流体制御処理システム
【課題】試料の分析物の有無を決定するために、同一の装置を使用する異なるプロトコルにより、流体試料を容易に処理する。
【解決手段】特定の実施例では、複数チャンバ間の流体の流れを制御する流体制御処理システムは、流体移動チャンバ５０と流体工学的に結合された流体処理領域を含む本体を備える。上記流体移動チャンバは減圧できて流体を上記チャンバに吸引すると共に、加圧できて流体を上記チャンバから放出する。本体は複数の外部ポート４２，４６を含む。流体試料処理領域は少なくとも２つの外部ポートと流体工学的に結合される。流体移動チャンバは少なくとも１つの外部ポートと流体工学的に結合される。本体は少なくとも複数のチャンバに対して調整可能であって１つの外部ポートを複数のチャンバと選択的に流体で連通するように配置する。
【解決手段】特定の実施例では、複数チャンバ間の流体の流れを制御する流体制御処理システムは、流体移動チャンバ５０と流体工学的に結合された流体処理領域を含む本体を備える。上記流体移動チャンバは減圧できて流体を上記チャンバに吸引すると共に、加圧できて流体を上記チャンバから放出する。本体は複数の外部ポート４２，４６を含む。流体試料処理領域は少なくとも２つの外部ポートと流体工学的に結合される。流体移動チャンバは少なくとも１つの外部ポートと流体工学的に結合される。本体は少なくとも複数のチャンバに対して調整可能であって１つの外部ポートを複数のチャンバと選択的に流体で連通するように配置する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に流体の取扱いに関し、特には、処理と分析のための流体を計測し分配するシステムと方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療用流体または環境用流体などの分析は、一般に、流体試料の化学的、光学的、電気的、機械的、熱的、音響的な処理を含む一連の処理ステップを伴う。ベンチトップ装置や使い捨てカートリッジ或いはこれらを組み合せたものに組み込まれようとも、典型的には、このような処理は複合流体アセンブリと処理アルゴリズムを伴う。
【０００３】
流体試料を処理する従来のシステムは一連のチャンバを用い、各チャンバは特定の処理ステップに流体試料を露呈させるように形成されている。流体試料がチャンバからチャンバへ連続的にシステムを通って流れるとき、流体試料は特定のプロトコルに従って処理ステップを経る。異なるプロトコル（手続き）は異なる形態を必要とするので、このような連続的に処理する形態のを用いた従来のシステムは、異なるプロトコルに対して多用化できず、容易に適合できない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、流体を取り扱うための装置と方法を提供する。本発明の実施形態は、例えば試料中の溶解物の有無を決定するために、同じ装置を使用して、異なるオプロトコルに従って流体試料を容易に処理できる。特定の実施形態では、装置はロータリ弁の形態を用いて、流体試料チャンバと、複数のチャンバとを流体で選択的に連通する。上記複数のチャンバには、例えば、試料チャンバと、廃棄物チャンバと、洗浄チャンバと、溶解物チャンバと、主要混合物チャンバが含まれる。流体試料処理領域とチャンバの中の流体の流れは、ロータリ弁の位置を調整することによって制御される。このようにして、装置内の流体の計量と分布は、特定のプロトコルに依って変化し得る。従来の装置と異なり、流体の流れは、最早、特定のプロトコルに限定されない。その結果、装置はより多様性があって能動的であり、異なるプロトコルに適用できる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一局面によると、複数のチャンバ内の流体を制御するための流体制御処理システムは本体を備え、本体は流体処理領域を含み、流体処理領域は流体移動チャンバと流体で結合される。流体移動チャンバは、減圧できて流体移動チャンバに流体を引き込み、また、加圧できて流体移動チャンバから流体を排出する。本体は複数の外部ポートを含む。流体試料処理領域は複数の流体処理ポートを含み、各流体処理ポートは外部ポートの１つと流体で結合される。流体移動チャンバは、少なくとも１つの外部ポートと流体で結合される。上記本体は、複数のチャンバに対して調整可能であって、外部ポートは、複数のチャンバと流体で選択的に連通するように配置される。
【０００６】
或る実施形態では、上記本体はチャンバに対して調整可能であって、一時、複数のチャンバの１つに流体で連通するように外部ポートを配置している。流体試料処理領域は流体移動チャンバと少なくとも１つの外部ポートとの間に配置される。流体試料処理領域は能動部材を備え、上記能動部材は、例えば、微小流動チップと、固相物質と、フィルタまたはフィルタスタックと、親和マトリックスと、磁性分離マトリックスと、サイズ排除コラムと、毛細管などを含んでいる。エネルギー伝送部材は、流体試料処理領域と作動可能に結合されていて、その中にエネルギーを伝送してその中に含まれる流体を処理する。一実施形態では、上記本体は交差溝を含み、上記本体は、複数のチャンバに対して調整可能であって、２つのチャンバ間を流体で連通するように交差チャンネルを配置できる。
【０００７】
本発明の別の局面によると、複数のチャンバ内の流体の流れを制御するための流体制御理システムは、流体試料処理領域を含む本体を備え、上記領域は流体移動チャンバと連続的に流体で結合される。流体移動チャンバは減圧できて、流体を流体移動チャンバに引き込み、また、加圧できて、流体移動チャンバから流体を排出する。上記本体は複数の外部ポートを含む。上記流体処理領域は、外部ポートの内の少なくとも２つと流体で結合される。流体移動チャンバは、外部ポートの内の少なくとも１つと流体で結合される。上記本体は、複数のチャンバに対して調整可能であって、上記複数のチャンバと流体で選択的に連通するように、外部ポートの内の少なくとも１つを配置する。
【０００８】
或る実施形態では、本体は複数のチャンバに対して調整可能であり、複数のチャンバの内の１つと流体で連通するように、一時、少なくとも１つの外部ポートを配置する。上記本体は外部ポートを閉じるために複数のチャンバに対して調整可能であって、流体移動チャンバと試料流体処理領域とは、流体移動チャンバから流体工学的に分離している。流体試料処理領域は、流体試料の試料成分（例えば、細胞、胞子、ウィルス、大小の分子、プロテイン）を捕獲するための捕獲部材を備える。上記捕獲部材は、１個以上のフィルタ、微小流体チップトフィルタペーパー、ビーズ、膜、ガラスウール、ポリマー或いはゲルを備える。
【０００９】
本発明の別の局面は、弁と複数のチャンバとの間の流体の流れを制御するための方法である。弁は複数の外部ポートを含み、上記方法は、上記複数のチャンバに対して弁を調整することを備えて、複数のチャンバと流体で選択的に連通するように外部ポートを配置する。
より特定すれば、本願発明は以下の項目に関し得る。
（項目１）
複数のチャンバの中の流体の流れを制御するための流体制御処理システムであって、
複数のチャンバを有するハウジングと、
流体移動領域と流体工学的に連続的に結合される流体試料処理領域を含む本体とを備え、上記流体移動領域は減圧できて流体を上記流体移動領域内に引き込むと共に、加圧できて流体を上記流体移動領域から放出し、上記本体は複数の外部ポートを含み、上記流体試料処理領域は複数の流体処理ポートを含み、上記流体処理ポートの各々は上記外部ポートの１つと流体工学的に結合され、上記流体移動領域は少なくとも１つの上記外部ポートと流体工学的に結合され、上記本体は上記ハウジングに対して調整できて、上記外部ポートが上記複数のチャンバと流体で選択的に連通するように配置され得ることを特徴とするシステム。
（項目２）
複数のチャンバの中の流体の流れを制御するための流体制御処理システムであって、
流体移動領域と流体工学的に連続的に結合される流体試料処理領域を含む本体を備え、上記流体移動領域は減圧できて流体を上記流体移動領域内に引き込むと共に、加圧できて流体を上記流体移動領域から放出し、上記本体は複数の外部ポートを含み、上記流体試料処理領域は複数の流体処理ポートを含み、上記流体処理ポートの各々は上記外部ポートの１つと流体工学的に結合され、上記流体移動領域は少なくとも１つの上記外部ポートと流体工学的に結合され、上記本体は複数のチャンバに対して軸の周りに回転可能に調整できて、上記外部ポートが上記複数のチャンバと流体で選択的に連通するように配置され得ることを特徴とするシステム。
（項目３）
項目１または２に記載のシステムにおいて、
上記本体は上記ハウジングに対して調整可能であって、一時、１つの外部ポートを上記複数のチャンバの１つと流体で連通するように配置していることを特徴とするシステム。（項目４）
項目１乃至３のいずれかに記載のシステムにおいて、
上記本体は上記ハウジングに対して調整可能であって、一時、少なくとも２つの外部ポートを上記複数のチャンバのいずれかと流体で連通するように配置されるように配置していることを特徴とするシステム。
（項目５）
複数のチャンバの中の流体の流れを制御するための流体制御処理システムであって、
複数のチャンバを有するハウジングと、
流体移動領域と流体工学的に連続的に結合された流体試料処理領域を含む本体とを備え、上記流体移動領域は減圧できて流体を上記流体移動領域内に引き込むと共に、加圧できて流体を上記流体移動領域から放出し、上記本体は複数の外部ポートを含み、上記流体試料処理領域は少なくとも２つの上記外部ポートと流体工学的に結合され、上記流体移動領域は少なくとも１つの上記外部ポートと流体工学的に結合され、上記本体は上記ハウジングに対して調整できて、少なくとも１つの上記外部ポートを上記複数のチャンバと流体で選択的に連通するように配置することを特徴とするシステム。
（項目６）
複数のチャンバの中の流体の流れを制御するための流体制御処理システムであって、
流体移動領域と流体工学的に連続的に結合された流体試料処理領域を含む本体を備え、上記流体移動領域は減圧できて流体を上記流体移動領域内に引き込むと共に、加圧できて流体を上記流体移動領域から放出し、上記本体は複数の外部ポートを含み、上記流体試料処理領域は少なくとも２つの上記外部ポートと流体工学的に結合され、上記流体移動領域は少なくとも１つの上記外部ポートと流体工学的に結合され、上記本体は複数のチャンバに対して軸の周りに回転可能に調整できて、少なくとも１つ上記外部ポートを上記複数のチャンバと流体で選択的に連通するように配置することを特徴とするシステム。
（項目７）
項目５または６に記載のシステムにおいて、
上記本体は上記ハウジングに対して調整可能であって、一時、高々１つの外部ポートを上記複数のチャンバの１つと流体で連通するように配置していることを特徴とするシステム。
（項目８）
項目５乃至７のいずれかに記載のシステムにおいて、
流体移動チャンバと上記処理領域とが上記チャンバ領域から流体工学的に分離されるために、外部ポートを閉じるように上記本体は上記ハウジングに対して調整可能であることを特徴とするシステム。
（項目９）
項目５乃至８のいずれかに記載のシステムにおいて、
上記流体試料処理領域は、流体試料の成分を捕獲するための捕獲部材を備えていることを特徴とするシステム。
（項目１０）
項目１乃至９のいずれかに記載のシステムにおいて、
上記流体試料処理領域は複数の流体処理ポートを含み、上記流体処理ポートの各々は、少なくとも１つの上記外部ポートと連続的に流体工学的に結合されることを特徴とするシステム。
（項目１１）
項目１乃至１０のいずれかに記載のシステムにおいて、
