支持体は、それぞれが異なる付着検体を有する、複数の粒子またはビーズを含むことができる。
【００６６】
いくつかの実施形態において、本明細書で説明されるシステムは、合成による配列決定（ＳＢＳ）に使用してもよい。ＳＢＳでは、基板（例えば、フローセル）の表面に存在する増幅ＤＮＡの高密度クラスタ（場合により数百万のクラスタ）を配列決定するために、４つの蛍光標識修飾ヌクレオチドを使用する。配列決定のための核酸試料を含有するフローセルは、一連の離散型の別々に検出可能な単一分子、共通の配列を有する増幅核酸等の特定の分子種の均一な集団を含有する一連（または一群の）の特徴、または特徴が核酸の分子を含むビーズであるアレイの形態を取ることができる。核酸は、核酸が未知の標的配列に隣接してオリゴヌクレオチドプライマを含むように調整することができる。最初のＳＢＳ配列決定サイクルを開始するために、１つ以上の個別標識化ヌクレオチドおよびＤＮＡポリメラーゼ等を、流体流れサブシステムによってフローセルの中に／を通して流すことができる。単一のヌクレオチドは、同時に添加することができ、または配列決定手順において使用されるヌクレオチドは、可逆的終了特性を有するように特別に設計されることができ、したがって、配列決定反応の各サイクルを、４つ全ての標識ヌクレオチド（Ａ、Ｃ、Ｔ、Ｇ）の存在下で同時に生じさせることを可能にする。４つのヌクレオチドが相互に混合される場合、ポリメラーゼは、組み込む正しい塩基を選択することが可能であり、各配列は、単一塩基によって拡張される。システムを使用するこのような方法において、４つ全ての代替物の間の自然の競合は、反応混合物の中にヌクレオチドが１つだけ存在するよりも高い精度をもたらす（したがって、配列の大部分は、正しいヌクレオチドに露出しない）。特定の塩基が順々に繰り返される配列（例えば、ホモポリマー）は、任意の他の配列と同様に対処されて高い精度を伴う。
【００６７】
図８は、一実施形態に従って形成される電気浸透流（ＥＯ）ポンプを利用する検出器システム１１５０を示す。システム１１５０は、試薬（例えば、蛍光ヌクレオチド、緩衝液、酵素、卵割試薬等）または他の溶液の流れをフローセル１１１０および逃し弁１１２０に方向付けてこれらを通すための流体流れサブシステム１１００を含んでもよい。以下に詳述するように、流体流れシステム１１００およびフローセル１１１０は、ＥＯポンプを含んでもよい。フローセル１１１０は、随意にフローセル１１１０の基板、ならびに随意に他の構成要素に付着する、配列決定される一群の核酸配列（例えば、約２００〜１０００塩基の長さ）を有してもよい。フローセル１１１０はまた、一連のビーズを含んでもよく、各ビーズは、随意に、単一配列の複数のコピーを含有する。システム１１５０はまた、フローセルチャネルおよび試薬貯蔵領域／容器内の反応条件を調節する温度制御サブシステム１１３５（および、随意に、カメラ、光学部品、および／または他の構成要素）を含んでもよい。いくつかの実施形態において、温度制御サブシステム１１３５の一部であってもよい加熱／冷却素子は、システム１１５０の動作中にフローセル１１１０を加熱／冷却するために、フローセル１１１０の下に位置付けられる。その上にフローセル１１１０が配置される随意の可動ステージ１１７０は、フローセルを、基板のレーザ（または他の光１１０１）励起のために適切な配向にさせて、随意に、基盤の異なる領域の読み取りを可能にするように、レンズ１１４２およびカメラシステム１１４０に関して移動させることを可能にする。加えて、システムの他の構成要素はまた、随意に移動可能／調整可能である（例えば、カメラ、対物レンズ、加熱器／冷却器等）。
【００６８】
フローセル１１１０は、フィルタ切り替えアセンブリ（図示せず）内の種々のフィルタ、レンズ１１４２、および焦点合わせレーザ／焦点合わせレーザアセンブリ（図示せず）と相互作用することができる、カメラシステム１１４０（例えば、ＣＣＤカメラ）によって監視され、配列決定が追跡される。レーザデバイス１１６０（例えば、随意に複数のレーザを備えるアセンブリ内の励起レーザ）は、光ファイバ１１６１（随意に、１つ以上の最撮像レンズ、光ファイバ載置具等）を通したレーザ照明を介して、フローセル１Ｘ１１０内の蛍光配列決定反応を照明してもよい。本明細書の図は、例示的実施形態のものであり、必ずしも限定するものではないことが理解されるであろう。
【００６９】
図９は、図８で前述した検出器システム１１５０等の撮像または配列決定システムとともに使用し得るフローセル１３００を有する読取機サブシステムを示す。示されるように、核酸試料がフローセル１３００の表面に蒸着されたときに、光ファイバ１３２０を通して連結されるレーザは、フローセル１３００を照明するように位置してもよい。対物レンズ構成要素１３１０は、フローセル１３００より上側に位置していもよく、蛍光団がレーザまたは他の光によって照明されると、種々の蛍光放射を捕捉および監視する。同じく示されるように、試薬は、適切な試薬貯蔵所等に接続する１つ以上の管１３３０を通して、フローセル１３００を通して方向付けられてもよい。フローセル１３００は、移動可能なステージ領域１３５０上に配置してもよいフローセルホルダ１３４０内に配置してもよい。フローセルホルダ１３４０は、配列決定が生じる間、レーザ、レーザ照明を撮像表面上に方向付けるプリズム（図示せず）、およびカメラシステムに関して、フローセル１３００を適切な位置または配向に確実に保持する。代替的に、対物レンズ構成要素１３１０は、フローセル１３００より下側に位置付けられる。レーザは、蛍光放射を読み取るように、図９に示されるように位置してもよく、または対物レンズ構成要素１３１０に従って調整してもよい。別の代替的実施形態において、フローセル１３００は、両側（すなわち、頂部および底部）から見ることができてもよい。このように、複数の読取機または撮像システムは、フローセル１３００のチャネルから放射する信号を読み取るために使用してもよい。
【００７０】
図１０Ａおよび１０Ｂは、一実施形態に従って形成されるフローセル１４００を示す。フローセル１４００は、底層または基層１４１０（例えば、深さ１０００μｍのホウケイ酸ガラス）と、基層１４１０を覆うチャネルスペーサまたは層１４２０（例えば、深さ１００μｍのエッチングされたケイ素）と、カバー層１４３０（例えば、深さ３００μｍ）とを含む。組み立ての際に、層１３１０、１４２０、および１４３０は、それぞれ、カバー層１４３０を通していずれかの端部に、入口ポート１４１４および出口ポート１４１６を有する、密封チャネル３Ｘ４１２を形成する。以下に詳述するように、フローセル１４００は、マニホールド８１０（図１５）等のマニホールドと係合するか、または封止可能に噛合するように構成してもよい。代替的に、フローセル１４００の入口１４１４および出口１４１６は、フローセル１４００の底部または側部で開口してもよい。さらに、フローセル１４００は、８つのチャネル１４１２を含むが、代替の実施形態は、他の数を含んでもよい。例えば、フローセル１４００は、１つのチャネル１４１２だけ、または場合により２つ、３つ、４つ、１６、またはより多くのチャネル１４１２を含んでもよい。一実施形態において、チャネル層１４２０は、標準的なフォトリソグラフィ法を使用して構築してもよい。１つのそのような方法は、１００μｍのシリコン層を露出させるステップと、および深堀り反応性イオンエッチングまたはウェットエッチングを使用して、露出したチャネルを除去するステップとを含む。加えて、チャネル１４１２は、異なる深さおよび／または幅を有してもよい（異なるフローセルのチャネル間、および同じフローセル内のチャネル間の両方で異なる）。例えば、図１０Ｂのセルの中に形成されるチャネル１４１２は、深さ１００μｍであるが、他の実施形態は、随意に、深さの大きい（例えば、５００μｍ）または深さの小さい（例えば、５０μｍ）チャネルを備えることができる。
【００７１】
図１０Ｃおよび１０Ｄは、代替の実施形態に従って形成されるフローセル構成を示す。図１０Ｃに示されるように、フローセル１４３５は、フローセル１４００に関して説明されるチャネル１４１２よりも幅の広いチャネル１４４０、または合計で８つの入口ポート１４４５および出口ポート１４４７を有する２つのチャネルを有してもよい。フローセル１４３５は、付加的な構造的支持のための中心壁１４５０を含んでもよい。図１０Ｄの実施例において、フローセル１４７５は、入口ポート１４８５および出口ポート１４９０が、それぞれ、フローセル１４７５の対向端部で千鳥状の列に配設されるように、オフセットチャネル１４８０を含んでもよい。
【００７２】
フローセルは、多数の可能な材料から形成または構築してもよい。例えば、フローセルは、Ｆｏｔｕｒａｎ（登録商標）（Ｍｉｋｒｏｇｌａｓ、Ｍａｉｎｚ、Ｇｅｒｍａｎｙ）またはＦｏｔｏｆｏｒｍ（登録商標）（Ｈｏｙａ、Ｔｏｋｙｏ、Ｊａｐａｎ）等の、感光ガラスから製造してもよく、必要に応じて形成および操作してもよい。他の可能な材料には、優れた光学的性質を有し、温度上昇に耐えることができる、（例えば、Ｔｏｐａｓ（登録商標）（Ｔｉｃｏｎａ、Ｆｌｏｒｅｎｃｅ、ＫＹ）、またはＺｅｏｎｏｒ（登録商標）（Ｚｅｏｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ、Ｌｏｕｉｓｖｉｌｌｅ、ＫＹ））が挙げられる。さらに、フローセルは、同じフローセル内で多数の異なる材料からしてもよい。したがって、いくつかの実施形態において、基層、チャネルの壁、およびカバー層は、随意に、異なる材料であることができる。また、図１０Ｂの実施例は、３つの層で形成されるフローセル１４００を示しているが、他の実施形態は、例えば、その中にエッチング／切除／形成されるチャネルを有する基層、およびカバー層等の２つの層を含むことができる。他の実施形態は、その中にエッチング／切除／あるいは形成されるフローチャネルを備える層を１つだけ有するフローセルを含むことができる。
【００７３】
図１１は、実施形態に従うフローセルをパターン化するためのプロセスの概略図を与える。最初に、所望のパターンをマスク５００によって基板５１０の表面にマスクし、次いで、ＵＶ光に露光する。ガラスを波長２９０から３３０ｎｍの間のＵＶ光に露光する。ＵＶ露光ステップ中に、銀または他のドープ原子を照射領域（領域５２０）の中に癒合する。次に、５０００℃から６０００℃の間の熱処理中に、領域５２０の中の銀原子の周囲でガラスを結晶化させる。最後に、室温で１０％のフッ化水素酸溶液によってエッチング（異方性エッチング）するときに、結晶領域は、ガラス体領域よりも最高で２０倍高いエッチング速度を有し、したがって、チャネル５３０をもたらす。湿式化学エッチングが、超音波エッチングによって、またはスプレーエッチングに対応している場合、結果として生じる構造は、大きい縦横比を示す。
【００７４】
図１２Ａ−Ｅは、一実施形態に従ってフローセルを構築するために使用し得るエッチングプロセスを示す。図１２Ａは、チャネル６００と、貫通孔６０５とを含む、２層フローセルの端面図を示す。チャネル６００および貫通孔６０５は、カバー層６３０の中に露出／エッチングされる。カバー層６３０は、底層６２０（図１２Ｅに示す）と噛合する。貫通孔６０５は、試薬／流体がチャネル６００の中に進入することを可能にするように構成される。チャネル６００は、Ｉｎｖｅｎｉｏｓ（Ｓａｎｔａ Ｂａｒｂａｒａ、ＣＡ）から入手可能なもの等の３次元プロセスを介して、層６３０の中にエッチングすることができる。カバー層６３０は、Ｆｏｔｕｒａｎを含んでもよく、ＵＶエッチングしてもよい。Ｆｏｔｕｒａｎは、ＵＶに露光されるときに色が変化して、光学的に不透明（または擬不透明）になる。図１２Ｂにおいて、カバー層６３０は、層内に光学的に不透明な領域６１０を生成するためにマスクされて光に露光される。光学的に不透明な領域は、誤って方向付けられた光、光散乱、またはそうしなければ配列読み取りの質に悪影響を及ぼし得る、他の望ましくない反射を遮断することを促進し得る。代替の実施形態では、不溶な光散乱を遮断することを補助するために、クロムまたはニッケル等の材料の薄い（例えば、１００−５００ｎｍ）層を、随意に、フローセルの層間（例えば、図１２Ｅのカバー層と底層との間）に蒸着する。図１２Ｃおよび１２Ｄは、カバー層６３０との底層６２０の噛合を示し、図１２Ｅは、同図の切断図を示す。
【００７５】
フローセルの層は、多数の異なる方法で相互に付着させてもよい。例えば、層は、接着剤、結合（例えば、熱的、化学的等）、および／または機械的方法を介して付着させることができる。当業者は、種々のガラス／プラスチック／シリコン層を相互に付着させる、数多くの方法および技術に精通しているであろう。さらに、特定のフローセル設計および構築が本明細書で説明されるが、そのような説明は、必ずしも限定するものであると取るべきではない。他のフローセルは、本明細書に示されるものとは異なる材料および設計を含むことができ、または本明細書で説明されるものとは異なるエッチング／切除技術もしくは作成方法を通して作成することができる。したがって、特定のフローセルの組成または構築方法は、必ずしも全ての実施形態を限定するものであると取るべきではない。
【００７６】
試薬、緩衝液、および配列決定で使用され得る他の材料は、流体流れサブシステム１００（図１）を介して調節されて、分注される。一般に、流体流れサブシステム１００は、試薬貯蔵領域（例えば、瓶または他の格納容器）からフローセル１１０を通して、および随意に、廃棄物受容領域まで、適切な試薬（例えば、酵素、緩衝液、染料、ヌクレオチド等）を適切な速度で、および随意に、適切な温度で輸送する。流体流れサブシステム１００は、コンピュータ制御されてもよく、随意に、種々の試薬成分の温度を制御することができる。例えば、特定の構成要素は、随意に、４℃±１℃等の冷却温度に保持され（例えば、酵素含有溶液の場合）、一方で、他の試薬は、随意に、上昇した温度に保持される（例えば、上昇した温度で特定の酵素反応が生じるときに、フローセルを通って流れる緩衝液）。
【００７７】
いくつかの実施形態において、種々の溶液は、随意に、フローセル１１１０を通して流す前に混合される（例えば、希釈剤、適切なヌクレオチド等と混合される濃縮緩衝液）。このような混合および調節も、随意に、流体流れサブシステム１１００によって制御される。さらに、システム１１５０の構成要素間の距離を最小化することが有利であり得る。ポンプとフローチャネルとの間には１：１の関係があり得、またはフローチャネルは、２つ以上のチャネルに分かれてもよく、および／または流体サブシステムの種々の部分で１つ以上のチャネルに組み合わせられてもよい。流体試薬は、全てが流体流れサブシステム１１００に接続される試薬容器の中に貯蔵されてもよい（例えば、室温の緩衝液、５倍ＳＳＣ緩衝液、酵素緩衝液、水、卵割緩衝液、酵素用の冷却容器、酵素混合物、水、走査混合物等）。
【００７８】
多方向弁はまた、複数のライン／容器の／に対する制御可能なアクセス可能にするために使用されてもよい。試薬がフローセル１１１０の中へ「進入する準備完了状態である」ように、管類を通して容器から試薬を吸い込むために、プライミングポンプを使用してもよい。したがって、停滞空気、（例えば、管類の中の定着による）間違った温度の試薬等が回避され得る。流体の流れ自体は、随意に、多数のポンプの種類（例えば、正／負の変位、真空、蠕動運動、および電気浸透等）のうちのいずれかによって推進される。
【００７９】
本明細書で使用されるいずれのポンプ／ポンプ型でも、試薬は、随意に、それらの貯蔵領域から管類を通してフローセル１１１０に輸送される。ＰＴＦＥ等のこのような管類は、例えば、試薬との相互作用を最小化するために、適切に選択することができる。管類の直径は、実施形態間で（および／または随意に、異なる試薬慮増領域間で）変動する可能性があるが、例えば、「死容量」またはラインの中に残る流体の量を減少させたいという要望に基づいて、選択することができる。さらに、管類のサイズは、随意に、一方の流路の領域から他方まで変化する可能性がある。例えば、試薬貯蔵領域からの管サイズは、ポンプからフローセルまでの管のサイズ等と異なる可能性がある。
【００８０】
流体流れシステム１１００はさらに、漏れ、遮断、および流量等の、システムの流体性能の特徴を自動的に検出して報告する圧力センサを備えることができる。このような圧力または流量センサは、機器の保守およびトラブルシューティングに有用であり得る。流体系は、例えば以下に説明するように、１つ以上のコンピュータ構成要素によって制御されることができる。種々の実施形態の流体の流れの構成は、例えば、試薬容器の数、管類の長さ、直径、および組成物、切替弁およびポンプの種類等に関して、変動する可能性があることを理解されるであろう。
【００８１】
前述のように、システム１１５０の種々の構成要素（図８）は、プログラムされた、またはユーザ入力の命令に従ってこれらの機器の動作を指示し、これらの機器からデータおよび情報を受信し、そしてこの情報を翻訳、操作して、ユーザに報告するように機能するプロセッサまたは計算システムに連結してもよい。このように、計算システムは、典型的に、これらの機器／構成要素（例えば、必要に応じてアナログ−デジタルまたはデジタル−アナログ変換器を含む）に適切に連結される。計算システムは、例えばＧＵＩでの設定パラメータフィールドへのユーザ入力の形態で、または、例えば様々な異なる特定の動作（例えば、自動焦点合わせ、ＳＢＳ配列決定等）のために予めプログラムされる、予めプログラムされた命令の形態で、ユーザの命令を受信するための適切なソフトウェアを含んでもよい。ソフトウェアは、次いで、所望の動作（例えば、流体の方向および輸送、自動焦点合わせ等）を実行するよう訂正動作を指示するために、これらの命令を適切な言語に変換してもよい。加えて、例えば、核酸アレイからの光放射プロファイルまたは他のデータといった、システムから収集されるデータは、印刷形態で出力することができる。印刷形態であっても、電子形態（例えば、モニタに表示されるもの）であっても、データは、例えば、曲線、ヒストグラム、一連の数値、表、グラフ等の、種々の、または複数の形式であることができる。
【００８２】
図１３および１４は、一実施形態に従ってＥＯポンプを受容するために構築し得るフローセル７００を示す。図１３は、フローセル７００の平面図であり、図１４は、フローセル７００の端部分の断面図である。フローセル７００は、相互に積み重ねられる１つ以上の基板層から形成し得るフローセル本体７０２を含む。図１４に示されるように、フローセル本体７０２は、底層７０４と、チャネルスペーサまたは層７０６と、カバー層７０８とを含む。チャネルスペーサ７０６は、誤って方向付けられた光、光散乱、またはそうしなければ配列読み取りの質に悪影響を及ぼし得る、他の望ましくない反射を遮断するために、光学的に不透明であってもよい。フローセル本体７０２は、実質的に平面である底面７２０（図１４）と、実質的に平面である頂面７２２とを有する。表面７２０および７２２は、透明であってもよく、そこを通って光が通過することを可能にし、表面７２０または７２２（およびそれぞれ対応する層７０４および７０８）のいずれかは、システム１１５０、より具体的には、ホルダサブアセンブリ８００（図１５に示す）によって保持されるように構成されてもよい。例えば、底層７０４は、ホルダ８０６および／または角柱８０４（どちらも、図１５に示す）を係合する、ドリル孔または凹部を有してもよい。層７０４、７０６、および７０８は、フローセル本体７０２の一方の端部６９７（図１３）の流体入口／出口（Ｉ／Ｏ）ポート７１４、および他方の端部６９９の流体入口／出口（Ｉ／Ｏ）ポート７１６（図１４）の間に延在し、これらと流体連通している、１つ以上のチャネル７１２を形成するように構成される。さらに、フローセル本体７０２は、１つ以上のポンプ空洞７２４を含んでもよく、それぞれ、チャネル７１２の一方の端部６９９と、流体Ｉ／Ｏポート７１６のうちの１つとの間に間置される。ポンプ空洞７２４は、以下の詳細に説明される、１つ以上の電気浸透流（ＥＯ）ポンプ７３０を保持するように成形される。
【００８３】
図１３に示されるように、ポンプ空洞７２４は、流体チャネル７１２およびガス放出チャネル７１３に結合される。ガス放出チャネル７１３は、フローセル本体７０２の側部６９８または端部６９９等の共通領域に延在する。ガス放出チャネル７１３は、ガス除去デバイス（例えば、図１の５２）または真空源（例えば、図７の７８）に連結されるガスポート７１７で成端する。ガスポート７１７は、ホルダアセンブリ８００の中の噛合ポートと整合されてもよい。随意に、ポンプ空洞７２４は、共通のガスポート７１７を有する共通のガス放出チャネル７１３に結合されてもよく、それによって、フローセル本体７０２に出入りするガス結合経路を簡略化する。
【００８４】
ポンプ空洞７２４は、ＥＯポンプ１０（図１）、または本出願で説明される発明で説明されるか、もしくはこれと一貫する任意の他のＥＯポンプを受容する。便宜上、図１４内のＥＯポンプ１０は、図１に関して前述した参照番号で説明される。ＥＯポンプ１０は、側壁２２と、多孔質コア媒体１４と、上部板１８および下部板２０と、ガス透過性であるが液体不透過性の膜５６と、電極１６および１７と、流体入口４６と、流体出口４８と、ガス出口５０とを含む。電極１６および１７は、フローセル本体７０２に挿入される際のＥＯポンプ１０の電気接続を容易にするために、下部板２０上の接点１９および２１で成端する。接点１９および２１は、フローセル本体７０２内の噛合接点に結合する。
【００８５】
ＥＯポンプ１０がポンプ空洞７２４に挿入されると、流体入口４６は、入口ポート７１６と整列し、一方で、流体出口４８は、流体チャネル７１５に連結されるポートと整列する。液体流路７４８は、流体出口４８のそれぞれに結合され、ＥＯポンプ１０の底板２０から流体チャネル７１５まで延在する。ガス出口５０は、膜５６を通過するガスを受容する。ガス出口５０は、カバー板１８の頂部に沿って延びるガス流路７１３の中にガスを放出する。随意に、ＥＯポンプ１０は、側壁２２を完全に省略し、ポンプ空洞７２４の壁を利用して、外側リザーバの外面を画定するように構築してもよい。
【００８６】
電極１６および１７は、電源（図示せず）によって荷電されてもよい。電源は、バッテリ、ＡＣ電源、ＤＣ電源、または任意の他の源でもよい。電極１６は、正に荷電されて、アノードとして動作する。電極１７は、負に荷電されて、カソードとして動作する。さらに、ポンプ空洞７２４の表面は、電流漏出を防止するために絶縁材で被覆してもよい。絶縁材は、例えば、二酸化シリコン、窒化ケイ素、またはこれらの材料の複数の層であってもよい。
【００８７】
代替の実施形態において、電荷は、直接電気接続ではなく、誘導結合によって生成され得る。例えば、接点１６および１７は、誘導接点と置換され得る。誘導接点は、フローセルの頂部層および底部層の上部表面および／または下部表面より下側に埋め込まれ得る。誘導接点は、周囲の環境への直接露出を回避するように、絶縁体で覆われ得る。動作に際し、フローセルホルダは、誘導接点が位置付けられるフローセル上の領域に近接する、変圧器源を含む。フローセルがホルダの中に配置されると、変圧器源は、誘導接点を包囲する領域の中に局所電磁場を生成する。ＥＭ場は、誘導接点で電流フローを誘発し、それによって、誘導接点間に電圧電位を生成する。
【００８８】
前述のＥＯポンプ１０の構成要素は、ＥＯポンプ１０の構成要素が統合ユニットを形成するように、相互に固定または密閉し得る。例えば、構成要素は、アクリル筐体内に固定し得る。このように、フローセル７００は、ＥＯポンプ１０が故障したとき、または異なる特性を伴うＥＯポンプが所望されるときに、ＥＯポンプ１０を別のＥＯポンプユニットと置換するのを可能にするように構成し得る。
【００８９】
また、底部フローセルは、クランプではなく真空チャッキングを通してフローセルホルダに保持し得る。したがって、真空は、フローセルをデバイス内の正しい位置に保持することができ、よって、適切な照明および撮像を行うことができる。
【００９０】
加えて、フローセル７００は、ＥＯポンプ１０が、チャネル７１２（図１４）から上流側に位置付けられ、反応が生じ得る接続通路７１５を介して、チャネル７１２の中に流体を押し込む、「押し込み」フローセルを示す。代替の実施形態では、ＥＯポンプ１０は、ＥＯポンプ１０がチャネル７１２から下流側（すなわち、反応が生じた後）に配置され、それによって、ＥＯポンプ１０が、流体がポンプに侵入する前に、チャネル７１２を通して溶液または流体を吸い込む、「引き込み」フローセルである。ＥＯポンプ１０は、関心の流体を直接的に押し込んでも、もしくは引き込んでもよく、または代替的に、ＥＯポンプ１０は、後に圧力勾配を関心の流体に発生させる、作業流体（例えば、脱イオン水）を利用し得る。作業流体は、関心の流体が高いイオン強度であり（例えば、水酸化ナトリウム）、より高い電流を導き、したがって、より多くのガスを発生させるときに好適であり得る。
【００９１】
図１５は、一実施形態に従って形成し得る、ホルダサブアセンブリ８００の斜視図である。サブアセンブリ８００は、読取器システム（図示せず）が読取値を取り込む間、フローセル８０２を保持するように構成される。フローセル８０２は、前述のフローセル７００に類似したものであってもよく、またはＥＯポンプを含まなくてもよい。サブアセンブリ８００は、１つ以上の入口マニホールド８０８、プリズム８０４、フローセル８０２、および出口マニホールド８１０を支持するように構成される、ホルダ８０６を含む。示されるように、各フローセル８０２は、１つの入口マニホールド８０８および１つの出口マニホールド８１０と流体連通している。ライン８１２は、内側通路（図示せず）を分岐させて、流体をフローセル８０２上のチャネルのそれぞれに送達する、入口マニホールド８０８に作業流体を提供し得る。ホルダ８０６は、例えば、ねじを使用することによってそれに固定される、プリズム８０４を有し得る。各プリズム８０４は、フローセル８０２のうちの１つを保持するように構成され、かつ、例えばレーザによって発生する光を屈折させる、および／または反射することによって、読み取りプロセスを促進するように構成される。サブアセンブリ８００はまた、対応するフローセル８０２および／または対応するプリズム８０４をホルダ８０６に保持するための真空（または部分真空）を生成する、各フローセル８０２の下に位置付けられる、吸引デバイス／真空チャックを含んでもよい。一実施形態において、真空チャックは、フローセルに接触して、フローセルまたはプリズムを適所に保持することに加えて、フローセルの温度を調節する、加熱デバイスまたは熱伝導性の縁／部材を含んでもよい。ライン８１４は、例えば、対応するプリズム８０４に対向してフローセル８０２を保持するように、陰圧を提供するための真空に接続し得る。
【００９２】
随意に、マニホールド８１０は、その中にＥＯポンプ８１１を受容するように構成し得る。ＥＯポンプ８１１は、ＥＯポンプに加えて、またはその代わりにフローセル８０２の中に提供し得る。一群のＥＯポンプ８１１を、図１５のマニホールド８１０の切り取り部分の中に示す。図１５の実施例では、８つのチャネルが、各フローセル８０２の中に提供され、したがって、８つのＥＯポンプ８１１が、各マニホールド８１０内に提供される。随意に、より多い、またはより少ない（ｖｉｅｗ）ＥＯポンプを提供し得る。随意に、複数のチャネルを通して流体を引き込むように、共通のＥＯポンプを利用し得る。
【００９３】
図１６は、マニホールドの一部分が切り取り形態で示される、出口マニホールド８１０を形成するために使用される構成要素の分解斜視図である。マニホールド８１０は、上部層８２０および下部層８２２から形成し得る、筐体を含む。層８２０は、基部８２６から延在する、チャネルコネクタ８２４を含む。チャネルコネクタ８２４は、フローセル８０２のチャネルと連結するように構成される、１つ以上の通路８２５を含む。層８２０はまた、外側面８３２を含む。通路８２５は、コネクタ８２４および基部８２６を通して外側面８３２に対して垂直距離Ｈだけ延在する。基部８２６は、本体８２８から側方外向きに延在する。本体８２８は、通路８３４と流体連通している、１つ以上のＥＯポンプ空洞８３０を含む。ポンプ空洞８３０は、ＥＯポンプをその中に挿入するのを可能にするように、表面８３２の中にアクセス開口部を有する。ＥＯポンプは、層８２０の底部を通して矢印Ａの方向に上に挿入し得る。