上記流体移動領域は上記本体の流体移動チャンネルと流体工学的に結合され、流体処理ポートの１つは上記本体の流体処理チャンネルと流体工学的に結合され、上記流体移動チャンネルと上記流体処理チャンネルとは１つの外部ポートで流体工学的に結合されていることを特徴とするシステム。
（項目１２）
項目１乃至１１のいずれかに記載のシステムにおいて、
上記流体試料処理領域は、上記流体移動領域と少なくとも１つの外部ポートの間に配置されて、上記流体移動領域と上記少なくとも１つの外部ポートとの間の流体の流れが、流体試料処理領域を通過することを特徴とするシステム。
（項目１３）
項目１乃至１２のいずれかに記載のシステムにおいて、
上記外部ポートは上記本体の外部ポート表面の上に配置されていることを特徴とするシステム。
（項目１４）
項目１乃至１３のいずれかに記載のシステムにおいて、
上記外部ポート表面は略平面であることを特徴とするシステム。
（項目１５）
項目１乃至１４のいずれかに記載のシステムにおいて、
上記本体は、上記外部ポートが上記複数のチャンバと流体で選択的に連通するよう配置され得るように、上記複数のチャンバに対して軸の周りに回転可能であり、上記軸は上記外部表面に対して垂直であり、上記外部ポートは上記軸から共通半径だけ間隔が開いていることを特徴とするシステム。
（項目１６）
項目１乃至１５のいずれかに記載のシステムにおいて、
上記流体移動領域は、容積の増加によって減圧可能であると共に容積の減少によって加圧可能であることを特徴とするシステム。
（項目１７）
項目１乃至１６のいずれかに記載のシステムにおいて、
上記流体移動領域内に配置された流体移動部材をさらに備え、上記流体移動部材は、上記流体移動領域の容積を調整するために、移動できることを特徴とするシステム。
（項目１８）
項目１乃至１７のいずれかに記載のシステムにおいて、
上記流体移動部材は、上記流体移動領域内で直線方向に移動できるピストンを備えていることを特徴とするシステム。
（項目１９）
項目１乃至１８のいずれかに記載のシステムにおいて、
上記流体移動部材はピストンシャフトを備え、上記ピストンシャフトは、上記ピストンシャフトを駆動するためのピストンロッドの端部に接続されて、上記流体移動領域内で移動し、上記ピストンロッドよりも断面積が小さいことを特徴とするシステム。
（項目２０）
項目１乃至１９のいずれかに記載のシステムにおいて、
上記流体試料処理領域と作動可能に結合されたエネルギー伝達部材を備えて、上記エネルギー伝達部材は上記流体試料処理領域内に含まれる流体を処理するためにエネルギーを上記流体試料処理領域に伝達することを特徴とするシステム。
（項目２１）
項目１乃至２０のいずれかに記載のシステムにおいて、
上記流体試料処理領域と上記エネルギー伝達部材との間に配置されたカバーをさらに備えていることを特徴とするシステム。
（項目２２）
項目１乃至２１のいずれかに記載のシステムにおいて、
上記カバーは可撓性フィルムであることを特徴とするシステム。
（項目２３）
項目１乃至２２のいずれかに記載のシステムにおいて、
上記エネルギー伝達部材は、上記流体試料処理領域内に上記カバーを介して音響エネルギを伝達するために、上記カバーと接触する音響部材を備えていることを特徴とするシステム。
（項目２４）
項目１乃至２３のいずれかに記載のシステムにおいて、
上記本体は、交差チャンネルを含み、上記本体は上記ハウジングに対して調整可能であって、吸引チャンバおよびソースチャンバと流体で連通するように交差チャンネルを配置して、上記ソースチャンバから上記交差チャンネルを通って上記吸引チャンバに流体が吸引できることを特徴とするシステム。
（項目２５）
項目１乃至２４のいずれかに記載のシステムにおいて、
上記外部ポートは、軸に垂直な略平坦な外部ポート表面の上に配置され、上記外部ポートは上記軸の周りに複数のチャンバに対して回転できて、上記外部ポートを複数のチャンバと流体で選択的に連通するように配置し、交差チャンネルは上記外部ポート表面上に交差溝を備えていることを特徴とするシステム。
（項目２６）
項目１乃至２５のいずれかに記載のシステムにおいて、
上記外部ポートは上記軸から外部ポートの半径の範囲内に配置され、上記交差溝は上記軸から交差溝の半径の範囲内に配置され、上記外部ポート半径の範囲と上記交差溝の半径の範囲とは重複しないことを特徴とするシステム。
（項目２７）
項目１乃至２６のいずれかに記載のシステムにおいて、
上記交差溝は、上記軸から共通の交差溝の半径上に在る円弧であることを特徴とするシステム。
（項目２８）
項目１乃至２７のいずれかに記載のシステムにおいて、
上記外部ポートは、上記軸から共通の半径だけ間隔が開いていることを特徴とするシステム。
（項目２９）
項目１乃至２８のいずれかに記載のシステムにおいて、
上記外部ポートは上記本体の回転の長手軸に対して略円錐形の外部ポート表面上に配置されて、上記外部ポートは上記長手軸の周りの第２外部ポートから角度間隔の開いた第１外部ポートを含んでいることを特徴とするシステム。
（項目３０）
項目１乃至２９のいずれかに記載のシステムにおいて、
上記本体は上記縦軸の周りに上記複数のチャンバに対して回転可能であって、上記外部ポートは上記複数のチャンバと流体で選択的に連通するように配置され得て、上記第１外部ポートは第１横断面上に在り、上記第１横断面は縦軸に垂直であると共に縦軸に垂直な第２横断面から縦軸方向にオフセットされていて、第２外部ポートは上記第１平面上に在ることを特徴とするシステム。
（項目３１）
項目１乃至３０のいずれかに記載のシステムにおいて、
上記本体は外部ポート表面上に配置された交差溝を含んでいることを特徴とするシステム。
（項目３２）
項目１乃至３１のいずれかに記載のシステムにおいて、
上記交差溝は、上記第１横断面から上記第２横断面への間において長手方向に延在していることを特徴とするシステム。
（項目３３）
項目１乃至３２のいずれかに記載のシステムにおいて、
上記流体試料処理領域は、微小流体チップと固相物質とフィルタとフィルタスタックと親和性マトリックスと磁気分離マトリックスとサイズ排除コラムと毛細管とからなるグループから選択された能動部材を備えていることを特徴とするシステム。
（項目３４）
項目１乃至３３のいずれかに記載のシステムにおいて、
少なくとも２つの上記複数のチャンバは、上記チャンバ間のチャンバ容積を変更できる可撓性壁によって分離されていることを特徴とするシステム。
（項目３５）
項目１乃至３４のいずれかに記載のシステムにおいて、
上記複数のチャンバは、入口ポートと出口ポートと上記入口ポートに配置されたフィルタとを含む側部チャンバを備えていることを特徴とするシステム。
（項目３６）
弁と複数のチャンバとの間の流体の流れを調節するための方法であって、上記弁は複数の外部ポートと流体移動領域とを含み、上記流体移動領域は流体試料処理領域と流体で連続的に結合され、上記流体試料処理領域は少なくとも２つの外部ポートと流体で結合している上記方法において、
外部ポートを上記複数のチャンバと流体で選択的に連通するように設置するために、上記複数のチャンバに対して上記弁を調整することを備えていることを特徴とする方法。
（項目３７）
項目３６に記載の方法において、
上記弁が流体工学的に上記チャンバから分離するために、上記弁が調整されて上記外部ポートを閉じることを特徴とする方法。
（項目３８）
項目３６または３７に記載の方法において、
上記流体移動領域と上記流体試料処理領域とを加圧することを備えていることを特徴とする方法。
（項目３９）
項目３６乃至３８のいずれかに記載の方法において、
上記弁が調整されて、上記チャンバの１つと流体で連通するように１つの外部ポートを設置し、さらに上記流体移動領域を減圧して流体を上記チャンバから上記弁に吸引することを特徴とする方法。
（項目４０）
項目３６乃至３９のいずれかに記載の方法において、
上記弁が調整されて、上記チャンバの１つと流体で連通するように１つの外部ポートを設置し、さらに上記流体移動領域を加圧して流体を上記弁から上記チャンバ内に放出することを特徴としていることを特徴とする方法。
（項目４１）
項目３６乃至４０のいずれかに記載の方法において、
上記弁は交差チャンネルを含み、上記弁が調整されて、１つの外部ポートを第１チャンバと流体で連通しするように配置すると共に、上記交差チャンネルを上記第１チャンバと第２チャンバとに流体で連通するように配置することを特徴とする方法。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の１実施形態による流体制御処理システムの斜視図である。
【図２】図２は、図１のシステムの別の斜視図である。
【図３】図３は、図１のシステムの分解図である。
【図４】図４は、図２のシステムの分解図である。
【図５】図５は、図１のシステムの流体制御装置とガスケットの正面図である。
【図６】図６は、図５の流体制御装置とガスケットの底面図である。
【図７】図７は、図５の流体制御装置とガスケットの平面図である。
【図８】図８は、図７の回転流体制御装置の８−８線断面図である。
【図９−１】図９Ａと９ＡＡは、図１の流体制御処理システムを使用して流体を制御し処理するための特定のプロトコルを示す平面図と断面図である。
【図９−２】図９Ｂと９ＢＢは、図１の流体制御処理システムを使用して流体を制御し処理するための特定のプロトコルを示す平面図と断面図である。
【図９−３】図９Ｃと９ＣＣは、図１の流体制御処理システムを使用して流体を制御し処理するための特定のプロトコルを示す平面図と断面図である。
【図９−４】図９Ｄと９ＤＤは、図１の流体制御処理システムを使用して流体を制御し処理するための特定のプロトコルを示す平面図と断面図である。
【図９−５】図９Ｅと９ＥＥは、図１の流体制御処理システムを使用して流体を制御し処理するための特定のプロトコルを示す平面図と断面図である。
【図９−６】図９Ｆと９ＦＦは、図１の流体制御処理システムを使用して流体を制御し処理するための特定のプロトコルを示す平面図と断面図である。
【図９−７】図９Ｇと９ＧＧは、図１の流体制御処理システムを使用して流体を制御し処理するための特定のプロトコルを示す平面図と断面図である。
【図９−８】図９Ｈと９ＨＨは、図１の流体制御処理システムを使用して流体を制御し処理するための特定のプロトコルを示す平面図と断面図である。
【図９−９】図９Ｉと９ＩＩは、図１の流体制御処理システムを使用して流体を制御し処理するための特定のプロトコルを示す平面図と断面図である。
【図９−１０】図９Ｊと９ＪＪは、図１の流体制御処理システムを使用して流体を制御し処理するための特定のプロトコルを示す平面図と断面図である。
【図９−１１】図９Ｋ、９ＫＫ、９Ｋ’Ｋ’は、図１の流体制御処理システムを使用して流体を制御し処理するための特定のプロトコルを示す平面図と断面図である。
【図９−１２】図９Ｌと９ＬＬは、図１の流体制御処理システムを使用して流体を制御し処理するための特定のプロトコルを示す平面図と断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の別の実施形態による流体制御処理システムの分解斜視図である。
【図１１】図１１は、図１０の流体制御装置の断面図である。
【図１２−１】図１２Ａは、図１０の流体制御処理システムを使用して流体を制御し処理する特定のプロトコルを示す平面図である。
【図１２−２】図１２Ｂは、図１０の流体制御処理システムを使用して流体を制御し処理する特定のプロトコルを示す平面図である。
【図１２−３】図１２Ｃは、図１０の流体制御処理システムを使用して流体を制御し処理する特定のプロトコルを示す平面図である。