【００９４】
同じく図１６に示されるように、層８２２は、本体８３８から側方外向きに延在する、基部８３６を含む。基部８３６および本体８３８は、その中に形成される１つ以上のチャネル溝８４６を有する、頂部外側面８４２を共有する。チャネル溝８４６は、広がりパターンを形成する。噛合チャネル溝を、層８２０の底面８３２の中に提供し得る。層８２２はまた、複数のポンプ空洞８４４を含み、各ポンプ空洞８４４は、ＥＯポンプのうちの１つを挿入するのを可能にするように、アクセス開口部８３１を有する、マニホールド８１０を形成するために、層８２０および８２２は、相互に固定される。例えば、エポキシを、次いで相互に熱的に接着され得る外側面８３２および８４２に印加し得る。したがって、ＥＯポンプの第１のサブセットは、上位層８２０の中に保持してもよく、ＥＯポンプの第２のサブセットは下位層８２２の中に保持し得る。随意に、ＥＯポンプの全ては、層８２０および８２２のうちの１つの中に位置してもよく、またはＥＯポンプは、層８２０および８２２の両方の中に延在して、それらの間に挟まれてもよい。
【００９５】
図２６および２７は、それぞれ、本発明の一実施形態に従って形成される電気浸透流（ＥＯ）ポンプ１６１０の上面および底面斜視図を示す。図２６に示されるように、ポンプ１６１０は、端部壁１６２１と、側壁１６２２と、ポンプ空洞１６２８を包囲する底部１６２０とを含む、筐体１６１２を備える。筐体１６１２は、長手方向軸１６２７に沿って延在する長さ、および横軸１６２５に沿って延在する幅を有する、長方形形状である。ポンプ空洞１６２８は、パターンまたはアレイで配設される、複数の多孔質コア媒体１６１４を受容する。多孔質コア媒体１６１４は、それらの間に、かつポンプ空洞１６２８内に単一の共通流体リザーバ１６３０を形成するように、相互から離間される。ポンプ空洞１６２８の底部１６２０は、多孔質コア媒体１６１４がその上に位置付けられる、平坦な内面１６１９で形成し得る。随意に、底部１６２０の内面１６１９は、多孔質コア媒体１６１４を固定して離間した位置に維持するように、一連の円形凹部等の、陥凹状パターンで形成し得る。
【００９６】
多孔質コア媒体１６１４は、コア軸１６２４（矢印１６２４で示す）に沿ってポンプ空洞１６２８内に直立配向で配置される、円筒フリットとして構築し得る。コア軸１６２４は、重力に対して垂直に、かつ筐体１６１２の横軸１６２５および長手方向軸１６２７に直角に配向される。各多孔質コア媒体１６１４は、開口コアの管形状で相互に同心円状に形成される、内面１６３２と、外面１６３４とを有する。各多孔質コア媒体１６１４の内面１６３２は、対応する中央または内側リザーバ１６３６を包囲する。内側リザーバ１６３６は、コア軸１６２４に沿って相互から離間される、対向端部１６３８（図２６）および１６４０（図２７）で開口する。多孔質コア媒体１６１４は、それらの間に流体の流れの間隙を提供するように、側壁１６２２および端部壁１６２１から内向きに離間され、かつ相互から分離される。多孔質コア媒体１６１４を包囲するポンプ空洞１６２８内の容量は、共通外側リザーバ１６３０を表す。筐体１６１２は、液体不透過性でガス透過性の膜から形成される、上部カバー１６５６を有する。上部カバー１６５６は、ポンプ空洞１６２８を完全に覆うように、端部壁１６２１と側壁１６２２との間で、多孔質コア媒体１６１４全体に架かる。上部カバー１６５６は、ポンプ空洞１６２８内で発生するガス気泡をそこから排出し、一方で、流体をポンプ空洞１６２８の中に保持するのを可能にする。上部カバー１６５６はまた、各多孔質コア媒体１６１４の内側リザーバ１６３６を、共通外側リザーバ１６３０から分離するように機能する。
【００９７】
図２７を参照すると、共通電極１６１７は、ポンプ空洞１６２８の外側リザーバ１６３０内に位置付けられる。電極１６１７は、多孔質コア媒体１６１４の周囲およびポンプ空洞１６２８の全体を通して延在するように成形される。図２７の実施例において、共通電極１６１７は、湾曲部１６１５と、直線部１６１３とを含む。湾曲部１６１５は、外面１６３４の周囲で同心円状の円弧に沿って、外面１６３４を包んでもよい。湾曲部１６１５は、多孔質コア媒体１６１４の外面１６３４に接触しても、またはこれに密に倣ってもよく、一方で、直線部１６１３は、多孔質コア媒体１６１４間の間隙に架かる。共通電極１６１７は、複数回にわたり、一方の端部壁１６２１から他方の端部壁１６２１まで延在して戻る。随意に、２つ以上の共通電極１６１７を、ポンプ空洞１６２８内に提供し得る。個々のコア電極１６は、各多孔質コア媒体１６１４の内側リザーバ１６３６の中に位置付けられる。電極１６１６は、多孔質コア媒体１６１４の内面１６３２に対向して、または近接するが、わずかに離間して位置付けてもよい。電極は、各多孔質コア媒体からの等しい流れを維持するような方法で配置される。代替的に、電極配置は、流速を、相互に対して所望の値に調整する程度であることができる。電極１６１６および１６１７は、電源によって反対電荷が供給される。電極１６１６および１６１７の極性は、所望の流体の流れの方向に応じて選択される。例えば、内側リザーバ１６３６から共通外側リザーバ１６３０への半径方向外向きの流れを達成するように、電極１６１６がアノードを構成し、一方で、電極１６１７がカソードを構成し得る。代替的に、半径方向内向きの流れを達成するように、電極１６１７がアノードを構成し、一方で、電極１６１６がカソードを構成し得る。電極１６１６および１６１７、ならびに多孔質コア媒体１６１４は、個々の内側リザーバ１６３６と共通外側リザーバ１６３０との間に、多孔質コア媒体１６１４を通る流体の流れを誘発するように協働する。流れの方向は、電極１６１６および１６１７に印加される電荷に依存する。
【００９８】
筐体１６１２は、共通外側リザーバ１６３０用の各内側リザーバ１６３２および少なくとも１つの流体出口１６４８と連通している、少なくとも１つの流体入口１６４６を有する。例えば、底部１６２０は、開口端部１６４０のそれぞれの中に別個の流体入口１６４６を含み、側壁１６２２の中に単一の流体出口１６４８を含んでもよい。１つの流れ方向において、流体入口４６は、流体を内側リザーバ１６３６の中に運搬する。流体が多孔質コア媒体１６１４を通して送出されると、流体出口１６４８は、外側リザーバ１６３０から流体を放出する。随意に、流体入口１６４６および流体出口１６４８の流れ方向は、流体が、外側リザーバ１６３０から、半径方向内向きに、内側リザーバ１６３６に流れるように逆転させてもよい。上部カバー１６５６は、筐体１６１２の頂部からガスを放出するのを可能にする。ガスは、多孔質コア媒体１６１４を通して流体の流れの半径方向に対して直角な方向に沿って（例えば、コア軸１６２４に沿って）、上部カバー１６５６に向かって移入する。
【００９９】
随意に、筐体１６１２および／またはポンプ空洞１６２８は、頂部および／または側部から見たときに、正方形、三角形、長円形、六角形、多角形形状等を有し得る。円筒多孔質コア媒体１６１４は、ポンプ間の流れおよび電流バリアとして作用する。筐体１６１２の上部カバー１６５６全体は、軟質頂部通気膜である。随意に、ＥＯポンプ１６１０は、単一の電圧源または独立に制御される源を使用し得る。複数の電圧源が使用されるとき、ＥＯポンプ１６１０は、共通電極１６１７を共有するが、各多孔質コア媒体１６１４全体の電位は、対応する個々の電圧源によって独立して制御することができる。単一の電圧源が使用されるとき、電場、およびしたがって流速は、共通電極１６１７の幾何学形状を変動させることによって調整することができる。図２６および２７の実施形態は、とりわけ、ガス管理のためのより大きいリザーバ、構築の簡略化、コンパクトな形状因子、およびポンプ置換の簡略化を含む、種々の利点を提供する。
【０１００】
図２８は、本発明の代替の実施形態に従って形成されるＥＯポンプ１６７０の側断面図を示す。ポンプ１６７０は、その中に提供される真空空洞１６７４を有する、筐体１６７２を備える。コア保持部材１６８０は、真空空洞１６７４の内に提供される。コア保持部材１６８０は、長手方向軸１６８４に沿って延在する流体チャネルを形成する、内部ポンプチャンバ１６８２を有する。流体入口１６８６および流体出口１６８８は、内部ポンプチャンバ１６８２の対向端部１６９６および１６９７に位置する。コア保持部材１６８０は、ガス透過性かつ流体不透過性である材料でできている。筐体１６７２は、真空空洞１６７４内で真空を誘発するよう真空源（図示せず）に連結されるように構成される、真空入口１６７６を含む。随意に、真空源を完全に除去して、ＥＯポンプ１６７０を、空洞１６７４の中で真空を誘発せずに動作させてもよい。
【０１０１】
多孔質コア媒体１６９０は、コア保持部材１６８０内に提供される。多孔質コア媒体１６９０は、流体入口１６８６と流体出口１６８８との間に位置する。多孔質コア媒体１６９０は、多孔質コア媒体１６９０を通過して流体入口１６８６から流体出口１６８８まで全ての流体を運搬することを必要とするように、実質的にコア保持部材１６８０を断面方向に充填するように配設される。一実施例として、多孔質コア媒体１６９０は、多孔質の均一もしくは非均一材料、一群のビーズ、ＰＥＥＫ、または生体適合性ポリマーを含んでもよく、これらは、表面電荷を保持し、そこを通して流体が流れるのを可能にする。コア保持部材１６８０は、対向端部１６９６および１６９７で開口する、細長い円筒形状を有する。コア保持部材１６８０は、例えばＰＴＦＥ ＡＦから形成される外壁を有する、管を表す。流体が、矢印Ａの方向に、外壁内の管に沿って流れる一方で、ガスは、矢印Ｂの方向に、半径方向外向きに外壁を通過する。
【０１０２】
電極１６９２および１６９４は、荷電されたときに、多孔質コア媒体１６９０を通る流体入口１６８６から流体出口１６８８への多孔質コア媒体１６９０を通る流体の流れが誘発されるように、コア保持部材１６８０の中に延在し、多孔質コア媒体１６９０の対向表面１６９１および１６９３に近接して位置する。電極１６９２および１６９４は、長手方向軸１６８４に沿って相互から分離される。電極１６９２および１６９４は、多孔質コア媒体１６９０全体に電気電位差を導入し、多孔質コア媒体１６９０を通して長手方向軸に沿って矢印Ｃの方向に流体を流れさせる。前述のように、ガスは、多孔質コア媒体１６９０を通して流体が流れるにつれて電極で発生する。コア保持部材１６８０は、ガス透過性材料で形成され、ガスが、多孔質コア媒体１６９０から離れて、コア保持部材１６８０から半径方向外向きに放散するのを可能にする。随意の真空源（図示せず）は、多孔質コア媒体１６９０から離れて、コア保持部材１６８０を通して外向きに、長手方向軸１６８４に対して直角の半径方向（矢印Ｄで示す）にガスの移入を誘発するように、真空化空洞１６７４内で真空を導入する。電解ガスの通気は、（ガスの発生割合および管類の透過性に応じて）真空ハウジングを使用して向上させることができる。
【０１０３】
随意に、ねじ付き取付部品１６８１および１６８３は、スライド界面およびマニホールドの既存の管類ネットワークの一部として、筐体１６７２の対向端部に統合し得る。取付部品１６８１および１６８３は、コア保持部材１６８０の対向端部１６９７および１６９６の適所にねじ込んで固定し得る。取付部品１６８１および１６８３は、コア保持部材１６８０を置換するために、コア保持部材１６８０の対向端部１６９７および１６９６上でねじを緩めて外し得る。したがって、既存のスライド界面またはマニホールドのいかなる修正も不要である。
【０１０４】
図２９は、代替の実施形態に従って形成されるマニホールド１６０１の端部斜視図を示す。マニホールド１６０１は、マニホールド１６０１を通して別個の流体チャネルを形成する、コア保持部材１６８０（図２８）等の、複数のコア保持部材を保持する、真空筐体１６０３を含む。随意に、流体を複数または全てのチャネルに供給する、単一の入口１６８６が提供し得る。コア保持部材１６８０は、対向端部で単一の入口１６８６および流体出口１６８８と連通している、入口を有する。真空入口１６０５および電極入口１６０７は、マニホールド１６０１の筐体１６０３の中に提供される。図２９の実施例において、電極入口１６０７は、８つの対、すなわち、８つのコア保持部材１６８０のそれぞれに対する別個の対に群化される。電極入口１６０７は、電極１６９２および１６９４（図２８）等の電極を受容する。電極１６９２および１６９４は、一意的な印加電場を各チャネルに提供し得る。図２９の実施例において、８台のポンプは、迅速に変更してもよく、また、全てのポンプが共通真空ライン１６０５を共有し得る。図２９の実施形態は、コンパクトな設計、既存のスライド界面に対する変更が軽微である、通気領域が大きい、押し込みおよび引き込みフローが可能である、および既存のＰＥＥＫ取付部品技術との適合性等の、種々の利点を提供する。
【０１０５】
図３０は、一実施形態に従って形成されるポンプ／フローサブシステム１７００のブロック図を示す。サブシステム１７００は、入口１７０４で関心の流体１７２０を受容し、出口１７０６で関心の流体１７２０を放出する、フローセル１７０２を含む。出口１７０６は、チャネル１７１０を通じてＥＯポンプ１７０８に流体的に連結される。ＥＯポンプ１７０８は、ポンプ入口１７１２と、ポンプ出口１７１４とを含む。ポンプ出口１７１４は、作業流体１７２４を貯蔵する作業流体リザーバ１７２２に連結される。作業流体１７２４は、チャネル１７２６を通じてＥＯポンプ１７０８に供給される。作業流体１７２４は、ＥＯポンプ１７０８を充填し、関心の流体１７２０と合流するまで、チャネル１７１０の第１の区域１７２８の中を通る。関心の流体１７２０は、チャネル１７１０の第２の区域１７３０を充填する。作業流体１７２４および関心の流体１７２０は、流体−流体界面１７３２で相互に接触する。界面１７３２は、それらの特性に起因して作業流体および関心の流体が混合しないとき等に、単純に流体界面を表し得る。代替的に、界面１７３２は、作業流体がＥＯポンプ１７０８を通して送出されるにつれて、チャネル１７１０内をそれに沿って移動するのを可能にする、膜を表し得る。
【０１０６】
動作に際し、ＥＯポンプ１７０８は、フローセル１７０２に向かって、および／またはそこから離れて作業流体１７２４を押し込むおよび／または引き込むように、方向１７３６および１７３８のうちの一方または両方に沿って、作業流体を推進する。作業流体１７２４がチャネル１７１０に沿って移動するにつれて、作業流体１７２４は、関心の流体を強制的に同じ方向に流してフローセル１７０２を通過させる。関心の流体とは別個で、かつ異なる作業流体１７２４を利用することによって、作業流体１７２４は、ＥＯポンプ１７０８の動作に十分適した所望の特性を有するように選択され得る。ＥＯポンプ１７０８は、関心の流体１７０２の特性とは無関係に動作する。
【０１０７】
ＥＯポンプ１７０８は、関心の流体を押し込むか、または引き込んでもよい。作業流体は、脱イオン水を表してもよく、後に圧力勾配を関心の流体１７２０に発生させる。作業流体１７２４は、関心の流体１７１０が、ＥＯポンプ１７０８を通過する場合に、高いイオン強度であり（例えば、水酸化ナトリウム）、より高い電流を導き、したがって、より多くのガスを発生させるときに好適であり得る。
【０１０８】
図１７は、層８２０および８２２を相互に固定した後のマニホールド８１０の断面図を示す。例示だけを目的として、１つのＥＯポンプ１０を断面で示す。ＥＯポンプ１０は、原寸に比例してないことを認識されたい。ＥＯポンプ１０は、図１のＥＯポンプ１０の構造および参照番号を含み、したがって、ここではさらに論じない。
【０１０９】
構築されるときに、マニホールド８１０は、検出器係合端部８５２と、ライン終端部８５４とを有する。対応するコネクタ通路８２５、チャネル溝８４６、および通路８３４は、検出器係合端部８５２からライン終端部８５４まで延在する、１つのチャネル８６０を形成する。ライン終端部８５４は、ポンプ空洞８３０（図１６）と放出ライン８８４との間で流体連通している、レセプタクルを含む。密閉部材８８２は、レセプタクルに固定され、放出ライン８８４をポンプ空洞８３０のＩ／Ｏポートに連結する。さらに、マニホールド８１０は、ねじ穴８５１を使用してホルダ８０６（図１５）に固定し得る。マニホールド８１０が動作中であるとき、コネクタ８２４は、各チャネル８６０がフローセル８０２の中の対応するチャネルに接続するように、フローセル８０２（図１６）に密閉可能に接続される。広がりパターンのチャネル８６０を分配することによって、ＥＯポンプ１０は、より大きい構成要素（例えば、電極および多孔質コア）と適合し得、それによって、より大きい流速を可能にする。さらに、２つの層８２０と８２２との間にポンプ空洞８３０を分配することによって、マニホールド８１０の所定の幅の範囲内で、より多くのＥＯポンプ１０が使用され得る。
【０１１０】
図１８は、マニホールド８１０の中、またはフローセルの中で使用し得るＥＯポンプ９３３の断面である。示されるように、ポンプ空洞９３０は、放出ラインに至る通路９３４およびＩ／Ｏポート９１６と流体連通している。ＥＯポンプ９３３は、所定の距離だけ離れて位置付けられ、実質的に相互に平行な方向に延在する本体を有する、少なくとも２つの電極９３２および９３４を含む。電極９３２および９３４は、例えば、流体の流れを大幅に崩壊させないように、ワイヤコイル電極であってもよい。電極９３２および９３４は、接点（図示せず）に電気的に接続し、次に、電源に接続し得る。図１８において、電極９３２は、正に荷電して、アノードとして動作する。そして、電極９３４は、負に荷電して、カソードとして動作する。
【０１１１】
ＥＯポンプ９３３はまた、電極９３２と９３４との間に間置される、コア９４０を含む。コア９４０は、前述のコア１４に類似していてもよく、そこを通って流体が流れるのを可能にする、多数の小さい経路を含む。コア９４０は、コア９４０がポンプ空洞９３０を２つのリザーバ９４２および９４４に実質的に分離するように、ポンプ空洞９３０を横断して延在する形状を有する。電気電位が電極９３２と９３４との間に印加されるとき、流体は、コア９４０を通してリザーバ９４２からリザーバ９４４に流れる。前述のように、印加電位は、ガスの発生を導き得る（例えば、電極９３４の近くでＨ２が発生し、電極９３２の近くでＯ２が発生する）。ガスは、ガスがコア９４０を通って流れる流体に干渉しないように、ポンプ空洞９３０の頂部に向かって上昇し、それによってコア９４０を回避する。示されるように、ガスは、ポンプ空洞９３０の頂部に、ポケットを形成し得る（実線ＦＬで示す）。
【０１１２】
図１８に示されるように、ＥＯポンプ９３３は、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）から製造し得る、蒸気透過性膜９４６を含んでもよい。膜９４６は、コア９４０より上側に位置付けてもよく、一実施例では、コア９４０の外辺部の一部分を包囲する、カラーを形成し得る。膜９４６は、Ｏ２ガスが、リザーバ９４２からリザーバ９４４に通過するのを可能にする。同じく示されるように、ＥＯポンプ９３３は、リザーバ９４４内に触媒部材９４８を含んでもよい。触媒部材９４８は、電極９３２および９３４によって発生するガスを再結合するための触媒として動作する。膜９４６および触媒部材９４８は、ＥＯポンプ９３３の動作中に発生させられたときにガスが集まる領域の中で、コア９４０に近接して位置し得る。ガスをリザーバ９４４の中で混合するとき、触媒部材９４８は、Ｈ２およびＯ２ガスの水への再結合を促進し、次いで、流体をリザーバ９４４内に戻す。
【０１１３】
図１９は、代替の実施形態に従って形成されるＥＯポンプ１２３３の断面図である。ＥＯポンプ１２３３は、本明細書で論じられるフローセルおよび／またはマニホールドとともに使用してもよく、またはこれと統合し得る。さらに、ＥＯポンプ１２３３は、フローセル（図示せず）対応するチャネル（図示せず）の上流側、または下流側に位置付けてもよい。ＥＯポンプ１２３３は、ポンプ空洞１２２４内に位置付けられる。ＥＯポンプ１２３３は、所定の距離だけ離れて位置付けられる少なくとも２つの電極１２３２および１２３４を含み、実質的に相互に平行な方向に延在する本体を有する。電極１２３２および１２３４は、接点（図示せず）に電気的に接続し、次に、電源（図示せず）に接続し得る。図１９において、電極１２３２は、正に荷電して、アノードとして動作し、電極１２３４は、負に荷電して、カソードとして動作する。ＥＯポンプ１２３３はまた、電極１２３２と１２３４との間に間置される、多孔質コア媒体１２４０を含む。
【０１１４】
図１９に示されるように、コア１２４０は、電極１２３２を包囲する形状を有する。コア１２４０は、電極１２３２を囲む１つの部分を有してもよく、またはそれらの間に間置される電極１２３２を有する、２つの部分を含んでもよい。電気電位が電極１２３２と１２３４との間に印加されるとき、流体は、コア１２４０を通して内側リザーバ１２４２から外側リザーバ１２４４に流れる。前述のように、印加電位は、ガスの発生を導き得る（例えば、電極１２３４の近くでＨ２が発生させられ、電極１２３２の近くでＯ２が発生する）。ガスは、ガスがコア１２４０を通って流れる流体に干渉しないように、ポンプ空洞１２２４の頂部に向かって上昇し、それによってコア１２４０を回避する。ＥＯポンプ１２３３はまた、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）から製造し得る、蒸気透過性膜１２４６を含んでもよい。膜１２４６は、コア１２４０より上側に位置付けてもよく、一実施例では、コア１２４０を覆う、頂部を形成し得る。膜１２４６は、Ｏ２ガスが、リザーバ１２４２からリザーバ１２４４に通過するのを可能にする。同じく示されるように、ＥＯポンプ１２３３は、リザーバ１２２４内に触媒部材１２４８を含んでもよい。触媒部材７４８および９４８と同様に、触媒部材１２４８は、電極１２３２および１２３４によって発生するガスを再結合するための触媒として動作する。膜１２４６および触媒部材１２４８は、コア１２４０に近接して位置し、ガスが集まるガス収集領域１２４７をそれらの間に画定し得る。リザーバ１２４７の中でガスを混合するとき、触媒部材１２４８は、Ｈ２およびＯ２ガスの水への再結合を促進し、次いで、流体をリザーバ１２４４内に戻す。
【０１１５】
図１９において、ガスが再結合して水を形成するときに、水が膜１２４６の上に落ちるように、膜１２４６は、触媒部材１２４８より下側に位置付けられる。代替の実施形態では、水が膜１２４６の上に落ちるように、触媒部材１２４７は、膜１２４６の真上に位置付けられない。より具体的には、ポンプ空洞１２２４は、膜１２４６の真上にはないガス収集領域にガスを導くように構成し得る。例えば、ガス収集領域１２４７および触媒部材１２４８は、図１９に示される電極１２３４より上側に位置付けてもよい。ガスが再結合するとき、水は、電極１２３４の近くでリザーバ１２４４によって保持される流体の中に直接的に落ち、それによって、膜１２４６の上には落ちなくてもよい。
【０１１６】
図２０および２１は、それぞれ、代替の実施形態に従って形成し得る、マニホールド１０００および１０５０を示す。図２０は、出口マニホールド１０００の斜視図である。出口マニホールド１０００は、相互に併合および分岐する、多数の分岐チャネル１０１０を有する。各チャネル１０１０は、１つ以上のＥＯポンプ１０１５と流体連通し、各ＥＯポンプ１０１５は、１つ以上のチャネル１０１０と流体連通している。マニホールド１０００は、前述したように、フローセルに密閉可能に接続する。マニホールド１０００は、操作者が、異なるＥＯポンプ１０１５を異なる種類の溶液に使用するのを可能にする。例えば、操作者は、緩衝液用にＥＯポンプ１０１５Ａを使用し、別に、試薬溶液用にＥＯポンプ１０１５Ｂを使用し得る。このように、各フローセルチャネル（図示せず）の流体の流速は、２つ以上のＥＯポンプ１０１５によって制御されていてもよい。代替的に、ＥＯポンプ１０１５Ａおよび１０１５Ｂを、同時に使用し得る。
【０１１７】
図２１は、入口マニホールド１０５０の平面図であり、前述したように、フローセルから上流側に位置付けられる複数のＥＯポンプ１０５５を含む、「押し込み」マニホールドを示す。マニホールド１０５０は、反応が生じ得るフローセルからのチャネルと密閉可能に係合する、チャネル１０６０に強制的に流体を通過させる。
【０１１８】
さらに、複数のＥＯポンプは、１つのチャネルに対して直列（すなわち、カスケード）に、または並列に使用し得る。さらに、前述のＥＯポンプ１０、７０、１１０、４１０、９３３、１０１５、および１０５５は、対応する電極の極性を変えて、触媒部材または媒体を（必要に応じて）再配置することによって、流れの方向が逆にされ得るという点で、双方向性である。一実施形態において、ＥＯポンプは、筐体によって相互に統合および保持され、それによって、ユーザがＥＯポンプを反転させて流れの方向を変えるのを可能にする。
【０１１９】
図２２は、代替の実施形態に従って形成されるフローセル１３００の側面図である。フローセル１３００は、前述と同様に加工してもよく、基層１３０５と、チャネル層１３１０と、カバー層１３２０とを含んでもよい。フローセル１３００は、フローセル１３００が読み取られている間、システム５０によって垂直に保持される（すなわち、チャネル１３５０内の流体の流れは、重力と実質的に整合する）。流体の流れは、ＥＯポンプ１３３３に向かうもの、またはＥＯポンプ１３３３から離れるものであり得る。ＥＯポンプ１３３３は、前述したＥＯポンプと同様に構成し得る。しかしながら、ＥＯポンプ１３３３は、例えば、電極（図示せず）によって発生するガスが指定のガス収集領域まで上昇し得るように、上記に示される配向に対して約９０度回転させてもよい。フローセル１３００はまた、チャネル１３５０およびＥＯポンプ１３３３と流体連通している、通路１３４０を含む。一実施形態において、ＥＯポンプ１３３３は、前述したＥＯポンプと同様に機能し、動作する。代替的に、以下に説明するように、ＥＯポンプ１３３３は、チャネル１３５０を通して流体の方向および流速を制御する際に、弁と同様に動作し、機能し得る。
【０１２０】
図２３は、代替の実施形態に従って形成されるフローセル１４００の平面図である。図２３は、フローセル１４００の同じ端部上に入口および出口を有する、チャネルを示す。より具体的には、フローセル１４００は、複数のチャネル１４１０、１４２０、１４３０、および１４４０を含む。以下、フローセル１４００に向かって説明するが、チャネル１４１０、１４２０、１４３０、および１４４０の説明は、同様に、本明細書で説明される他のフローセルに適用し得る。チャネル１４１０は、端部１４５０に入口穴１４１１を有し、他端部１４６０までフローセル１４００の長さだけ延在する。チャネル１４１０は、次いで、チャネル１４１０が出口穴１４１２に到達するまで、端部１４５０に向かって引き返すように延在する。チャネル１４２０は、入口穴１４２１を含み、端部１４６０に向かって下方に延在する。端部１４６０に近接したとき、チャネル１４２０は、次いで、端部１４５０および出口１４２２に向かって引き返すように延在する。図２３に示されるように、チャネル１４２０は、端部１４５０から端部１４６０に延在するチャネル１４２０の一部分が、端部１４６０から端部１４５０に延在するチャネル１４２０の一部分を伴う壁に隣接する、またはこれを共有するように、急に、かつ鋭く端部１４５０に向かって引き返す。端部１４６０で、チャネル１４２０は、チャネル層内で引き返してもよく、またはチャネル層に戻る前に、フローセル１４００から延在するものを含む他の層（図示せず）の中に引き返し得る。
【０１２１】