【図１２−４】図１２Ｄは、図１０の流体制御処理システムを使用して流体を制御し処理する特定のプロトコルを示す平面図である。
【図１２−５】図１２Ｅは、図１０の流体制御処理システムを使用して流体を制御し処理する特定のプロトコルを示す平面図である。
【図１２−６】図１２Ｆは、図１０の流体制御処理システムを使用して流体を制御し処理する特定のプロトコルを示す平面図である。
【図１２−７】図１２Ｇは、図１０の流体制御処理システムを使用して流体を制御し処理する特定のプロトコルを示す平面図である。
【図１２−８】図１２Ｈは、図１０の流体制御処理システムを使用して流体を制御し処理する特定のプロトコルを示す平面図である。
【図１２−９】図１２Ｉは、図１０の流体制御処理システムを使用して流体を制御し処理する特定のプロトコルを示す平面図である。
【図１２−１０】図１２Ｊは、図１０の流体制御処理システムを使用して流体を制御し処理する特定のプロトコルを示す平面図である。
【図１２−１１】図１２Ｋは、図１０の流体制御処理システムを使用して流体を制御し処理する特定のプロトコルを示す平面図である。
【図１２−１２】図１２Ｌは、図１０の流体制御処理システムを使用して流体を制御し処理する特定のプロトコルを示す平面図である。
【図１２−１３】図１２Ｍは、図１０の流体制御処理システムを使用して流体を制御し処理する特定のプロトコルを示す平面図である。
【図１２−１４】図１２Ｎは、図１０の流体制御処理システムを使用して流体を制御し処理する特定のプロトコルを示す平面図である。
【図１３】図１３は、軟質壁チャンバの断面図である。
【図１４】図１４は、ピストンアセンブリの断面図である。
【図１５】図１５は、側部フィルタチャンバの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
特定の実施形態の説明
図１〜４は流体制御処理システム１０を示し、上記システム１０は、複数のチャンバ１３を有するハウジング１２を含んでいる。図１は、例証のために露出されたチャンバ１３を示す。図３と４において最も良く分かるように、流体制御装置１６と反応容器１８とはハウジングの別々の位置に接続されている。図示された実施例における流体制御装置は回転式流体制御弁１６である。上記弁１６は、ディスク部２２と管状部２４とを有する弁本体２０を含んでいる。ディスク部２２は、図３において最も良く分かるように、平坦な外部ポート表面２３を有している。弁１６はハウジングに対して回転可能である。ハウジング１２は複数のチャンバポート２５を含み、チャンバポート２５は弁６のディスク状部２２の外部ポート表面２３に面して、チャンバ１３と弁１６との間で流体が連通する。オプションのシールまたはガスケット２６は、ディスク部２２とハウジング１２との間に配置される。ディスク部２２は、さらに、フィルタまたはフィルタスタック２７と、外部カバー２８と、歯状外周部２９とを含んでいる。上記カバー２８は剛性のシェル（外殻）または可撓性のフィルムである。
【００１２】
図４において最もよく分かるが、ディスク部２２は流体試料処理領域３０を含んでいる。「流体試料処理領域」という用語は、ここで使用される場合、流体試料が処理される領域のことである。上記処理は、限定されることなく、化学的処理、光学的処理、電気的処理、機械的処理、熱的処理、音響的処理を含む。例えば、化学的処理は触媒を含み、光学的処理は紫外線活性を含み、電気処理は電気穿孔または電気泳動を含み、機械的処理はフィルタリングや加圧やセル破壊を含み、熱的処理は加熱または冷却と含み、音響処理は超音波の使用を含み得る。流体試料処理領域は、流体の処理を容易にするために、フィイルタ２７のような能動部材を含む。能動部材の例としては、マイクロ流体チップと、固相物質と、フィルタまたはフィルタの積層と、親和性マトリックスと、磁気分離マトリックスと、寸法排除コラムと、毛細管などが含まれる。適切な固相物質には、限定されることなく、ビード、ファイバ、膜、フィルタペーパー、ガラスウール、ポリマー、ゲルが含まれる。特定の実施形態では、流体試料処理領域は、例えば反応容器１８においてさらに処理するために試料を作成するのに使用される。
【００１３】
図５〜８に示されているように、外部カバー２８は、流体試料処理領域３０と弁１６のディスク部２２の底端部を封じる。図８において、処理領域３０は、第１流体処理チャンネル３４に結合した第１流体処理ポート３２と、第２流体処理チャンネル３８に結合した第２流体処理ポート３６とを含んでいる。上記第１流体処理チャンネル３４は、外部ポート表面２３の第１外部ポート４２で終る第１外部導管４０に接続されている。一方、第２流体処理チャンネル３８は、外部ポート表面２３の第２外部ポート４６で終る第２外部導管４４に接続されている。流体移動チャンネル４８は、一端が第１流体処理チャンネル３４と第１導管４０とに結合され、他端が流体移動チャンバ５０に結合されている。第１外部導管４０は共通導管として機能して、流体は、第１外部ポート４２と、第１流体処理チャンネル３４と流体移動チャンネル４８とのいずれか一方または両方との間で連通することができる。処理流域３０は流体移動チャンバ５０と流体で連続的に連通する。
【００１４】
図６〜８に示されているように、外部ポート４２と４６とは、互いに、弁１６の軸５２に対して約１８０度程の角度が開いている。外部ポート４２と４６とは、軸５２から半径方向に等距離、間隔が開けられている。軸５２は外部ポート表面２３に対して垂直である。別の実施形態では、外部ポート４２と４６との間の角度間隔は異なってもよい。ディスク部２２のチャンネルの形状は、別の実施形態では異なっていてもよい。例えば、第１流体処理チャンネル３４と第１外部導管４０とは、傾斜して、直接流体移動チャンバ５０と結合してもよい。これによって流体移動チャンネル４８は排除される。第２流体移動チャンネル３８は傾斜して、第２流体処理ポート３６と第２外部ポート４６との間を直線的に延在してもよい。これによって、第２外部導管４４は排除される。さらに、弁１６には、より多くのチャンネルや外部ポートが設けられてもよい。図３において最も良く分かるように、望ましくは、交差チャンネルすなわち溝５６が外部ポート表面２３上に設けられる。上記溝５６は湾曲していて、望ましくは、軸５２から一定半径だけ間隔が開けられている。一実施形態において、溝５６は、軸５２から共通の半径上にある円弧である。下文により詳細に議論されるように、溝５６は容器を充填するために使用される。
【００１５】
図８に示されるように、流体移動チャンバ５０は、実質的に弁１６の管状部２４内に配置され、部分的にディスク部２２にまで延在している。プランジャまたはピストンの形態をした流体移動部材５４がチャンバ５４内に移動可能に配置されている。ピストン５４が上方に移動すると、チャンバ５０の容積が拡大し、吸引力が生じて流体をチャンバ５０内に引き込む。ピストン５４が下方に移動すると、チャンバ５０の容積が減少してチャンバ５０から流体を排出させる。
【００１６】
ロータリ弁１６が、図１〜４のハウジング１２に対して、軸５２の周りを回転するとき、外部ポート４２と４６の１つが開き、チャンバ１３または反応容器１８の内の１つが流体で繋がるか、或いは、外部ポート４２と４６の両方が塞がれ閉じられる。この実施形態では、外部ポート４２と４６の内の高々１つのみが、チャンバまたは反応容器１８の１つと流体で繋がる。他の実施形態では、両方の外部ポート４２，４６が、別々のチャンバまたは反応容器１８と流体で繋がるように形成され得る。このようにして、弁１６はハウジング１２に対して回転できて、外部ポート４２と４６は、チャンバ１３と反応容器１８とを含む複数のチャンバと流体で選択的に繋がるように配置され得る。外部ポート４２，４６が開または閉になっているかに依って、また、ピストン５４が上方に移動しているか或いは下方に移動しているかに依って、弁１６内の流体の流れはその方向を変えることができ、外部ポート４２，４６は夫々入口ポートから出口ポートに切り換えることができて、流体の流れは処理領域３０を通過するか、或いは処理領域３０を迂回する。特定の実施形態では、第１外部ポート４２は入口ポートであり、処理領域の入り口側は処理領域３０の出口側よりも流体移動チャンバ５４に近い。
【００１７】
弁１６の流体測定および分配機能を明らかにするために、図９Ａ〜９ＬＬは、特定のプロトコルに対する弁１６の作動状態を示している。図９Ａと９ＡＡでは、弁１６の回転によって、外部ポート４２が試料チャンバ６０と流体で繋がるように配置されている。ピストン５４は上方に引っ張られて、試料チャンバ６０から第１外部導管４０と流体移動チャンネル４８を経て流体移動チャンバ５０に流体試料を引ぱり出す。簡単にするため、図９Ａ〜９ＬＬでは、ピストン５４は示されていない。次に、弁１６が回転され、図９Ｂと９ＢＢに示すように、第２外部ポート４６は廃棄チャンバ６４と流体で繋がるように配置される。ピストン５４が下方に押されて、流体試料は、流体試料処理領域３０を通って廃棄チャンバ６４に追いやられる。特定の実施形態では、流体試料処理領域３０はフィルタまたはフィルタスタック２７を含み、それを通過する際に、流体試料から試料成分（例えば、細胞、胞子、微生物、ウィールス、プロテインなど）を捕獲する。フィルタスタックの例は、同一出願人の２０００年５月３０日に出願された「細胞分裂の装置と方法」と題する同時係属米国特許出願第０９／５８４，３２７号に記載されており、その全体の内容はこの言及によって本文に組み込まれる。代替え実施形態では、他の能動部材が処理領域３０に設けられている。試料成分を捕獲するこれら初めの２ステップは、要望に応じて繰返される。
【００１８】
図９Ｃと９ＣＣでは、弁１６が回転されて、第１外部ポート４２が洗浄チャンバ６６と流体で繋がるように配置される。ピストン５４が上方に引っ張られて、洗浄流体が、処理領域３０を迂回して、洗浄チャンバ６６から流体移動チャンバ５０へと引き込まれる。次に、図９Ｄと９ＤＤに示すように、弁１６が回転されて、第２外部ポート４６は処理チャンバ６４と流体で繋がるように配置される。ピストン５４が下方に押されて、洗浄流体は、流体試料処理領域３０を通って破棄チャンバ６４に追しやられる。上記洗浄ステップは、要望に応じて、繰返されてもよい。この中間洗浄は、弁１６内の不要な残留物を除去するために用いられる。
【００１９】
図９Ｅと９ＥＥでは、弁１６が回転されて、第１外部ポート４２は溶解物チャンバ７０に流体で繋がるように配置される。ピストン５４が上方に引張られて、溶解物は、処理領域３０を迂回して、溶解物チャンバ７０から流体移動チャンバ５０に引っ張り込まれる。次に、弁１６が回転されて、図９Ｆと９ＦＦに示されるように、第２外部ポート４６が破棄チャンバ６４と流体で繋がる。ピストン５４は下方に押し下げられて、溶解物流体は流体試料処理領域３０を通って破棄チャンバ６４に追いやられる。図９Ｇと９ＧＧでは、弁１６が回転されて、外部ポート４２，４６を閉塞する。ピストン５４が下方に押し下げられて、残存する溶解物流体と、流体試料処理領域３０において捕獲された試料成分とを加圧する。付加的なエネルギーが処理領域３０での混合物に印加されてもよい。例えば、超音波ホーンのような音響部材７６が外部カバー２８に接触して配置されて、試料成分の溶解を容易にする音響エネルギーを処理領域３０に伝えてもよい。一実施形態では、外部カバー２８は可撓性フィルムで作られ、上記可撓性フィルムは溶解時に加圧下で引き伸ばされて音響部材７６に接触し、音響エネルギーを処理領域３０に伝送する。
【００２０】