同じく図２３に示されるように、チャネル１４３０および１４４０は、フローセル１４００内で相互に並行かつ隣接して延在する。チャネル１４３０は、入口穴１４３１と、出口穴１４３２とを含む。チャネル１４４０は、入口穴１４４１と、出口穴１４４２とを含む。示されるように、流体Ｆ５の流れは、流体Ｆ６の流れに対して反対の方向である。いくつかの実施形態において、チャネル１４３０および１４４０の中の流体は、流体流れシステムの別個のラインに属する。代替的に、チャネル１４３０および１４４０内の流体は、出口１４３２を通って流れる流体が、即時または最終的に、入口１４４１を通してチャネル１４４０に戻るように、流体流れシステムの共通ラインに属する。
【０１２２】
図２４は、１つ以上の加熱機構を統合するフローセル１５００の平面図である。フローセル１５００は、複数のチャネル１５１０、１５２０、１５３０、１５４０、１５５０、１５６０、および１５７０を示し、その全てが、対応するチャネルの上流側にある、入口ＥＯポンプ１５８０を含む。代替的に、ＥＯポンプは、対応するチャネルの下流側に位置付けられる、出口であってもよい。チャネル１５１０は、対応するＥＯポンプ１５８０と流体連通し、接点パッド１５９０に隣接、または近接して延びる、通路を含む。パッド１５９０は、チャネル１５１０内の流体の温度を調節するために、熱エネルギーを発生させる（または代替的に、熱エネルギーを吸収する）ように構成される。パッド１５９０は、金属合金および／または別の熱伝導性材料から作製し得る。同じく示されるように、チャネル１５２０および１５３０は、相互に隣接して延在し、チャネル１５２０と１５３０との間に延在する、熱伝導体１５９５を含む。パッド１５９０と同様に、熱伝導体１５９５は、チャネル１５２０および１５３０内の流体の温度を調節するように構成され、金属合金および／または別の熱伝導性材料から作製し得る。代替的に、各熱伝導体１５９５（２つ以上の場合）は、１つの対応するチャネルとだけ使用され得る。さらに、チャネル１５４０は、チャネル１５４０の底部を延長して、熱伝導体１５９５と同様に機能する、熱伝導体１５９６を利用する。
【０１２３】
同じく図２４に示されるように、フローセル１５００は、隣接するチャネル１５５０および１５７０の温度を調節するように、付加的なチャネル１５６０を利用し得る。より具体的には、チャネル１５６０を通って流れる流体は、隣接するチャネル１５５０および１５７０のための熱エネルギーを発生させる、またはこれらから熱エネルギーを吸収する、所定の温度（計算システムまたは操作者によって決定される）を有し得る。フローセル１５００は、複数の種類の統合型加熱機構を示すが、フローセル１５００（または本明細書で説明される他のフローセル）は、所望であれば、同じフローセル内の１つだけ、または１つ以上を使用し得る。さらに、各チャネルについて２つ以上の加熱機構を使用し得る。例えば、チャネルの一方を、熱を発生させる熱伝導体によって保温し得る。チャネルの他方は、熱エネルギーを吸収する熱伝導体によって保冷し得る。
【０１２４】
図２５は、一実施形態に従って形成される流体流れシステム２１００を示す。流体流れシステム２１００は、異なる種類の溶液を異なるデバイスまたはシステムに送達する際に流体またはマイクロ流体を利用する、システム５０等のあらゆるシステムとともに使用し得る。加えて、流体流れシステム２１００は、本明細書で論じられるフローセルおよびマニホールドのうちのいずれかを使用し得る。示されるように、流体流れシステム２１００は、対応する試薬または溶液を保持する、複数の溶液容器２１０２−２１０５を含む。各容器２１０２−２１０５は、対応する電気浸透流（ＥＯ）スイッチ２１１２−２１１５と流体連通している。ＥＯスイッチ２１１２−２１１５は、ＥＯポンプ７３０および８３３を参照して前述したものに類似した部品および構成要素を含む。しかしながら、ＥＯスイッチ２１１２−２１１５は、弁と同様に機能し、動作する。より具体的には、ＥＯスイッチ２１１２−２１１５は、ある方向の流体の運動に抵抗する。操作者または計算システムが、容器１１０２−１１０５のうちの１つからの溶液を使用するように所望するとき、電圧差動は、低減または完全にオフにされる。
【０１２５】
図２５に示されるように、流体流れシステム２１００は、場合によりＥＯスイッチ２１１２−２１１５等のＥＯスイッチを利用する、複数弁２１２０を含んでもよい。複数弁２１２０は、容器２１０２−２１０５からの溶液を相互に、または他の溶液（例えば、希釈用の水）と混合し得る。溶液は、次いで、随意のプライミングポンプ２１２６に接続し得る、プライミングバルブ（または逃し弁２１２４）に向かって方向付けてもよい。プライミングポンプ２１２６は、対応する容器２１０２−２１０５から溶液を吸い込むために使用し得る。プライミングバルブ２１２４（場合によりＥＯスイッチを含む）は、次いで、システム５０等の検出器システムの中に、またはフローセル２１１０の中に、溶液を導いてもよい。代替的に、溶液は、フローセル２１１０に取り付けられるマニホールド（図示せず）に方向付けられる。フローセル２１１０は、場合により、前述したようなＥＯポンプを含有する。流体流れシステム２１００はまた、対応するチャネルを通して溶液を吸い込み、随意に溶液を廃棄物リザーバの中に方向付けてもよい、チャネルポンプ２１３０を含んでもよい。
【０１２６】
前述のように、流体流れシステム２１００の多数のスイッチ、弁、およびポンプは、自動化された、または操作者によって制御される、コントローラまたは計算システムによって制御し得る。
【０１２７】
さらに、フローセルの中のチャネルおよびマニホールド筐体の位置、サイズ、経路、および断面形状は全て、検出器システム５０とともに使用するための所望の流速および／または設計に対して構成し得る。例えば、図１６のポンプ空洞８３０は、相互に共平面関係を有し得る。
【０１２８】
図３１は、別の実施形態に従って形成されるＥＯポンプ１８１０の側断面図を示す。ＥＯポンプ１８１０は、ＥＯポンプ１０、１１０、および４１０、または本明細書で説明される他のＥＯポンプと類似した構成要素および特徴を有し得る。図３１に示されるように、ＥＯポンプ１８１０は、内側ポンプ空洞１８２８を少なくとも部分的に画定する、筐体１８１２を含む。ＥＯポンプ１８１０はまた、ポンプ空洞１８２８を内側リザーバ１８３６および外側リザーバ１８３０に分離する、多孔質コア媒体１８１４を含む。ＥＯポンプ１８１０は、内側リザーバ１８３６の中に位置する複数の内側電極１８１６と、外側リザーバ１８３０の中に位置する複数の外側電極１８１７とを含むことができる。図示される実施形態は、複数の内側電極１８１６および複数の外側電極１８１７を示しているが、他の実施形態では、ＥＯポンプ１８１０は、１つだけの内側電極１８１６と複数の外側電極１８１７とを有してもよく、または代替的に、１つだけの外側電極１８１７と複数の内側電極１８１６とを有し得る。内側電極１８１６および外側電極１８１７は、所定または所望の手法で内側電極１８１６および外側電極１８１７に荷電するように構成される、電源１８０７（図３２）に連結し得る。
【０１２９】
同じく示されるように、筐体１８１２は、下部板１８２０および下部板１８２０上に静置する側壁１８２２によって構築し得る。下部板１８２０および側壁１８２２は、内側ポンプ空洞１８２８を少なくとも部分的に画定する。多孔質コア媒体１８１４は、ポンプ空洞１８２８内に位置付けられ、重力に対して長手方向軸１８４２に沿って直立構成で配向される。多孔質コア媒体１８１４は、相互に同心円状であってもよい、内面１８３２と、外面１８３４とを有する。多孔質コア媒体１８１４の内面１８３２は、長手方向軸１８４２に沿って相互から離間される対向端部１８３８および１８４０で開口し得る、内側リザーバ１８３６を包囲する。
【０１３０】
筐体１８１２は、少なくとも１つの流体入口１８４６と、少なくとも１つの流体出口１８４８とを有する。筐体１８１２は、内側リザーバ１８３６、多孔質コア媒体１８１４、および外側リザーバ１８３０に架かる上部領域全体にわたって延在するガス出口１８５０を形成する、開口頂部を含む。開口頂部ガス出口１８５０は、ガス透過性で液体非透過性の膜１８５６（例えば、改良型ＰＴＦＥまたは他の材料）を受容し得る。示されていないが、膜１８５６は、ＥＯポンプ１９１０の、内側リザーバとカバーまたは上部板との間に位置付けてもよい。膜１８５６はまた、周囲空気に露出し得る。
【０１３１】
示されていないが、いくつかの実施形態において、ＥＯポンプ１８１０は、随意に１つ以上の運動源を備えてもよい。例えば、運動源は、前述の運動源５８、６０、および１５８に類似していてもよい。また、随意に、ＥＯポンプ１８１０は、前述のフィルタ膜層１１５に類似したフィルタ膜層を含んでもよい。フィルタ膜層は、電極１８１６および１８１７と多孔質コア媒体１８１４との間の電荷の伝導を促進し得る。フィルタ膜層は、ガス気泡のガス出口１８５０に向かった移入を助長するように、親水性材料を含んでもよい。
【０１３２】
図３２は、ＥＯポンプ１８１０の上面図である。示されるように、ＥＯポンプ１８１０の内側電極１８１６Ａ−１８１６Ｄおよび外側電極１８１７Ａ−１８１７Ｄは、内側リザーバ１８３６および外側リザーバ１８３０内の異なる位置に位置し得る。図示の実施形態では、内側電極１８１６がアノードを構成し、一方で、外側電極１８１７がカソードを構成し得る。しかしながら、他の実施形態では、外側電極１８１７がアノードを構成し、内側電極１６がカソードを構成し得る。他の実施形態の説明と同様に、内側電極１８１６および外側電極１８１７は、アノードとカソードとの間に維持される電圧電位に基づいて、流体の流速を誘発し得る。内側電極１８１６および外側電極１８１７、ならびに多孔質コア媒体１８１４は、内側リザーバ１８３６および外側リザーバ１８３０との間に、多孔質コア媒体１８１４を通る流体の流れを誘発するように協働し得る。動作中に、ＥＯポンプ１８１０は、ポンプ空洞１８２８内にガス気泡を発生させ得る。
【０１３３】
さらに、内側電極１８１６および外側電極１８１７は、ポンプ空洞１８２８内にガス堆積を分配するように、および／またはポンプ空洞１８２８内の流体の流れを選択的に制御するように、相互に対して位置付けてもよい。電極１８１６および１８１７が荷電されるとき、ガスは、ポンプ空洞１８２８の特定の領域（例えば、電極表面）の中に集まり得る。このように、電極１８１６および１８１７は、ガスが所定または所望の領域内に移入して集まるように位置付けてもよい。代替として、または加えて、内側電極１８１６および外側電極１８１７は、流体の流れを制御するように位置付けてもよい。制御された流体の流れは、ＥＯポンプ１８１０内の表面からのガス気泡の脱離を促進し得る。例えば、流体がポンプ空洞１８２８内を第１の方向に流れるとき、ガス気泡は、概して、ポンプ空洞１８２８内の特定の領域の中、または特定の表面に集まり得る。より具体的には、ガス気泡は、内側電極１８１６および外側電極１８１７の表面に、または、多孔質コア媒体１８１４の表面に付着し得る。流体の流れを第１の方向から異なる第２の方向に変化させることで、表面からのガス気泡の脱離を促進し得る。ガス気泡は、次いで、重力の方向に基づいて、ポンプ空洞１８２８の所定の領域に移入し得る。
【０１３４】
図３２は、ポンプ空洞１８２８内のガス堆積および／または流体の流れを制御するための、内側電極１８１６および外側電極１８１７の配設の一実施例を示す。示されるように、内側電極１８１６は、ＥＯポンプ１８１０の幾何学的中心Ｃを通って延在する長手方向軸１８４２の周囲に空間的に分配される。内側電極１８１６は、各内側電極１８１６が内部正方形の１つのコーナ部を表す、正方形状の配設で位置付けてもよい。より具体的には、各内側電極１８１６は、２つの他の内側電極１８１６から等距離で、第３の内側電極１８１６に対角線的に向かい合って位置付けてもよい。同様に、外側電極１８１７は、各外側電極１８１７が外部正方形の１つのコーナ部を表す、正方形状の配設で位置付けてもよい。より具体的には、各外側電極１８１７は、２つの他の外側電極１８１７から等距離で、第３の外側電極１８１７に対角線的に向かい合って位置付けてもよい。内側電極１８１６および外側電極１８１７の正方形状の配設は、中心Ｃの周囲で相互に同心円状であってもよい。さらに、内側電極１８１６および外側電極１８１７の正方形状の配設は、対角線的に離間した外側電極１８１７が、２つの対角線的に離間した内側電極１８１６と交差する面上にあるように、中心Ｃの周囲を回転させてもよい。
【０１３５】
同じく図３２に示されるように、ＥＯポンプ１８１０は、配列決定回路１８２５を通して電源１８０７に電気的に連結し得る。配列決定回路１８２５は、所定の配列に従って内側電極１８１６および外側電極１８１７を選択的に荷電するように構成し得る。例えば、内側電極１８１６Ａ−１８１６Ｄおよび外側電極１８１７Ａ−１８１７Ｄは、相互に協調して選択的に荷電し得る。内側電極１８１６および外側電極１８１７は、ＥＯポンプ１８１０内のガスの堆積を制御するように、選択的に荷電し得る。電極が荷電されるとき、ガスは、電極の表面に形成し得る。続いて電極が荷電されないとき、表面のガスは、脱離してポンプ空洞の中の所定の領域に移入し得る。このように、内側電極１８１６および外側電極１８１７は、ガスをポンプ空洞１８２８内により均一に分配して、流体の流れの安定化および／またはＥＯポンプ１８１０の保守を容易にする。代替として、または加えて、内側電極１８１６および外側電極１８１７は、所望に応じて流体の流れを方向付けるように荷電し得る。
【０１３６】
表１−３は、内側電極１８１６Ａ−１８１６Ｄおよび外側電極１８１７Ａ−１８１７Ｄによって実行し得る、異なる電荷配列を示す。表１−３に列記される期間Ｔは、ほぼ等しい、または異なる場合がある。例えば、Ｔ_０−１は、Ｔ_１−２または他の期間Ｔよりも大きく、小さく、またはほぼ等しくなり得る。記号（−）は、負電荷を表し、記号（＋）は、正電荷を表し、記号０はいかなる電荷もないことを表す。電荷配列の１つのサイクルが完了した後、電荷配列は、再び連続ループで開始し得る。いくつかの実施形態において、各荷電電極は、電荷量をガス核形成の閾値をわずかに下回るように移入し得る。
【０１３７】
【表１】