好ましい一実施形態でのカバー２８は、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエステル、或いは他のポリマーなどの重合体物質でできた可撓性膜である。この膜は、例えば積層された層状膜であるか、或いは、複数の同種の膜でもよい。層状膜は、一般に均一膜よりも良好な強度と構造的健全性を有しているので好ましい。特に、層状のポリプロピレン膜は、ポリプロピレンがポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）に対して抑制作用がないので、現在の所好ましい。この代わりとして、カバー２８は剛性のあるプラスチックのような他の物質を備えてもよい。
【００２１】
一般的に、エネルギーを処理領域３０に伝えるために処理領域３０に作動可能に結合されたエネルギー伝送部材は、超音波トランスデューサ（変換器）や圧電性トランスデューサや磁気歪トランスデューサや静電トランスデューサである。上記エネルギー伝送部材は、音声コイルモータやソレノイド装置などの巻線コイルを有する電磁装置であってもよい。現在のところ、上記エネルギー伝送部材は、超音波ホーンのような音響部材であることが好ましい。適切なホーンは、アメリカ合衆国０６４７０−１６１４コネチカット州ニュートン、チャーチヒル５３にオフィスのあるソニックスアンドマテリアルズ社から入手できる。この代わりに、上記音響部材は圧電ディスクまたは他の超音波トランスデューサを備え、カバー２８に接合できる。代替えの実施形態では、エネルギー伝送部材は熱エネルギを処理領域３０に伝えるための熱要素（例えばヒータ）、或るいは電気エネルギーを処理領域３０に伝えるための電気要素である。さらに、例えば、処理領域を加熱すると共に超音波処理して、処理領域で捕獲された細胞や胞子やウィールスや細菌などの溶解する多重型エネルギ伝達部材が同時に使用されてもよい。
【００２２】
図９Ｈと９ＨＨでは、バルブ１６が回転して、第２外部ポート４６を主要混合チャンバ７８に流体で連通する。ピストン５４が下方に押圧されて、混合物を溶出し、処理領域３０から主要混合チャンバ７８に移動する。主要混合チャンバ７８は、典型的には、試料と混合される試薬（すなわち、ＰＣＲ試薬や蛍光プローブ）を含んでいる。図９Ｉと９ＩＩに示されるように、弁１６を回転させてポート４６を流体で連通するように配置した後、過剰の混合物は第２外部ポートを経て廃棄チャンバ６４に分配される。次に、この混合物は、トグリングによって主要混合チャンバ５０で混合される。これは、図９Ｊと９ＪＪに示されるように、流体移動チャンバ５０を主要混合チャンバ７８に流体で連通するように配置することによって実施される。処理領域３０におけるフィルタを介しての混合物のトグリングすることによって、例えば、フィルタに捕獲された大きな粒子を一時的に移動させて、小さな粒子を通過させることができる。
【００２３】
弁１６が回転されて、図９Ｋと９ＫＫと９Ｋ'Ｋ'とに示すように、第１外部ポート４２は、反応容器１８に結合された第１ブランチ８４と流体で連通する。一方、反応容器１８に結合された第２ブランチ８６は、交差溝５６に流体で連通するように配置される。第１ブランチ８４と第２ブランチ６８とは、弁１６の軸５２から異なる半径に配置される。第１ブランチ８４は第１外部ポート４２と共通の半径をもち、第２ブランチ８６は交差溝５６と共通の半径を持つ。交差溝５６は、また、主要混合チャンバ７８（図９Ｋ）と流体で連通し、主要混合チャンバ７８と第２ブランチ８６との間の空隙（ギャップ）を架橋する働きがあって、それらの間で交差流を与える。外部ポートは、軸から外部ポート半径の範囲内に配置され、交差溝は軸から交差溝半径の範囲に配置される。ここにおいて、外部ポート半径の範囲と交差溝半径の範囲とは重複しない。交差溝５６を、外部ポート４２４６の半径と異なる半径に配置することには利点がある。何故ならば、上記汚染物質は、弁１６が回転運動する結果、外部ポート４２，４６の半径にある弁１６とハウジング１２との間の表面近くの領域に存在するので、汚染物質による交差溝５６の交差汚染を回避できるからである。このようにして、外部ポート４２と４６の半径が重なる形態を含んだ別の交差溝の形態が使用されてもよい。図示の実施形態は、外部ポート４２，４６の半径にある弁１６とハウジング１２との間の表面近くの領域から上記交差溝５６を分離して汚染させない好ましい配置である。
【００２４】
反応容器１８を充填するために、ピストン５４は上方に引っ張られて、主要チャンバ７８内の混合物を引き出し、混合物は、交差溝５６と第２ブランチ８６を通って、反応容器１８内に入る。このような構成では、反応容器１８は吸引チャンバまたは第１チャンバと称され、主要混合チャンバ７８は源泉チャンバまたは第２チャンバと称される。次に、弁１６が回転されて、図９Ｌと９ＬＬに示されるように、第１ブンランチ８４に流体で連通するように第２外部ポート４２を配置する。ピストン５４は、下方に押し下げられて、反応容器１８内の混合物を加圧する。反応容器１８は熱反応チャンバに挿入されて、核酸の増幅と検出或いはそれらのいずれか一方を行なう。２つのブランチ８４と８６によって、反応容器１８の反応チャンバの充填および排出が行なわれる。容器は、超音波溶接や機械的接合などによってハウジング１２に接合される。或いは、例えば成形によってハウジング１２と一体に形成されてもよい。流体試料を分析するための反応容器を使用することは、「化学反応を行なうためのカートリッジ（Cartridge for Conducting a Chemical Reaction）」と題する２０００年５月３０日に出願された同一出願人の同時係属米国特許出願第０９／５８４,３２８号に記載されている。
【００２５】
図３〜８の弁１６を作動させるために、典型的には、ステップモータのようなモータがディスク部２２の歯状外周部２９結合され、ハウジング１２に対して弁１６を回転させて流体を高精度で分配する。正確な計測を行なうために、典型的にはリニアーモータなどが、ピストン５４を上下に正確に駆動するのに使用され、また、所望のプロトコルによってコンピュータ制御される。
【００２６】
図１０は、流体制御チャンネルブハウジングまたはブロック１０２に回転可能に結合された別の弁１００を示す。反応容器１０４はハウジング１０２に切り離し可能に結合されている。弁１００は、一般に、図１１に示すように、長軸を持つ管状部材である。ピストン１０６は、移動可能に弁１００に接続され、ピストン１０６が上下に動かされるときに、流体移動チャンバ１０８の容積を変化させる。カバー１０９は、弁１００の底部近くに配置される。流体試料処理領域１１０は、弁１００の中に配置され、流体移動チャンバ１０８と流体で連通する。弁１００は、図１１に最も良く示されているように、第１ポート１１１と第２ポート１１２として一対の開口を含む。図示された実施形態では、ポート１１１と１１２とは、約１２０度の角度間隔があるが、代替えの実施形態では、この間隔は異なってもよい。交差チャンネル１１４は、弁１００の外部表面１１６上に形成され、図１０に示すように略長手方向に延在する。２つのポート１１１と１１２とは、長手軸１０５に沿って互いに長手方向に異なるレベルでずら（オフセット）されて配置されている。交差溝１１４は、軸１０５の長手方向に延在して、ポート１１１と１１２との２つのレベ
ルを架橋する。
【００２７】
ハウジング１０２は、ポート１１１、１１２と溝１１４とを有する弁１００の部分を収容するために開口部１１８を有する。開口部１１８の周りの内部表面１２０は、弁１００の外部表面と協同するように形成されている。ガスケットが内部表面１２０と外部表面１１６との間に配置されているが、好ましい実施形態では、付加的なガスケットを使用することなく，密封効果のある傾斜の付いた円錐面１２０，１１６が採用される。ハウジング１０２は複数のチャンネルとポートを含み、弁１００はその軸１０５の周りに回転できて、ポート１１１，１１２は、ハウジング１０２内の複数のチャンネルと流体で連通するように配置されている。ポートが開であるか閉であるによって、また、ピストン１０６が上方または下方に移動してかで、弁１００内の流体の流れは、方向を変化させることができる。ポート１１１，１１２は、夫々、入口ポートから出口ポートに切り換えることができる。
【００２８】
弁１００の流体の測定と分配の機能を実証するために、図１２Ａ〜１２Ｎは特定プロトコルに対する弁１００の作動状況を示している。図１２Ａに示すように、ハウジング１０２は複数の流体チャンネルを含んでいる。便宜上、チャンネルは次のようにラベル付けされる。主要混合チャンネル１３０、溶解物チャンネル１３２、試料チャンネル１３４、洗浄チャンネル１３６、廃棄物チャンネル１３８、第１ブランチ１４０、第２ブランチ１４２。チャンネル１３０〜１３８は、内部表面１２０から略平坦な外部表面１４４に延在し、ブランチ１４０，１４２は、内部表面１２０から略平坦な別の外部表面１４６に延在している（図１０）。組立ての際に、第１ポート１１１とチャンネル１３０〜１３４とは、長手軸１０５に垂直な第１横断面上に在る。一方、第２ポート１１２とチャンネル１３６，１３８と２つのブランチ１４０，１４２とは、長手軸１０５と垂直な第２横断面上に在る。第２横断面は、第１横断面から長手方向にオフセットされている。便宜上、第２ポート１１２とチャンネル１３６，１３８とブランチ１４０，１４２とは、それらが第１ポート１１１とチャンネル１３０〜１３４から長手方向にオフセットされていることを陰影を付けて示されている。交差溝１１４は長手方向に延在して、第１横断面と第２横断面との間のオフセット（ずれ）を架橋（橋渡）している。チャンバ本体１５０は、ハウジング１０２に接続され（図１０）、主要混合チャンバと溶解物チャンバと試料チャンバと洗浄チャンバと廃棄物チャンバとを含み、それらは夫々チャンネル１３０〜１３８と流体で結合される。第１ブランチ１４０と第２ブランチ１４２とは、反応容器１０４と流体で結合される。
【００２９】
図１２Ａでは、第１ポート１１１は、試料チャンネル１３４と流体で連通するように配置され、ピストン１０６が上方に引っ張られて、流体試料を吸引して流体チャンバ１０８に入れる（図１１）。次に、弁１００が回転して、廃棄チャンネル１３８に流体で連通するように第２ポート１１２を配置する。ピストン１０６が下方に押し下げられて、流体試料を、配置チャンバ１０８から処理領域１１０を通り、破棄チャンネル１３８を通って外に出す。これらのステップは、典型的には、例えば、フィルタのような捕獲部材上に試料成分を捕獲するための処理領域１１０を介して、全試料が処理されるまで繰返される。
【００３０】
図１２Ｃにおいて、弁１００を回転して、洗浄チャンネル１３６と流体で連通するように第２ポート１１２を配置し、ピストン１０６を上方に押し上げることによって処理領域１１０に洗浄流体を吸引する。次に、弁１００を回転させて、廃棄チャンネル１３８と流体で連通するように第２ポート１１２を配置する。ピストン１０６が下方に押し下げられて、処理領域１１０から廃棄チャンネル１３８を通って洗浄流体を外に出す。上記洗浄ステップは、要望通り、弁１００の中の不要な残留物を除去するために繰返される。
【００３１】
分解のために、弁１００を回転して、図１２Ｅに示すように、第１ポ−ト１１１を流体移動チャンネル１３２に流体で連通させ、ピストン１０６が下方に押し下げられて、溶解物流体を流体移動チャンバ１０８内に引き込んむ。図１２Ｆでは、弁１１０を回転して、２つのポート１１１と１１２を閉じる。ピストン１０６は、下方に押し下げられて溶解物流体を処理領域１１０に押し込み、溶解物流体と流体試料処理領域１１０に捕獲された試料成分とを加圧する。処理領域１１０における混合物に付加的なエネルギーが印加される。上記付加的エネルギーには、例えば、音響部材をカバー１０９と作動可能に結合することによって（図１１）音響エネルギーを処理領域１１０に伝えられる音響エネルギーが含まれる。