【０１３８】
【表２】

【０１３９】
【表３】

表１−３は、図３１および３２に示されるような内側電極１８１６Ａ−１８１６Ｄおよび外側電極１８１７Ａ−１８１７Ｄの構成に対する、異なる配列を示す。しかしながら、図３１および３２は、単に、内側電極１８１６および外側電極１８１７の１つの例示的な空間的配設を示し、数多くの他の空間的配設を、所望の結果を生成するために使用し得る。例えば、内側電極１８１６は、三角形状の配設を形成してもよく、外側電極は、六角形状の配設を形成し得る。配設は、いくつかの様式で、相互に同心円状であっても、またはオフセットされてもよい。加えて、内側電極１８１６および外側電極１８１７は、等しく離間または分配する必要はないが、複数の電極を相互に群化させ、一方で、他の電極を遠隔に位置させてもよい。さらに、内側電極１８１６および外側電極１８１７は、長手方向軸１８４２に沿って延在する、ピン型電極である必要はない。例えば、内側電極１８１６および外側電極１８１７は、前述の電極２１６および２１７等の螺旋様式で湾曲していてもよい。内側電極１８１６および外側電極１８１７はまた、平面または湾曲した本体を有し得る。
【０１４０】
加えて、外側電極に対して等しくない数の内側電極があってもよい。例えば、１つだけの内側電極と、複数の外側電極があってもよい。そのような一実施形態において、外側電極は、所定の電荷配列を通して循環し得る。別の実施例として、１つの外側電極（カソード）を、一対の内側電極（アノード）と関連付けてもよい。内側電極の対は、交替様式で選択的に荷電してもよく、外側電極は、全体を荷電したままでもよい。内部および外側電極の空間的配設に加えて、内側リザーバ１８３０および外側リザーバ１８３６、ならびに多孔質コア媒体１８１４は、異なるサイズおよび形状を有し得る。さらに、種々の他の電荷配列を、例示的実施形態で、または代替の実施形態で使用し得る。
【０１４１】
図３３は、核酸またはタンパク質等の種またはポリマーを断片化または剪断するための別の実施形態に従って形成される、装置１８５０を示す。装置１８５０は、他の場所で説明されるＥＯポンプと類似した特徴を有し得る。同様に、装置１８５０はまた、流体の流れを誘発するように構成されるＥＯポンプであってもよい。生物学的または化学的分析における異なる方法およびシステムは、ＤＮＡまたはｓｓＤＮＡ断片等の断片を所望し得る。例えば、種々の配列決定プラットフォームは、続いて配列決定される一本鎖核酸テンプレートに分類されるＤＮＡ断片を含む、ＤＮＡライブラリを使用する。この目的を達成するために、装置１８５０は、本明細書で説明される種々のＥＯポンプと同じような手法で動作してもよく、類似した特徴を含んでもよい。装置は、核酸または他の種を含む、試料流体を受容し得る。核酸および他の生体分子は、正または負に荷電し得る。いくつかの場合において、生体分子は、１つの場所では負に荷電し、別の場所では正に荷電し得る。核酸等のポリマーの剪断または断片化に関して例示しているが、化学化合物、細胞、細胞器官、粒子、および分子複合体等の他の種を断片化または剪断するために、類似した装置および方法を使用することができる。
【０１４２】
示されるように、装置１８５０は、試料リザーバ１８６８を少なくとも部分的に画定する、筐体１８５２を含む。装置１８５０は、試料リザーバ１８６８内に位置付けられ、かつ試料リザーバ１８６８内に複数のチャンバ１８７１−１８７５を画定し得る、複数の剪断壁１８６１−１８６５を含んでもよい。より具体的には、剪断壁１８６１−１８６５は、複数の内部剪断壁１８６１−１８６４を包囲する、外部剪断壁１８６５を含む。随意に、外部剪断壁１８６５は、筐体１８５２から離間され、かつその間に外部チャンバ１８７５を画定し得る。剪断壁１８６１−１８６４は、チャンバ１８７１−１８７４を少なくとも部分的に画定し得る。示されるように、第１のチャンバ１８７１および第２のチャンバ１８７２を、剪断壁１８６１によって分離してもよく、第２のチャンバ１８７２および第３のチャンバ１８７３を、剪断壁１８６２によって分離してもよく、第３のチャンバ１８７３および第４のチャンバ１８７４を、剪断壁１８６３によって分離してもよく、また、第４のチャンバ１８７４および第１のチャンバ１８７１を、剪断壁１８６４によって分離し得る。本明細書で使用する場合、剪断壁によって分離されるあらゆる２つのチャンバは、隣接チャンバと称され得る。
【０１４３】
示されていないが、装置１８５０は、頂板および底板、またはカバー含んでもよく、また、前述したもの等の、ガス透過性ガスで液体非透過性の膜を含んでもよい。剪断壁１８６１−１８６５はまた、一体構造体に、または本体フィルタ１８６６の中に相互に結合し得る。本体フィルタ１８６６は、前述の多孔質コア媒体等の、多孔質材料から形成し得る。多孔質材料はまた、繊維メッシュ、フィルタ、またはスクリーンを備えてもよい。多孔質材料は、そこを通って種が流れるのを可能にするようにサイズ決定される、細孔を有し得る。例えば、多孔質材料は、そこを通って核酸が流れるのを可能にするようにサイズ決定される、細孔を有し得る。特定の実施形態において、細孔は、予め選択されたサイズカットオフより小さい核酸の通過を可能にするように、または核酸を所望のサイズに剪断するようにサイズ決定することができる。本体フィルタ１８６６は、フリットであり得、より具体的には、チャンバを形成する、内側十字形状壁を有している円筒フリットであり得る。代替的に、剪断壁１８６１−１８６５は、異なる材料を含んでもよい。他の実施形態において、剪断壁１８６１−１８６５の多孔質コア媒体は、異なる特性（例えば、異なる多孔性）を有する共通の材料を含む。さらに、いくつかの実施形態において、剪断壁１８６１−１８６５は、隣接チャンバ間で測定される。壁厚Ｔ_Ｈを有し得る。
【０１４４】
さらに、装置１８５０は、それぞれ、チャンバ１８７１−１８７４内に位置する、複数の電極１８８１−１８８４を含んでもよい。本明細書で説明される実施形態は、荷電種に力を及ぼす電場を発生させるように、電極を利用し得る。例えば、ＤＮＡ鎖は、典型的に、負に荷電する。代替として、または加えて、本明細書で説明される実施形態は、種を所望の方向に移動させるように流体の流れを誘発し得る。故に、電極１８８１−１８８４は、結果として生じる運動が、荷電種に及ぼされる力によって、および／または試料流体の流れによって引き起こされたかどうかに関わらず、１つ以上の剪断壁１８６１−１８６４を通して、核酸または他の生体分子もしくはポリマー等の種を移動させる、電場を発生させるように構成されてもよい。種が剪断壁の細孔を通過するにつれて、種は、より小さい片に断片化（または剪断）され得る。
【０１４５】
同じく示されるように、装置１８５０は、異なる電場を発生させて種を異なる方向に移動させるように、電極１８８１−１８８４のうちの１つ以上に選択的に荷電する、電源１８９０を含んでもよい。例えば、核酸は、核酸をほぼ所望のサイズに断片化するように、所定の配列に従って、剪断壁１８６１−１８６４を通って移動させるように構成し得る。代替的に、または加えて、多孔質材料の細孔サイズは、特定の最大サイズまたは特定のサイズ範囲の断片を生成するように選択することができる。例えば、核酸は、最大でも約１００ヌクレオチド、５００ヌクレオチド、１０００ヌクレオチド、２０００ヌクレオチド、５０００ヌクレオチドまたは１０，０００ヌクレオチドのサイズに断片化し得る。核酸断片の例示的なサイズ範囲は、約１００から約１０００ヌクレオチド、約１００から約１０，０００ヌクレオチド、約１０００から約１０，０００ヌクレオチド、約５００から約１０００ヌクレオチド、約５００から約１０，０００ヌクレオチド、または使用される剪断条件に起因する様々な範囲のうちのいずれかである。
【０１４６】
剪断壁用の多孔質材料内の細孔のサイズおよび密度は、その意図する目的のために構成し得る。例えば、平均細孔サイズは、約０．１μｍ、０．５μｍ、１μｍ、２μｍ、１０μｍ、１００μｍ、または１０００μｍであってもよい。細孔サイズは、約０．１μｍ未満、または約０．５μｍ未満であってもよい。細孔サイズはまた、約０．５μｍから約２０μｍ、または、約０．５μｍから約１０μｍであってもよい。より大きい細孔サイズを使用し得る。例えば、細孔サイズは、約１０μｍから約１００μｍ、または他の実施形態では、約１００μｍから約１０００μｍ以上であってもよい。さらに、細孔は、細孔を通る流体の流れおよび種の剪断のうちの少なくとも１つを促進するように構成される特性を伴う、表面被覆を有し得る。例えば、細孔の表面被覆は、疎水性であっても、親水性であってもよい。
【０１４７】
剪断壁の壁厚Ｔ_Ｈは、流体の流れ方向に沿って測定され得る。壁厚Ｔ_Ｈはまた、その意図する目的のために構成され得る。例えば、壁厚Ｔ_Ｈは、約２μｍ未満または約１０μｍ未満であってもよい。壁厚Ｔ_Ｈはまた、約２５μｍ未満または約５０μｍ未満であってもよい。より大きい壁厚Ｔ_Ｈを使用し得る。例えば、壁厚Ｔ_Ｈは、約１２５μｍ未満、約２５０μｍ未満、または約５００μｍ未満であってもよい。壁厚Ｔ_Ｈはまた、約１０００μｍ未満または約１０ｍｍ未満であってもよい。
【０１４８】
表４は、電極を動作させるための１つの所定の配列を示す。しかしながら、試料リザーバ１８６８を通る流路に沿って種を導くように、種々の所定の配列を構成し得る。剪断壁１８６１−１８６５は、種がそこを通って移動するように、流路内に位置付けてもよい。流路は、断片化プロセスに沿って種を移動させる経路である。流路に沿った移動は、試料流体の流れおよび／または種を荷電した場合に種に及ぼされる力によって引き起こし得る。いくつかの実施形態において、試料流体の流れおよび種に及ぼされる力は、共通の方向である。しかしながら、他の実施形態では、試料流体の流れおよび種に及ぼされる力は、反対の（すなわち、相互に打ち消す）方向であってもよい。
【０１４９】
表４および図３３を参照すると、第１段階において、バイアス電位または電場が荷電種に力を及ぼすように、電極１８８１および１８８２は、それぞれ、正および負に荷電され得る。代替的に、または加えて、種の移動は、電気浸透効果による試料流体の流れによって引き起こし得る。他の電極１８８３および１８８４は、いかなる電荷も有し得ない。電場は、種を第１のチャンバ１８７１から第２のチャンバ１８７２に移動させるように、所定の期間Ｔ_１にわたって保持し得る。種が剪断壁１８６１を通過するにつれて、種は、より小さいサイズ（例えば、長さ）に断片化または剪断され得る。
【０１５０】
【表４】