【００３２】
図１２Ｇでは、予めセットされた所望量の洗浄流体が、洗浄チャンネル１３６から第２ポート１３６を通って処理領域１１０の中に吸引され、混合物を希釈する。次に、弁１００を回転して、図１２Ｈに示すように、第１ポート１１１を主要混合チャンネル１３０と流体で連通するように配置し、予めセットされた量の混合物を処理領域１１０から主要混合チャンバに排出する。ピストン１０６が上下に移動されて、トグリングによって混合物を攪拌し混合する。混合物の残部は、図１２Ｉに示すように、第２ポート１１２を通って廃棄チャンネル１３８に排出される。洗浄流体を洗浄チャンネル１３６から第２ポート１１２を通って処理領域１１０に引き込み（図１２Ｊ）、別の洗浄が行なわれる。洗浄流体は処理領域１１０から第２第２ポート１１２を通って廃棄チャンバ１３８に排出される（図１２Ｋ）。
【００３３】
図１２Ｌでは、弁１００を回転して、第２ポート１１２を、反応容器１０４に結合された第１ブランチ１４０と流体で連通する。一方、反応容器１０４に結合された第２ブランチ１４２は、交差溝１１４と流体で連通するように配置される。上記第２ブランチ１４２は、主要混合チャンネル１３０と軸方向にオフセットされている。図１２Ｌに示す位置では、交差溝１１４は軸方向に延在して、第２ブランチと主要混合チャンネル１３０との間のオフセットを架橋し、互いに流体で連通する。その結果、流体試料処理領域１１０は、第１ブランチ１４０と反応容器１０４と第２ブランチ１４２と交差溝１１４とを介して、主要混合チャンネル１３０と流体で連通される。
【００３４】
ピストン１０６を上方に引き上げることによって、主要混合チャンバ内の混合物は、主要混合チャンネル１３０から交差溝１１４と第２ブランチ１４２とを通って、反応容器１０４の中に引き込まれる。次に、弁１００を回転して、図１２Ｍに示すように、第２ポート１１２を第２ブランチ１４２と流体で連通し、第１ポート１１１を閉じる。ピストン１０６が下方に押し下げられて、反応容器１０４の中の混合物を加圧する。図１２Ｎでは、弁１０を回転して、ポート１１１と１１２とを閉じ、反応容器１０４を分離する。反応容器１０４は、核酸の増幅および検出を行なうために、熱反応チャンバ内に挿入されてもよい。
【００３５】
上記実施形態において示されているように、流体制御処理システムは、好都合にも、多様性と適合性をもつ充分に抑制されたシステムである。流体移動チャンバは、システム内の流体を移動させるための原動力となる。流体移動チャンバと流体試料処理領域との間を流体で連続的に連通させ続けることによって、システム内の流体を移動させる原動力が、常時、処理領域と流体で結合される。流体移動チャンバ（原動力）は、システムを介して駆動される流体の一時的な貯蔵領域として機能する。単一の原動力は、流体をシステムを介して移動させるために使用される。上記実施形態では、流体移動チャンバ内で移動するピストンを用いているが、他の機構が使用されてもよい。上記他の機構には、例えば、流体移動チャンバの容積を変化させることなく、原動力として圧力を使用する空気圧ポンプ機構などがある。流体試料処理領域の入口側または出口側は、如何なるチャンバとも対応でき、試薬や他の流体に無作為にアクセスできる。複合プロトコルは、コンピュータ制御器に比較的容易にプログラムされ、多様性流体制御処理システムを使用して実行される。無複数の異なるプロトコルが、単一のプラットホームを使用して行なわれる。
【００３６】
上記実施形態では、弁内の一対のポートにアドレスすることによって流体制御して、一つのポートのみを、チャンバと一度に選択的に流体で連通するように配置する。これは、チャンバに対して一対のポートを位相を外すことによって行なわれる。交差チャンネルまたはバイバスチャンネルは、付加的な流体制御の可能性を提供する（例えば、利便性良く閉システム内の反応容器を充填したり空にできる）。勿論、他の実施形態では、所望の流体制御を行なうために、異なるポート機構を使用してもよい。さらに、示された実施形態では、各々が弁本体の単一の流体試料処理領域を含むが、要望がある場合には、追加の処理領域が弁本体に配置できる。一般的に、弁本体はｎ個の処理領域について（ｎ＋１）個のポートを必要とする。
【００３７】
単一バルブの使用は、唯一の欠陥要素が存在するために高い生産性を生じる。流体制御と処理要素の集中によって、装置が（例えば、小さなカートリッジの形で）小型化し、成形と組立ての自動化が容易となる。上で検討したように、上記システムは、有利にも、希釈および混合の能力と、中間洗浄能力と、正加圧能力とをを含んでいる。システム内の流体経路は通常閉じていて、汚染を最小限とし、システム内の流体の制御と封込を容易にしている。反応容器は、利便性良く、取り外すことができ交換でき、また、或る実施形態では使い捨てである。
【００３８】
流体制御処理システムの構成部品は、使用される流体に対して適合性のある様々な材料から出来ている。適切な材料の例としては、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリカーボネイト、アクリル、ナイロンなどのポリマー材が含まれる。上記システムの様々なチャンバ、チャンネル、ポートなどは、様々な形態と寸法をとり得る。
【００３９】
装置と方法に関する上記形態は、単に、本発明の原理を例示的に適用したものであり、他の実施形態および修正が、請求の範囲に記載の本発明の精神と範囲から逸脱することなしに為され得るものである。
【００４０】
例えば、図１３は、流体制御処理システムに組込まれる軟質壁のチャンバ２００を示している。典型的には、オンボード試薬型のカートリッジは、システムに組み込まれた試薬と試料の総容積の少なくとも２倍の流体容積を必要とする。軟質壁のチャンバの使用は、必要容積を減少させることができる。これらのチャンバは可撓性壁を有すると共に、典型的には、フィルムを用いて熱成形して形成される。軟質壁の利点を加えると、チャンバが空になったときに壁には充分な可撓性があって壁が押し潰れるならば、孔を設ける必要がないことである。図１３では、可撓性側壁２０２は、試薬チャンバ２０４と廃棄チャンバ２０６とを分離する。廃棄物は試料と試薬からなるので、廃棄に必要な容積は試料と試薬の合計以下である。廃棄物チャンバが膨張するとき、試薬チャンバに接触し、また、廃棄物チャンバと試薬チャンバとが逆の場合もそうである。このことによって、外部とは無関係な閉システムとなる。この形態はカートリッジの全体の大きさを減少させ、チャンバ容積の素早い移行を可能にする。また、通気を消失させ、プラットフォームを幾つか減少させることによってコストの削減となる。プラットフォームは、他の場合は、硬質の装置と共に形成される必要がある。
【００４１】
図１４はピストンアセンブリ２１０を示す。ピストンアセンブリ２１０は、ピストンシャフト２１４に接続されたピストンロッド２１２を含む。ピストンシャフト２１４は、少量の流体を押し遣るためにロッドよりも小さな断面を有している。細いピストンシャフト２１４は、非常に長い場合、印加された圧力下で湾曲する。ピストンロッド２１２は円筒部の上部すなわちハウジング２１６に沿って移動し、ピストシャフト２１４は、円筒部の下部に沿って移動する。ピストンロッド２１２の移動は、ピストシャフト２１４の移動をガイド（案内）し、印加された多くの力を吸収して、非常に少ない力を細いピストンシャフト２１４に伝える。
【００４２】
図１５は、システムに組み込むことができる側部チャンバ２２０を示す。側部チャンバ２２０は、入口ポート２２２と出口ポート２２４とを含む。この例では、側部チャンバ２２０は、入口ポート２２２に配置されたフィルタ２２６を含む。流体は、側部フィルタリング（濾過）のために、入口ポート２２２を経て側部チャンバ２２０に流れ込み、出口ポート２２４を経て外へ出る。これにより、本発明の流体制御システムを使用して、流体試料などの濾過が行なわれる。流体は再循環されて、フィルタ２２６によってより良好に濾過される。この予備濾過は、システムの主チャンバに流体を導入する前に、粒子を除去して詰りを防止するのに有用である。側部チャンバの使用は、例えば、システム内の弁および主チャンバの汚染を防止するのに有益である。
【００４３】
したがって、本発明の範囲は、上記説明に言及して決定されるべきではなく、均等物の全範囲と共に上記請求項に言及して決定されるべきものである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に流体の取扱いに関し、特には、処理と分析のための流体を計測し分配するシステムと方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療用流体または環境用流体などの分析は、一般に、流体試料の化学的、光学的、電気的、機械的、熱的、音響的な処理を含む一連の処理ステップを伴う。ベンチトップ装置や使い捨てカートリッジ或いはこれらを組み合せたものに組み込まれようとも、典型的には、このような処理は複合流体アセンブリと処理アルゴリズムを伴う。
【０００３】
流体試料を処理する従来のシステムは一連のチャンバを用い、各チャンバは特定の処理ステップに流体試料を露呈させるように形成されている。流体試料がチャンバからチャンバへ連続的にシステムを通って流れるとき、流体試料は特定のプロトコルに従って処理ステップを経る。異なるプロトコル（手続き）は異なる形態を必要とするので、このような連続的に処理する形態のを用いた従来のシステムは、異なるプロトコルに対して多用化できず、容易に適合できない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、流体を取り扱うための装置と方法を提供する。本発明の実施形態は、例えば試料中の溶解物の有無を決定するために、同じ装置を使用して、異なるオプロトコルに従って流体試料を容易に処理できる。特定の実施形態では、装置はロータリ弁の形態を用いて、流体試料チャンバと、複数のチャンバとを流体で選択的に連通する。上記複数のチャンバには、例えば、試料チャンバと、廃棄物チャンバと、洗浄チャンバと、溶解物チャンバと、主要混合物チャンバが含まれる。流体試料処理領域とチャンバの中の流体の流れは、ロータリ弁の位置を調整することによって制御される。このようにして、装置内の流体の計量と分布は、特定のプロトコルに依って変化し得る。従来の装置と異なり、流体の流れは、最早、特定のプロトコルに限定されない。その結果、装置はより多様性があって能動的であり、異なるプロトコルに適用できる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一局面によると、複数のチャンバ内の流体を制御するための流体制御処理システムは本体を備え、本体は流体処理領域を含み、流体処理領域は流体移動チャンバと流体で結合される。流体移動チャンバは、減圧できて流体移動チャンバに流体を引き込み、また、加圧できて流体移動チャンバから流体を排出する。本体は複数の外部ポートを含む。流体試料処理領域は複数の流体処理ポートを含み、各流体処理ポートは外部ポートの１つと流体で結合される。流体移動チャンバは、少なくとも１つの外部ポートと流体で結合される。上記本体は、複数のチャンバに対して調整可能であって、外部ポートは、複数のチャンバと流体で選択的に連通するように配置される。
【０００６】