第２段階中に、電極１８８２および１８８３は、それぞれ、正および負に荷電され得、他の電極１８８１および１８８４は、いかなる電荷も有し得ない。発生する電場は、種を第２のチャンバ１８７２から第３のチャンバ１８７３に移動させる。断片が剪断壁１８６２を通過するにつれて、断片は、より小さいサイズにさらに断片化または剪断され得る。図示の実施形態において、剪断壁１８６１および１８６２は、共通の多孔性を有する。しかしながら、代替の実施形態では、剪断壁１８６１は、剪断壁１８６２の細孔よりも大きいサイズを有する細孔を有し得る。
【０１５１】
第３段階中に、電極１８８３および１８８４は、それぞれ、正および負に荷電され得、他の電極１８８１および１８８２は、いかなる電荷も有し得ない。発生する電場は、種を第３のチャンバ１８７３から第４のチャンバ１８７４に移動させる。種の断片が剪断壁１８６３を通過するにつれて、断片は、より小さいサイズにさらに断片化または剪断される。図示の実施形態において、剪断壁１８６２および１８６３は、共通の多孔性を有する。しかしながら、代替の実施形態では、剪断壁１８６２は、剪断壁１８６３の細孔よりも大きいサイズを有する細孔を有し得る。
【０１５２】
断片化プロセスの中のいくつかの時点で、一対の電極の電荷を切り替えてもよく、それによって、種の流れが逆転するように、電場を逆転させる。図示の実施形態に示されるように、断片は、第１から第３段階まで時計回り方向に移動する。第４段階から第６段階中に、断片が第４のチャンバから、第３のチャンバ、第２のチャンバ、および第１のチャンバに移動するように、断片を、反対方向（すなわち、反時計回り）に方向付けてもよい。断片化プロセス中に流れの方向を変えることで、電極１８８１−１８８４に対する断片の吸着の低減を促進し得る。しかしながら、代替の実施形態では、断片は、時計回りの様式でチャンバからチャンバへの移動を継続し得る。
【０１５３】
他の実施形態において、チャンバ１８７５はまた、その中に１つ以上の電極１８８５を有し得る。そのような実施形態において、試料流体は、概して、試料リザーバ１８６８の中に、または特にチャンバ１８７５の中に導入されてもよい。前述した荷電配列を実行する前に、それに応じて電極１８８１−１８８５を荷電することによって、種をチャンバ１８７１−１８７４内に移動させてもよい。より具体的には、電極１８８１−１８８４を負に荷電し、電極１８８５を正に荷電し得る。種が概ねチャンバ１８７１−１８７４内に位置した後、前述のように種を移動させるために、荷電配列を実行し得る。
【０１５４】
所望の断片サイズは、壁厚Ｔ_Ｈ、剪断壁の多孔性、細孔のサイズ、剪断壁を通る種の流速（関連する電極間のバイアス電位によって決定され得る）、断片化される材料の濃度、流体粘度、およびこれらの係数のうちの２つ以上の組み合わせが上げられるが、これらに限定されない、種々の係数を構成することによって得られ得る。
【０１５５】
示されていないが、装置１８５０は、前述の種々の実施形態のように、流体ネットワークの一部分であってもよく、またはフローセル内に位置し得る。装置１８５０はまた、マイクロプレート等のデバイスで使用し得る。
【０１５６】
図３４は、本明細書で説明される種々の実施形態によって使用されてもよい、流れシステム（またはサブシステム）１９００を示す。示されるように、流れシステム１９００は、流体送達ポートまたは入口１９０２と、流体チャネル１９０５を通して流体送達ポート１９０２と流体連通している、電気浸透流（ＥＯ）デバイス１９０４とを含む。ＥＯデバイス１９０４は、前述したもの等の、様々な種類のＥＯポンプであってもよく、または、装置１８５０等の、種断片化装置であってもよい。
【０１５７】
図示の実施形態において、ＥＯデバイス１９０４は、入口ポート１９１２と、出口ポート１９１４とを含んでもよい。示されていないが、ＥＯデバイス１９０４は、多孔質コア媒体によって分離される、別個のリザーバを含んでもよい。入口ポート１９１２が内側リザーバに、および出口ポート１９１４が外側リザーバに流体を送達してもよく、または代替的に、入口ポート１９１２が外側リザーバに、および出口ポート１９１４が内側リザーバに流体を送達し得る。
【０１５８】
流体送達ポート１９０２は、流体リザーバ１９１６と流体連通し、かつ流体リザーバ１９１６からの流体Ｆ_２を、流体チャネル１９０５を通って流れている流体Ｆ_１の中に導入するように構成される。図示の実施形態において、流体送達ポート１９０２およびＥＯデバイス１９０４は、流体チャネル１９０５に進入する流体Ｆ_２が、ＥＯデバイス１９０４の中に直接的に流れるように、相互に直接的に流体連通している。
【０１５９】
流体送達ポート１９０２は、ＥＯデバイス１９０４の中の流体の所望の流体環境の維持を促進し得る。ＥＯデバイスの動作中に、内部流体環境は、変化し得、または流体内のガスまたは材料によって影響を受け得る。故に、流体送達ポート１９０２は、その中の流体の電気化学性の維持、および／またはＥＯデバイス１９０４内の流速の維持を促進するように、流体Ｆ_２を導入し得る。流体Ｆ_２は、電気化学性を維持する、所定の特性または他の特徴を有し得る。故に、流れシステム１９００はまた、流体環境調節因子１９００と称し得る。
【０１６０】
他の実施形態において、流体Ｆ_２は、ＥＯデバイス内のあらゆる不要な化学薬品または物質を除去するように、流体チャネル１９０５を通して送達される洗い流しまたは洗浄溶液として排他的に機能し得る。例えば、核酸断片化装置を含む実施形態において、不要なＤＮＡ断片は、装置の多孔質コア媒体に付着したままであってもよい。流体Ｆ_２は、不要なＤＮＡ断片を除去するように導入し得る。例えば、流体Ｆ_２は、所定の荷電配列（すなわち、洗浄配列または洗い流し配列）を使用して、ＥＯデバイスを通して洗い流し得る。故に、流れシステム１９００はまた、洗い流しまたは洗浄システム１９００と称し得る。
【０１６１】
図３４には１つの流体リザーバ１９１６および流体チャネル１９０５だけしか示されていないが、代替の実施形態では、別個のチャネルがＥＯデバイス１９０４と流体連通していてもよい。それぞれの流体は、所望に応じて、ＥＯデバイス１９０４の内側リザーバのいずれかに導入し得る。
【０１６２】
前述の説明は、例示的なものであって、限定的なものではないことを理解されたい。このように、前述の実施形態（および／またはその側面）は、互いに組み合わせて使用し得る。加えて、特定の状況または材料に適合するように、本発明の範囲から逸脱することなく、本発明の教示に多くの変形を行ってもよい。本明細書で説明される種々の構成要素の寸法、材料の種類、種々の構成要素の配向、ならびに数および位置は、特定の実施形態のパラメータを画定することを意図したものであり、決して限定しようとするものではなく、単なる例示的な実施形態に過ぎない。
【０１６３】
当業者であれば、前述の説明を検討すれば、請求項の精神および範囲の範囲内にある多数の他の実施形態および変形が明白になるであろう。したがって、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲、それが権利化されるところの同等物の全範囲を参照して決定されるべきである。特許請求の範囲において、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」および「ここで（ｉｎ ｗｈｉｃｈ）」という語は、それぞれ、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」および「そこで（ｗｈｅｒｅｉｎ）」という語の平易な英語の同等物として使用される。「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という語は、本明細書でオープンエンドであることを意図しており、列挙された要素だけを含むのではなく、さらにあらゆる付加的な要素を包含する。さらに、以下の特許請求の範囲において、「第１の（ｆｉｒｓｔ）」、「第２の（ｓｅｃｏｎｄ）」、「第３の（ｔｈｉｒｄ）」等は、単に標識として使用されるものであり、それらの対象物に対して数値的な要件を加えることを意図していない。さらに、以下の特許請求の範囲の限定は、ミーンズプラスファンクション形式で記載されておらず、このような特許請求の範囲の限定が、明示的に、フレーズ「のための手段（ｍｅａｎｓ ｆｏｒ）」を使用し、その後に、さらなる構造を含まない機能が記述されていない限り、またはそのような記述があるまでは、合衆国法典第３５巻第１１２条、第６段落に基づいて解釈されることを意図していない。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプ空洞を有する筐体と、
多孔質コア媒体の外面の周囲に少なくとも部分的に延在する外側リザーバを形成するように、該ポンプ空洞内に位置付けられる多孔質コア媒体であって、該多孔質コア媒体は、開口内部チャンバを有し、該内部チャンバは、内側リザーバを表す、多孔質コア媒体と、
該内部チャンバの中に位置付けられ、該外面に近接して位置付けられる電極であって、該電極は、該内側および外側リザーバの間で該多孔質コア媒体を通る流体の流れを誘発し、ガスは、該電極が該流体の流れを誘発するときに発生する、電極と
を備え、該筐体は、該内側リザーバおよび該外側リザーバのうちの一方に該流体を運搬する、流体入口を有し、該筐体は、該内側リザーバおよび該外側リザーバのうちのもう一方から該流体を放出する、流体出口を有し、該筐体は、該ポンプ空洞から該ガスを放出する、ガス出口を有する、電気浸透流（ＥＯ）ポンプ。
【請求項２】
前記ガス出口は、液体不透過性でガス透過性の膜を含み、該液体不透過性でガス透過性の膜は、そこを通る前記流体の流れを遮断する一方で、そこを通るガスの流れを可能にする、液体不透過性でガス透過性の膜を含む、請求項１に記載のＥＯポンプ。
【請求項３】
前記多孔質コア媒体は、前記内側リザーバに沿って突出する長手方向軸を包み込み、該内側リザーバは、少なくとも１つの開口端部を有する、請求項１に記載のＥＯポンプ。
【請求項４】
前記多孔質コア媒体は、細長い円筒として形成され、第１の端部で開口し、前記内側リザーバは、該円筒内に位置付けられ、前記外側リザーバは、該円筒の外面の周囲に延在する、請求項１に記載のＥＯポンプ。
【請求項５】
前記内側リザーバは、開口端部を有し、前記多孔質コア媒体は、ガスが前記内側リザーバの中で発生させられたときに、該ガスが該開口端部を通して該内側リザーバから脱出して、前記ガス除去デバイスへと進行するように、重力に対して、該多孔質コア媒体より上側で垂直に位置付けられる、該内側リザーバの前記開口端部とともに配向される、請求項１に記載のＥＯポンプ。
【請求項６】
前記多孔質コア媒体は、前記ポンプ空洞を前記内側および外側リザーバに分離するように、該ポンプ空洞内に直立構成で配置される、円筒フリットを構成する、請求項１に記載のＥＯポンプ。
【請求項７】
前記電極は、前記多孔質コア媒体を通して前記内側リザーバから前記外側リザーバへの流体の流れを生成するように、該前記内側リザーバの中に配置されるアノードと、該外側リザーバの中に配置されるカソードとを含む、請求項１に記載のＥＯポンプ。
【請求項８】
前記ポンプ空洞は、前記多孔質コア媒体が位置付けられる底壁を含み、該底壁は、前記流体を該多孔質コア媒体の前記内部チャンバに送達するように、そこを通る前記流体入口を含む、請求項１に記載のＥＯポンプ。
【請求項９】
媒体コアの前記内部チャンバは、底端部および頂端部で開口し、前記流体は、前記多孔質コア媒体の前記底端部を通して該内部チャンバに進入し、前記ガスは、該内部チャンバから前記媒体コアの前記頂端部に方向付けられて放出される、請求項１に記載のＥＯポンプ。
【請求項１０】
前記ポンプ空洞は、該ポンプ空洞からガスが通気するのを可能にするように、前記ガス出口に近接する通気膜を保持する、頂壁を含む、請求項１に記載のＥＯポンプ。
【請求項１１】
前記ポンプ空洞は、該ポンプ空洞からガスが通気するのを可能にするように、前記ガス出口に近接する通気膜によって覆われる、開口頂部を含み、該通気膜は、前記ＥＯポンプ内の最外上部構造を表す、請求項１に記載のＥＯポンプ。
【請求項１２】
前記ポンプ空洞、多孔質コア媒体、および電極のうちの少なくとも１つの上の表面は、ガス気泡の付着を低減し、前記ガス除去デバイスに向かったガス気泡の移入を誘発するように、親水性材料で被覆される、請求項１に記載のＥＯポンプ。
【請求項１３】
前記電極のうちの少なくとも１つは、ピン形状を含む、請求項１に記載のＥＯポンプ。
【請求項１４】
前記電極のうちの少なくとも１つは、前記内部チャンバおよび前記多孔質コア媒体の前記外面のうちの１つに沿って延在する、コイルばね形状を含む、請求項１に記載のＥＯポンプ。
【請求項１５】
能動的に前記ガス気泡を脱離させるように、前記筐体、電極、およびガス気泡のうちの少なくとも１つへの運動を誘発する運動源をさらに備える、請求項１に記載のＥＯポンプ。
【請求項１６】
前記電極は、前記内側リザーバ内に位置する複数の内側電極と、前記外側リザーバ内に位置する１つの外側電極とを含み、該内側電極は、（ａ）該内側電極と該外側電極との間の流体の流れの制御、および（ｂ）前記ポンプ空洞内のガスの分配のうちの少なくとも１つを行うように、選択的に荷電される、請求項１に記載のＥＯポンプ。
【請求項１７】
前記内側電極は、異なる時間に選択的に荷電される、請求項１６に記載のＥＯポンプ。
【請求項１８】
前記外側電極は、複数の外側電極を備え、該複数の外側電極は、（ａ）前記流体の流れの制御、および（ｂ）前記ポンプ空洞内のガスの分配のうちの少なくとも１つを行うように、前記選択的に荷電される内側電極と協調して、異なる時間に選択的に荷電される、請求項１７に記載のＥＯポンプ。
【請求項１９】
前記電極は、前記外側リザーバ内に位置する複数の外側電極と、前記内側リザーバ内に位置する１つの内側電極とを含み、該外側電極は、（ａ）該内側電極と該外側電極との間の流体の流れの制御、および（ｂ）前記ポンプ空洞内のガスの分配のうちの少なくとも１つを行うように、選択的に荷電される、請求項１に記載のＥＯポンプ。
【請求項２０】
真空空洞を有する筐体であって、該真空空洞内で真空を誘発するよう真空源に連結されるように構成される、真空入口を有する、筐体と、
該真空空洞内に提供されるコア保持部材であって、長手方向軸に沿って延在する内部ポンプチャンバを有し、流体入口と、流体出口とを有し、ガス透過性かつ流体不透過性である、コア保持部材と、
該流体入口と流体出口との間で該コア保持部材内に提供される多孔質コア媒体と、
該多孔質コア媒体を通る流体の流れを誘発するように、該多孔質コア媒体に近接して位置する電極であって、該コア保持部材の該長手方向軸に沿って相互から分離される、電極と
を備える、電気浸透流（ＥＯ）ポンプ。
【請求項２１】
ガスは、前記流体の流れが前記多孔質コア媒体を通して誘発されるときに発生し、該ガスは、前記コア保持部材を通して外向きに前記真空空洞に移入する、請求項２０に記載のＥＯポンプ。
【請求項２２】
前記多孔質コア媒体は、対向端部分を有し、前記電極は、該多孔質コア媒体の対向端部分に重なり、かつそれらと同心円状に配設されるように、該多孔質コア媒体に対して離間される、請求項２０に記載のＥＯポンプ。
【請求項２３】
前記電極は、前記多孔質コア媒体を通して前記長手方向軸方向に前記流体を流れさせる電位を、該多孔質コア媒体全体に導入し、該流体が前記多孔質コア媒体を通って流れるにつれてガスが発生し、前記真空は、前記コア保持部材を通して外向きに該多孔質コア媒体の長手方向軸に対して直角な方向に移入するように、前記ガスを誘発する、請求項２０に記載のＥＯポンプ。
【請求項２４】
前記多孔質コア媒体は、前記長手方向軸に沿って前記内部ポンプチャンバを充填する、請求項２０に記載のＥＯポンプ。
【請求項２５】
前記コア保持部材は、対向端部において開口する、細長い円筒形状を有する、請求項２０に記載のＥＯポンプ。
【請求項２６】
前記流体入口および流体出口は、前記内部ポンプチャンバの対向端部に位置する、請求項２０に記載のＥＯポンプ。
【請求項２７】
前記コア保持部材は、ガス透過性で液体不透過性の材料で形成される外壁を有する、管を表し、前記流体が、該外壁内の前記管に沿って流れる一方で、ガスは、半径方向外向きに該外壁を通過する、請求項２０に記載のＥＯポンプ。
【請求項２８】
ポンプ空洞を有する筐体と、
出口リザーバから入口リザーバを分離するように該ポンプ空洞内に位置付けられる多孔質コア媒体と、
該入口リザーバの中および該出口リザーバの中に位置付けられる電極であって、該電極は、該入口および出口リザーバの間で該媒体を通る流体の流れを誘発し、ガスは、該電極が該流体の流れを誘発するときに発生する、電極と、
該ＥＯポンプの表面からのガス気泡の脱離を誘発するように構成される周期的エネルギー源と
を備え、該筐体は、該流体を該入口リザーバに運搬する、流体入口を有し、該筐体は、該流体を該出口リザーバから放出する、流体出口を有し、該筐体は、該ポンプ空洞から該ガスを除去する、ガス除去デバイスを有する、電気浸透流（ＥＯ）ポンプ。
【請求項２９】
前記周期的エネルギー源は、能動的にガス気泡を脱離させるように、前記電極のうちの少なくとも１つへの運動を誘発する、運動源を備える、請求項２８に記載のＥＯポンプ。
【請求項３０】
前記運動源は、超音波源、圧電アクチュエータ、および電磁源のうちの１つを構成する、請求項２９に記載のＥＯポンプ。
【請求項３１】
前記周期的エネルギー源は、能動的に前記ＥＯポンプの前記表面からガス気泡を脱離させるように、前記筐体への運動を誘導する、運動源を備える、請求項２８に記載のＥＯポンプ。
【請求項３２】
前記周期的エネルギー源は、前記電極のうちの少なくとも１つへの周期的電流または電圧を生成して、能動的にガス気泡を脱離させるように構成される、請求項２８に記載のＥＯポンプ。
【請求項３３】
前記ＥＯポンプを通して運搬される前記流体は、関心の流体とは別個かつ異なる作業流体を表し、前記作業流体は、前記関心の流体を移動させるように、該関心の流体の圧力勾配を発生させる、請求項２８に記載のＥＯポンプ。
【請求項３４】
前記ＥＯポンプは、作業流体を受容する入口を含み、該ＥＯポンプは、チャネルを通してフローセルと連結され、該フローセルは、関心の流体を受容し、前記作業流体は、該フローセルを通して該関心の流体を移動させるように、該関心の流体の圧力勾配を発生させる、請求項２８に記載のＥＯポンプ。
【請求項３５】
核酸を断片化するための装置であって、
試料リザーバであって、その中に核酸を有する試料流体を含む、試料リザーバと、
該試料リザーバ内に位置付けられる、少なくとも１つの剪断壁であって、そこを通って核酸が流れるのを可能にするようにサイズ決定される細孔を有する多孔質材料を含む、剪断壁と、
複数のチャンバであって、隣接するチャンバは、対応する剪断壁によって相互から分離され、該対応する剪断壁の該多孔質材料を通して相互に流体連通している、複数のチャンバと、
該試料リザーバ内に位置する電極であって、該電極は、電場を発生させるように構成され、所定の配列に従って荷電され、核酸は、近似サイズの核酸断片を発生させるように、該所定の配列に従って、該剪断壁を通して移動させられる、電極と
を備える、装置。
【請求項３６】
前記所定の配列に従って前記電極を荷電する、電源をさらに備え、該電源は、前記電場を切り替えるように、該電極の電荷を交替させ、該電場は、前記核酸を第１の方向に移動させるように、所定の期間にわたって保持され、次いで、該核酸を異なる第２の方向に移動させるように、別の所定の時間にわたって切り替えられる、請求項３５に記載の装置。
【請求項３７】
前記少なくとも１つの剪断壁は、第１および第２の剪断壁を備え、該第１および第２の剪断壁は、異なる細孔サイズを有する、請求項３５に記載の装置。
【請求項３８】
前記複数のチャンバは、少なくとも３つのチャンバを含み、前記所定の配列は、前記少なくとも３つのチャンバのうちの前記隣接するチャンバを分離する、前記対応する剪断壁を通して前記核酸を移動させる、請求項３５に記載の装置。
【請求項３９】
核酸を断片化するための装置であって、
核酸を有する試料流体を含む、試料リザーバと、
該試料リザーバ内に位置付けられる剪断壁であって、そこを通って核酸が流れるのを可能にするようにサイズ決定される細孔を有する多孔質材料を含む、剪断壁と、
該剪断壁によって分離される、第１および第２のチャンバであって、該剪断壁の該多孔質材料を通して相互に流体連通している、第１および第２のチャンバと、
それぞれ、該第１および第２のチャンバ内に位置する、第１および第２の電極であって、該第１および第２の電極は、電場を発生させるように構成され、該核酸は、該剪断壁を通って移動し、それによって該核酸を断片化する、第１および第２の電極と、
を備える、装置。
【請求項４０】
前記試料流体は、所定の期間にわたって第１の方向に流れ、前記第１および第２の電極は、該試料流体が反対の第２の方向に流れるように、前記電場を逆転させるように構成される、請求項３９に記載の装置。
【請求項４１】
種を断片化するための装置であって、
種を有する試料流体を含む、試料リザーバと、
該試料リザーバ内に位置する電極であって、電場を発生させて、流路に沿って該種を移動させるように構成される電極と、
該試料リザーバ内に位置付けられる、剪断壁であって、そこを通って種が流れるのを可能にするようにサイズ決定される細孔を有する、多孔質材料を含む、剪断壁であって、該電極が該電場を発生させるときに該種が該剪断壁を通って流れるように、該流路内に位置付けられる、剪断壁であって、そこを通って該種が移動するにつれて該種を断片化する、剪断壁と
を備える、装置。