或る実施形態では、上記本体はチャンバに対して調整可能であって、一時、複数のチャンバの１つに流体で連通するように外部ポートを配置している。流体試料処理領域は流体移動チャンバと少なくとも１つの外部ポートとの間に配置される。流体試料処理領域は能動部材を備え、上記能動部材は、例えば、微小流動チップと、固相物質と、フィルタまたはフィルタスタックと、親和マトリックスと、磁性分離マトリックスと、サイズ排除コラムと、毛細管などを含んでいる。エネルギー伝送部材は、流体試料処理領域と作動可能に結合されていて、その中にエネルギーを伝送してその中に含まれる流体を処理する。一実施形態では、上記本体は交差溝を含み、上記本体は、複数のチャンバに対して調整可能であって、２つのチャンバ間を流体で連通するように交差チャンネルを配置できる。
【０００７】
本発明の別の局面によると、複数のチャンバ内の流体の流れを制御するための流体制御理システムは、流体試料処理領域を含む本体を備え、上記領域は流体移動チャンバと連続的に流体で結合される。流体移動チャンバは減圧できて、流体を流体移動チャンバに引き込み、また、加圧できて、流体移動チャンバから流体を排出する。上記本体は複数の外部ポートを含む。上記流体処理領域は、外部ポートの内の少なくとも２つと流体で結合される。流体移動チャンバは、外部ポートの内の少なくとも１つと流体で結合される。上記本体は、複数のチャンバに対して調整可能であって、上記複数のチャンバと流体で選択的に連通するように、外部ポートの内の少なくとも１つを配置する。
【０００８】
或る実施形態では、本体は複数のチャンバに対して調整可能であり、複数のチャンバの内の１つと流体で連通するように、一時、少なくとも１つの外部ポートを配置する。上記本体は外部ポートを閉じるために複数のチャンバに対して調整可能であって、流体移動チャンバと試料流体処理領域とは、流体移動チャンバから流体工学的に分離している。流体試料処理領域は、流体試料の試料成分（例えば、細胞、胞子、ウィルス、大小の分子、プロテイン）を捕獲するための捕獲部材を備える。上記捕獲部材は、１個以上のフィルタ、微小流体チップトフィルタペーパー、ビーズ、膜、ガラスウール、ポリマー或いはゲルを備える。
【０００９】
本発明の別の局面は、弁と複数のチャンバとの間の流体の流れを制御するための方法である。弁は複数の外部ポートを含み、上記方法は、上記複数のチャンバに対して弁を調整することを備えて、複数のチャンバと流体で選択的に連通するように外部ポートを配置する。
より特定すれば、本願発明は以下の項目に関し得る。
（項目１）
複数のチャンバの中の流体の流れを制御するための流体制御処理システムであって、
複数のチャンバを有するハウジングと、
流体移動領域と流体工学的に連続的に結合される流体試料処理領域を含む本体とを備え、上記流体移動領域は減圧できて流体を上記流体移動領域内に引き込むと共に、加圧できて流体を上記流体移動領域から放出し、上記本体は複数の外部ポートを含み、上記流体試料処理領域は複数の流体処理ポートを含み、上記流体処理ポートの各々は上記外部ポートの１つと流体工学的に結合され、上記流体移動領域は少なくとも１つの上記外部ポートと流体工学的に結合され、上記本体は上記ハウジングに対して調整できて、上記外部ポートが上記複数のチャンバと流体で選択的に連通するように配置され得ることを特徴とするシステム。
（項目２）
複数のチャンバの中の流体の流れを制御するための流体制御処理システムであって、
流体移動領域と流体工学的に連続的に結合される流体試料処理領域を含む本体を備え、上記流体移動領域は減圧できて流体を上記流体移動領域内に引き込むと共に、加圧できて流体を上記流体移動領域から放出し、上記本体は複数の外部ポートを含み、上記流体試料処理領域は複数の流体処理ポートを含み、上記流体処理ポートの各々は上記外部ポートの１つと流体工学的に結合され、上記流体移動領域は少なくとも１つの上記外部ポートと流体工学的に結合され、上記本体は複数のチャンバに対して軸の周りに回転可能に調整できて、上記外部ポートが上記複数のチャンバと流体で選択的に連通するように配置され得ることを特徴とするシステム。
（項目３）
項目１または２に記載のシステムにおいて、
上記本体は上記ハウジングに対して調整可能であって、一時、１つの外部ポートを上記複数のチャンバの１つと流体で連通するように配置していることを特徴とするシステム。（項目４）
項目１乃至３のいずれかに記載のシステムにおいて、
上記本体は上記ハウジングに対して調整可能であって、一時、少なくとも２つの外部ポートを上記複数のチャンバのいずれかと流体で連通するように配置されるように配置していることを特徴とするシステム。
（項目５）
複数のチャンバの中の流体の流れを制御するための流体制御処理システムであって、
複数のチャンバを有するハウジングと、
流体移動領域と流体工学的に連続的に結合された流体試料処理領域を含む本体とを備え、上記流体移動領域は減圧できて流体を上記流体移動領域内に引き込むと共に、加圧できて流体を上記流体移動領域から放出し、上記本体は複数の外部ポートを含み、上記流体試料処理領域は少なくとも２つの上記外部ポートと流体工学的に結合され、上記流体移動領域は少なくとも１つの上記外部ポートと流体工学的に結合され、上記本体は上記ハウジングに対して調整できて、少なくとも１つの上記外部ポートを上記複数のチャンバと流体で選択的に連通するように配置することを特徴とするシステム。
（項目６）
複数のチャンバの中の流体の流れを制御するための流体制御処理システムであって、
流体移動領域と流体工学的に連続的に結合された流体試料処理領域を含む本体を備え、上記流体移動領域は減圧できて流体を上記流体移動領域内に引き込むと共に、加圧できて流体を上記流体移動領域から放出し、上記本体は複数の外部ポートを含み、上記流体試料処理領域は少なくとも２つの上記外部ポートと流体工学的に結合され、上記流体移動領域は少なくとも１つの上記外部ポートと流体工学的に結合され、上記本体は複数のチャンバに対して軸の周りに回転可能に調整できて、少なくとも１つ上記外部ポートを上記複数のチャンバと流体で選択的に連通するように配置することを特徴とするシステム。
（項目７）
項目５または６に記載のシステムにおいて、
上記本体は上記ハウジングに対して調整可能であって、一時、高々１つの外部ポートを上記複数のチャンバの１つと流体で連通するように配置していることを特徴とするシステム。
（項目８）
項目５乃至７のいずれかに記載のシステムにおいて、
流体移動チャンバと上記処理領域とが上記チャンバ領域から流体工学的に分離されるために、外部ポートを閉じるように上記本体は上記ハウジングに対して調整可能であることを特徴とするシステム。
（項目９）
項目５乃至８のいずれかに記載のシステムにおいて、
上記流体試料処理領域は、流体試料の成分を捕獲するための捕獲部材を備えていることを特徴とするシステム。
（項目１０）
項目１乃至９のいずれかに記載のシステムにおいて、
上記流体試料処理領域は複数の流体処理ポートを含み、上記流体処理ポートの各々は、少なくとも１つの上記外部ポートと連続的に流体工学的に結合されることを特徴とするシステム。
（項目１１）
項目１乃至１０のいずれかに記載のシステムにおいて、
上記流体移動領域は上記本体の流体移動チャンネルと流体工学的に結合され、流体処理ポートの１つは上記本体の流体処理チャンネルと流体工学的に結合され、上記流体移動チャンネルと上記流体処理チャンネルとは１つの外部ポートで流体工学的に結合されていることを特徴とするシステム。
（項目１２）
項目１乃至１１のいずれかに記載のシステムにおいて、
上記流体試料処理領域は、上記流体移動領域と少なくとも１つの外部ポートの間に配置されて、上記流体移動領域と上記少なくとも１つの外部ポートとの間の流体の流れが、流体試料処理領域を通過することを特徴とするシステム。
（項目１３）
項目１乃至１２のいずれかに記載のシステムにおいて、
上記外部ポートは上記本体の外部ポート表面の上に配置されていることを特徴とするシステム。
（項目１４）
項目１乃至１３のいずれかに記載のシステムにおいて、
上記外部ポート表面は略平面であることを特徴とするシステム。
（項目１５）
項目１乃至１４のいずれかに記載のシステムにおいて、
上記本体は、上記外部ポートが上記複数のチャンバと流体で選択的に連通するよう配置され得るように、上記複数のチャンバに対して軸の周りに回転可能であり、上記軸は上記外部表面に対して垂直であり、上記外部ポートは上記軸から共通半径だけ間隔が開いていることを特徴とするシステム。
（項目１６）
項目１乃至１５のいずれかに記載のシステムにおいて、
上記流体移動領域は、容積の増加によって減圧可能であると共に容積の減少によって加圧可能であることを特徴とするシステム。
（項目１７）
項目１乃至１６のいずれかに記載のシステムにおいて、
上記流体移動領域内に配置された流体移動部材をさらに備え、上記流体移動部材は、上記流体移動領域の容積を調整するために、移動できることを特徴とするシステム。
（項目１８）
項目１乃至１７のいずれかに記載のシステムにおいて、
上記流体移動部材は、上記流体移動領域内で直線方向に移動できるピストンを備えていることを特徴とするシステム。
（項目１９）
項目１乃至１８のいずれかに記載のシステムにおいて、
上記流体移動部材はピストンシャフトを備え、上記ピストンシャフトは、上記ピストンシャフトを駆動するためのピストンロッドの端部に接続されて、上記流体移動領域内で移動し、上記ピストンロッドよりも断面積が小さいことを特徴とするシステム。
（項目２０）
項目１乃至１９のいずれかに記載のシステムにおいて、
上記流体試料処理領域と作動可能に結合されたエネルギー伝達部材を備えて、上記エネルギー伝達部材は上記流体試料処理領域内に含まれる流体を処理するためにエネルギーを上記流体試料処理領域に伝達することを特徴とするシステム。
（項目２１）
項目１乃至２０のいずれかに記載のシステムにおいて、
上記流体試料処理領域と上記エネルギー伝達部材との間に配置されたカバーをさらに備えていることを特徴とするシステム。
（項目２２）
項目１乃至２１のいずれかに記載のシステムにおいて、
上記カバーは可撓性フィルムであることを特徴とするシステム。
（項目２３）
項目１乃至２２のいずれかに記載のシステムにおいて、
上記エネルギー伝達部材は、上記流体試料処理領域内に上記カバーを介して音響エネルギを伝達するために、上記カバーと接触する音響部材を備えていることを特徴とするシステム。
（項目２４）
項目１乃至２３のいずれかに記載のシステムにおいて、
上記本体は、交差チャンネルを含み、上記本体は上記ハウジングに対して調整可能であって、吸引チャンバおよびソースチャンバと流体で連通するように交差チャンネルを配置して、上記ソースチャンバから上記交差チャンネルを通って上記吸引チャンバに流体が吸引できることを特徴とするシステム。
（項目２５）
項目１乃至２４のいずれかに記載のシステムにおいて、
上記外部ポートは、軸に垂直な略平坦な外部ポート表面の上に配置され、上記外部ポートは上記軸の周りに複数のチャンバに対して回転できて、上記外部ポートを複数のチャンバと流体で選択的に連通するように配置し、交差チャンネルは上記外部ポート表面上に交差溝を備えていることを特徴とするシステム。
（項目２６）
項目１乃至２５のいずれかに記載のシステムにおいて、
上記外部ポートは上記軸から外部ポートの半径の範囲内に配置され、上記交差溝は上記軸から交差溝の半径の範囲内に配置され、上記外部ポート半径の範囲と上記交差溝の半径の範囲とは重複しないことを特徴とするシステム。
（項目２７）
項目１乃至２６のいずれかに記載のシステムにおいて、
上記交差溝は、上記軸から共通の交差溝の半径上に在る円弧であることを特徴とするシステム。
（項目２８）
項目１乃至２７のいずれかに記載のシステムにおいて、
上記外部ポートは、上記軸から共通の半径だけ間隔が開いていることを特徴とするシステム。
（項目２９）
項目１乃至２８のいずれかに記載のシステムにおいて、