【図１】

【図２Ａ】

【図２Ｂ】

【図３】

【図４】

【図５】

【図６】

【図７】

【図８】

【図９】

【図１０Ａ】

【図１０Ｂ】

【図１０Ｃ】

【図１０Ｄ】

【図１１】

【図１２Ａ】

【図１２Ｂ】

【図１２Ｃ】

【図１２Ｄ】

【図１２Ｅ】

【図１３】

【図１４】

【図１５】

【図１６】

【図１７】

【図１８】

【図１９】

【図２０】

【図２１】

【図２２】

【図２３】

【図２４】

【図２５】

【図２６】

【図２７】

【図２８】

【図２９】

【図３０】

【図３１】

【図３２】

【図３３】

【図３４】

【公表番号】特表２０１２−５１００６３（Ｐ２０１２−５１００６３Ａ）
【公表日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５３７７４３（Ｐ２０１１−５３７７４３）
【出願日】平成２１年１１月２５日（２００９．１１．２５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０６５９３８
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０６２９６５
【国際公開日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【出願人】（５００３５８７１１）イルミナ　インコーポレイテッド (7)
【出願人】（５１１１２３８０９）ザ　アリゾナ　ボード　オブ　リージェンツ　フォー　アンド　オン　ビハーフ　オブ　アリゾナ　ステイト　ユニバーシティ (1)
【Ｆターム（参考）】