上記外部ポートは上記本体の回転の長手軸に対して略円錐形の外部ポート表面上に配置されて、上記外部ポートは上記長手軸の周りの第２外部ポートから角度間隔の開いた第１外部ポートを含んでいることを特徴とするシステム。
（項目３０）
項目１乃至２９のいずれかに記載のシステムにおいて、
上記本体は上記縦軸の周りに上記複数のチャンバに対して回転可能であって、上記外部ポートは上記複数のチャンバと流体で選択的に連通するように配置され得て、上記第１外部ポートは第１横断面上に在り、上記第１横断面は縦軸に垂直であると共に縦軸に垂直な第２横断面から縦軸方向にオフセットされていて、第２外部ポートは上記第１平面上に在ることを特徴とするシステム。
（項目３１）
項目１乃至３０のいずれかに記載のシステムにおいて、
上記本体は外部ポート表面上に配置された交差溝を含んでいることを特徴とするシステム。
（項目３２）
項目１乃至３１のいずれかに記載のシステムにおいて、
上記交差溝は、上記第１横断面から上記第２横断面への間において長手方向に延在していることを特徴とするシステム。
（項目３３）
項目１乃至３２のいずれかに記載のシステムにおいて、
上記流体試料処理領域は、微小流体チップと固相物質とフィルタとフィルタスタックと親和性マトリックスと磁気分離マトリックスとサイズ排除コラムと毛細管とからなるグループから選択された能動部材を備えていることを特徴とするシステム。
（項目３４）
項目１乃至３３のいずれかに記載のシステムにおいて、
少なくとも２つの上記複数のチャンバは、上記チャンバ間のチャンバ容積を変更できる可撓性壁によって分離されていることを特徴とするシステム。
（項目３５）
項目１乃至３４のいずれかに記載のシステムにおいて、
上記複数のチャンバは、入口ポートと出口ポートと上記入口ポートに配置されたフィルタとを含む側部チャンバを備えていることを特徴とするシステム。
（項目３６）
弁と複数のチャンバとの間の流体の流れを調節するための方法であって、上記弁は複数の外部ポートと流体移動領域とを含み、上記流体移動領域は流体試料処理領域と流体で連続的に結合され、上記流体試料処理領域は少なくとも２つの外部ポートと流体で結合している上記方法において、
外部ポートを上記複数のチャンバと流体で選択的に連通するように設置するために、上記複数のチャンバに対して上記弁を調整することを備えていることを特徴とする方法。
（項目３７）
項目３６に記載の方法において、
上記弁が流体工学的に上記チャンバから分離するために、上記弁が調整されて上記外部ポートを閉じることを特徴とする方法。
（項目３８）
項目３６または３７に記載の方法において、
上記流体移動領域と上記流体試料処理領域とを加圧することを備えていることを特徴とする方法。
（項目３９）
項目３６乃至３８のいずれかに記載の方法において、
上記弁が調整されて、上記チャンバの１つと流体で連通するように１つの外部ポートを設置し、さらに上記流体移動領域を減圧して流体を上記チャンバから上記弁に吸引することを特徴とする方法。
（項目４０）
項目３６乃至３９のいずれかに記載の方法において、
上記弁が調整されて、上記チャンバの１つと流体で連通するように１つの外部ポートを設置し、さらに上記流体移動領域を加圧して流体を上記弁から上記チャンバ内に放出することを特徴としていることを特徴とする方法。
（項目４１）
項目３６乃至４０のいずれかに記載の方法において、
上記弁は交差チャンネルを含み、上記弁が調整されて、１つの外部ポートを第１チャンバと流体で連通しするように配置すると共に、上記交差チャンネルを上記第１チャンバと第２チャンバとに流体で連通するように配置することを特徴とする方法。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の１実施形態による流体制御処理システムの斜視図である。
【図２】図２は、図１のシステムの別の斜視図である。
【図３】図３は、図１のシステムの分解図である。
【図４】図４は、図２のシステムの分解図である。
【図５】図５は、図１のシステムの流体制御装置とガスケットの正面図である。
【図６】図６は、図５の流体制御装置とガスケットの底面図である。
【図７】図７は、図５の流体制御装置とガスケットの平面図である。
【図８】図８は、図７の回転流体制御装置の８−８線断面図である。
【図９−１】図９Ａと９ＡＡは、図１の流体制御処理システムを使用して流体を制御し処理するための特定のプロトコルを示す平面図と断面図である。
【図９−２】図９Ｂと９ＢＢは、図１の流体制御処理システムを使用して流体を制御し処理するための特定のプロトコルを示す平面図と断面図である。
【図９−３】図９Ｃと９ＣＣは、図１の流体制御処理システムを使用して流体を制御し処理するための特定のプロトコルを示す平面図と断面図である。
【図９−４】図９Ｄと９ＤＤは、図１の流体制御処理システムを使用して流体を制御し処理するための特定のプロトコルを示す平面図と断面図である。
【図９−５】図９Ｅと９ＥＥは、図１の流体制御処理システムを使用して流体を制御し処理するための特定のプロトコルを示す平面図と断面図である。
【図９−６】図９Ｆと９ＦＦは、図１の流体制御処理システムを使用して流体を制御し処理するための特定のプロトコルを示す平面図と断面図である。
【図９−７】図９Ｇと９ＧＧは、図１の流体制御処理システムを使用して流体を制御し処理するための特定のプロトコルを示す平面図と断面図である。
【図９−８】図９Ｈと９ＨＨは、図１の流体制御処理システムを使用して流体を制御し処理するための特定のプロトコルを示す平面図と断面図である。
【図９−９】図９Ｉと９ＩＩは、図１の流体制御処理システムを使用して流体を制御し処理するための特定のプロトコルを示す平面図と断面図である。
【図９−１０】図９Ｊと９ＪＪは、図１の流体制御処理システムを使用して流体を制御し処理するための特定のプロトコルを示す平面図と断面図である。
【図９−１１】図９Ｋ、９ＫＫ、９Ｋ’Ｋ’は、図１の流体制御処理システムを使用して流体を制御し処理するための特定のプロトコルを示す平面図と断面図である。
【図９−１２】図９Ｌと９ＬＬは、図１の流体制御処理システムを使用して流体を制御し処理するための特定のプロトコルを示す平面図と断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の別の実施形態による流体制御処理システムの分解斜視図である。
【図１１】図１１は、図１０の流体制御装置の断面図である。
【図１２−１】図１２Ａは、図１０の流体制御処理システムを使用して流体を制御し処理する特定のプロトコルを示す平面図である。
【図１２−２】図１２Ｂは、図１０の流体制御処理システムを使用して流体を制御し処理する特定のプロトコルを示す平面図である。
【図１２−３】図１２Ｃは、図１０の流体制御処理システムを使用して流体を制御し処理する特定のプロトコルを示す平面図である。
【図１２−４】図１２Ｄは、図１０の流体制御処理システムを使用して流体を制御し処理する特定のプロトコルを示す平面図である。
【図１２−５】図１２Ｅは、図１０の流体制御処理システムを使用して流体を制御し処理する特定のプロトコルを示す平面図である。
【図１２−６】図１２Ｆは、図１０の流体制御処理システムを使用して流体を制御し処理する特定のプロトコルを示す平面図である。
【図１２−７】図１２Ｇは、図１０の流体制御処理システムを使用して流体を制御し処理する特定のプロトコルを示す平面図である。
【図１２−８】図１２Ｈは、図１０の流体制御処理システムを使用して流体を制御し処理する特定のプロトコルを示す平面図である。
【図１２−９】図１２Ｉは、図１０の流体制御処理システムを使用して流体を制御し処理する特定のプロトコルを示す平面図である。
【図１２−１０】図１２Ｊは、図１０の流体制御処理システムを使用して流体を制御し処理する特定のプロトコルを示す平面図である。
【図１２−１１】図１２Ｋは、図１０の流体制御処理システムを使用して流体を制御し処理する特定のプロトコルを示す平面図である。
【図１２−１２】図１２Ｌは、図１０の流体制御処理システムを使用して流体を制御し処理する特定のプロトコルを示す平面図である。
【図１２−１３】図１２Ｍは、図１０の流体制御処理システムを使用して流体を制御し処理する特定のプロトコルを示す平面図である。
【図１２−１４】図１２Ｎは、図１０の流体制御処理システムを使用して流体を制御し処理する特定のプロトコルを示す平面図である。
【図１３】図１３は、軟質壁チャンバの断面図である。
【図１４】図１４は、ピストンアセンブリの断面図である。
【図１５】図１５は、側部フィルタチャンバの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
特定の実施形態の説明
図１〜４は流体制御処理システム１０を示し、上記システム１０は、複数のチャンバ１３を有するハウジング１２を含んでいる。図１は、例証のために露出されたチャンバ１３を示す。図３と４において最も良く分かるように、流体制御装置１６と反応容器１８とはハウジングの別々の位置に接続されている。図示された実施例における流体制御装置は回転式流体制御弁１６である。上記弁１６は、ディスク部２２と管状部２４とを有する弁本体２０を含んでいる。ディスク部２２は、図３において最も良く分かるように、平坦な外部ポート表面２３を有している。弁１６はハウジングに対して回転可能である。ハウジング１２は複数のチャンバポート２５を含み、チャンバポート２５は弁６のディスク状部２２の外部ポート表面２３に面して、チャンバ１３と弁１６との間で流体が連通する。オプションのシールまたはガスケット２６は、ディスク部２２とハウジング１２との間に配置される。ディスク部２２は、さらに、フィルタまたはフィルタスタック２７と、外部カバー２８と、歯状外周部２９とを含んでいる。上記カバー２８は剛性のシェル（外殻）または可撓性のフィルムである。
【００１２】
図４において最もよく分かるが、ディスク部２２は流体試料処理領域３０を含んでいる。「流体試料処理領域」という用語は、ここで使用される場合、流体試料が処理される領域のことである。上記処理は、限定されることなく、化学的処理、光学的処理、電気的処理、機械的処理、熱的処理、音響的処理を含む。例えば、化学的処理は触媒を含み、光学的処理は紫外線活性を含み、電気処理は電気穿孔または電気泳動を含み、機械的処理はフィルタリングや加圧やセル破壊を含み、熱的処理は加熱または冷却と含み、音響処理は超音波の使用を含み得る。流体試料処理領域は、流体の処理を容易にするために、フィイルタ２７のような能動部材を含む。能動部材の例としては、マイクロ流体チップと、固相物質と、フィルタまたはフィルタの積層と、親和性マトリックスと、磁気分離マトリックスと、寸法排除コラムと、毛細管などが含まれる。適切な固相物質には、限定されることなく、ビード、ファイバ、膜、フィルタペーパー、ガラスウール、ポリマー、ゲルが含まれる。特定の実施形態では、流体試料処理領域は、例えば反応容器１８においてさらに処理するために試料を作成するのに使用される。
【００１３】
図５〜８に示されているように、外部カバー２８は、流体試料処理領域３０と弁１６のディスク部２２の底端部を封じる。図８において、処理領域３０は、第１流体処理チャンネル３４に結合した第１流体処理ポート３２と、第２流体処理チャンネル３８に結合した第２流体処理ポート３６とを含んでいる。上記第１流体処理チャンネル３４は、外部ポート表面２３の第１外部ポート４２で終る第１外部導管４０に接続されている。一方、第２流体処理チャンネル３８は、外部ポート表面２３の第２外部ポート４６で終る第２外部導管４４に接続されている。流体移動チャンネル４８は、一端が第１流体処理チャンネル３４と第１導管４０とに結合され、他端が流体移動チャンバ５０に結合されている。第１外部導管４０は共通導管として機能して、流体は、第１外部ポート４２と、第１流体処理チャンネル３４と流体移動チャンネル４８とのいずれか一方または両方との間で連通することができる。処理流域３０は流体移動チャンバ５０と流体で連続的に連通する。
【００１４】
図６〜８に示されているように、外部ポート４２と４６とは、互いに、弁１６の軸５２に対して約１８０度程の角度が開いている。外部ポート４２と４６とは、軸５２から半径方向に等距離、間隔が開けられている。軸５２は外部ポート表面２３に対して垂直である。別の実施形態では、外部ポート４２と４６との間の角度間隔は異なってもよい。ディスク部２２のチャンネルの形状は、別の実施形態では異なっていてもよい。例えば、第１流体処理チャンネル３４と第１外部導管４０とは、傾斜して、直接流体移動チャンバ５０と結合してもよい。これによって流体移動チャンネル４８は排除される。第２流体移動チャンネル３８は傾斜して、第２流体処理ポート３６と第２外部ポート４６との間を直線的に延在してもよい。これによって、第２外部導管４４は排除される。さらに、弁１６には、より多くのチャンネルや外部ポートが設けられてもよい。図３において最も良く分かるように、望ましくは、交差チャンネルすなわち溝５６が外部ポート表面２３上に設けられる。上記溝５６は湾曲していて、望ましくは、軸５２から一定半径だけ間隔が開けられている。一実施形態において、溝５６は、軸５２から共通の半径上にある円弧である。下文により詳細に議論されるように、溝５６は容器を充填するために使用される。
【００１５】
図８に示されるように、流体移動チャンバ５０は、実質的に弁１６の管状部２４内に配置され、部分的にディスク部２２にまで延在している。プランジャまたはピストンの形態をした流体移動部材５４がチャンバ５４内に移動可能に配置されている。ピストン５４が上方に移動すると、チャンバ５０の容積が拡大し、吸引力が生じて流体をチャンバ５０内に引き込む。ピストン５４が下方に移動すると、チャンバ５０の容積が減少してチャンバ５０から流体を排出させる。
【００１６】
ロータリ弁１６が、図１〜４のハウジング１２に対して、軸５２の周りを回転するとき、外部ポート４２と４６の１つが開き、チャンバ１３または反応容器１８の内の１つが流体で繋がるか、或いは、外部ポート４２と４６の両方が塞がれ閉じられる。この実施形態では、外部ポート４２と４６の内の高々１つのみが、チャンバまたは反応容器１８の１つと流体で繋がる。他の実施形態では、両方の外部ポート４２，４６が、別々のチャンバまたは反応容器１８と流体で繋がるように形成され得る。このようにして、弁１６はハウジング１２に対して回転できて、外部ポート４２と４６は、チャンバ１３と反応容器１８とを含む複数のチャンバと流体で選択的に繋がるように配置され得る。外部ポート４２，４６が開または閉になっているかに依って、また、ピストン５４が上方に移動しているか或いは下方に移動しているかに依って、弁１６内の流体の流れはその方向を変えることができ、外部ポート４２，４６は夫々入口ポートから出口ポートに切り換えることができて、流体の流れは処理領域３０を通過するか、或いは処理領域３０を迂回する。特定の実施形態では、第１外部ポート４２は入口ポートであり、処理領域の入り口側は処理領域３０の出口側よりも流体移動チャンバ５４に近い。
【００１７】
弁１６の流体測定および分配機能を明らかにするために、図９Ａ〜９ＬＬは、特定のプロトコルに対する弁１６の作動状態を示している。図９Ａと９ＡＡでは、弁１６の回転によって、外部ポート４２が試料チャンバ６０と流体で繋がるように配置されている。ピストン５４は上方に引っ張られて、試料チャンバ６０から第１外部導管４０と流体移動チャンネル４８を経て流体移動チャンバ５０に流体試料を引ぱり出す。簡単にするため、図９Ａ〜９ＬＬでは、ピストン５４は示されていない。次に、弁１６が回転され、図９Ｂと９ＢＢに示すように、第２外部ポート４６は廃棄チャンバ６４と流体で繋がるように配置される。ピストン５４が下方に押されて、流体試料は、流体試料処理領域３０を通って廃棄チャンバ６４に追いやられる。特定の実施形態では、流体試料処理領域３０はフィルタまたはフィルタスタック２７を含み、それを通過する際に、流体試料から試料成分（例えば、細胞、胞子、微生物、ウィールス、プロテインなど）を捕獲する。フィルタスタックの例は、同一出願人の２０００年５月３０日に出願された「細胞分裂の装置と方法」と題する同時係属米国特許出願第０９／５８４，３２７号に記載されており、その全体の内容はこの言及によって本文に組み込まれる。代替え実施形態では、他の能動部材が処理領域３０に設けられている。試料成分を捕獲するこれら初めの２ステップは、要望に応じて繰返される。
【００１８】
図９Ｃと９ＣＣでは、弁１６が回転されて、第１外部ポート４２が洗浄チャンバ６６と流体で繋がるように配置される。ピストン５４が上方に引っ張られて、洗浄流体が、処理領域３０を迂回して、洗浄チャンバ６６から流体移動チャンバ５０へと引き込まれる。次に、図９Ｄと９ＤＤに示すように、弁１６が回転されて、第２外部ポート４６は処理チャンバ６４と流体で繋がるように配置される。ピストン５４が下方に押されて、洗浄流体は、流体試料処理領域３０を通って破棄チャンバ６４に追しやられる。上記洗浄ステップは、要望に応じて、繰返されてもよい。この中間洗浄は、弁１６内の不要な残留物を除去するために用いられる。
【００１９】
図９Ｅと９ＥＥでは、弁１６が回転されて、第１外部ポート４２は溶解物チャンバ７０に流体で繋がるように配置される。ピストン５４が上方に引張られて、溶解物は、処理領域３０を迂回して、溶解物チャンバ７０から流体移動チャンバ５０に引っ張り込まれる。次に、弁１６が回転されて、図９Ｆと９ＦＦに示されるように、第２外部ポート４６が破棄チャンバ６４と流体で繋がる。ピストン５４は下方に押し下げられて、溶解物流体は流体試料処理領域３０を通って破棄チャンバ６４に追いやられる。図９Ｇと９ＧＧでは、弁１６が回転されて、外部ポート４２，４６を閉塞する。ピストン５４が下方に押し下げられて、残存する溶解物流体と、流体試料処理領域３０において捕獲された試料成分とを加圧する。付加的なエネルギーが処理領域３０での混合物に印加されてもよい。例えば、超音波ホーンのような音響部材７６が外部カバー２８に接触して配置されて、試料成分の溶解を容易にする音響エネルギーを処理領域３０に伝えてもよい。一実施形態では、外部カバー２８は可撓性フィルムで作られ、上記可撓性フィルムは溶解時に加圧下で引き伸ばされて音響部材７６に接触し、音響エネルギーを処理領域３０に伝送する。
【００２０】
好ましい一実施形態でのカバー２８は、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエステル、或いは他のポリマーなどの重合体物質でできた可撓性膜である。この膜は、例えば積層された層状膜であるか、或いは、複数の同種の膜でもよい。層状膜は、一般に均一膜よりも良好な強度と構造的健全性を有しているので好ましい。特に、層状のポリプロピレン膜は、ポリプロピレンがポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）に対して抑制作用がないので、現在の所好ましい。この代わりとして、カバー２８は剛性のあるプラスチックのような他の物質を備えてもよい。
【００２１】
一般的に、エネルギーを処理領域３０に伝えるために処理領域３０に作動可能に結合されたエネルギー伝送部材は、超音波トランスデューサ（変換器）や圧電性トランスデューサや磁気歪トランスデューサや静電トランスデューサである。上記エネルギー伝送部材は、音声コイルモータやソレノイド装置などの巻線コイルを有する電磁装置であってもよい。現在のところ、上記エネルギー伝送部材は、超音波ホーンのような音響部材であることが好ましい。適切なホーンは、アメリカ合衆国０６４７０−１６１４コネチカット州ニュートン、チャーチヒル５３にオフィスのあるソニックスアンドマテリアルズ社から入手できる。この代わりに、上記音響部材は圧電ディスクまたは他の超音波トランスデューサを備え、カバー２８に接合できる。代替えの実施形態では、エネルギー伝送部材は熱エネルギを処理領域３０に伝えるための熱要素（例えばヒータ）、或るいは電気エネルギーを処理領域３０に伝えるための電気要素である。さらに、例えば、処理領域を加熱すると共に超音波処理して、処理領域で捕獲された細胞や胞子やウィールスや細菌などの溶解する多重型エネルギ伝達部材が同時に使用されてもよい。
【００２２】
図９Ｈと９ＨＨでは、バルブ１６が回転して、第２外部ポート４６を主要混合チャンバ７８に流体で連通する。ピストン５４が下方に押圧されて、混合物を溶出し、処理領域３０から主要混合チャンバ７８に移動する。主要混合チャンバ７８は、典型的には、試料と混合される試薬（すなわち、ＰＣＲ試薬や蛍光プローブ）を含んでいる。図９Ｉと９ＩＩに示されるように、弁１６を回転させてポート４６を流体で連通するように配置した後、過剰の混合物は第２外部ポートを経て廃棄チャンバ６４に分配される。次に、この混合物は、トグリングによって主要混合チャンバ５０で混合される。これは、図９Ｊと９ＪＪに示されるように、流体移動チャンバ５０を主要混合チャンバ７８に流体で連通するように配置することによって実施される。処理領域３０におけるフィルタを介しての混合物のトグリングすることによって、例えば、フィルタに捕獲された大きな粒子を一時的に移動させて、小さな粒子を通過させることができる。
【００２３】
弁１６が回転されて、図９Ｋと９ＫＫと９Ｋ'Ｋ'とに示すように、第１外部ポート４２は、反応容器１８に結合された第１ブランチ８４と流体で連通する。一方、反応容器１８に結合された第２ブランチ８６は、交差溝５６に流体で連通するように配置される。第１ブランチ８４と第２ブランチ６８とは、弁１６の軸５２から異なる半径に配置される。第１ブランチ８４は第１外部ポート４２と共通の半径をもち、第２ブランチ８６は交差溝５６と共通の半径を持つ。交差溝５６は、また、主要混合チャンバ７８（図９Ｋ）と流体で連通し、主要混合チャンバ７８と第２ブランチ８６との間の空隙（ギャップ）を架橋する働きがあって、それらの間で交差流を与える。外部ポートは、軸から外部ポート半径の範囲内に配置され、交差溝は軸から交差溝半径の範囲に配置される。ここにおいて、外部ポート半径の範囲と交差溝半径の範囲とは重複しない。交差溝５６を、外部ポート４２４６の半径と異なる半径に配置することには利点がある。何故ならば、上記汚染物質は、弁１６が回転運動する結果、外部ポート４２，４６の半径にある弁１６とハウジング１２との間の表面近くの領域に存在するので、汚染物質による交差溝５６の交差汚染を回避できるからである。このようにして、外部ポート４２と４６の半径が重なる形態を含んだ別の交差溝の形態が使用されてもよい。図示の実施形態は、外部ポート４２，４６の半径にある弁１６とハウジング１２との間の表面近くの領域から上記交差溝５６を分離して汚染させない好ましい配置である。
【００２４】
反応容器１８を充填するために、ピストン５４は上方に引っ張られて、主要チャンバ７８内の混合物を引き出し、混合物は、交差溝５６と第２ブランチ８６を通って、反応容器１８内に入る。このような構成では、反応容器１８は吸引チャンバまたは第１チャンバと称され、主要混合チャンバ７８は源泉チャンバまたは第２チャンバと称される。次に、弁１６が回転されて、図９Ｌと９ＬＬに示されるように、第１ブンランチ８４に流体で連通するように第２外部ポート４２を配置する。ピストン５４は、下方に押し下げられて、反応容器１８内の混合物を加圧する。反応容器１８は熱反応チャンバに挿入されて、核酸の増幅と検出或いはそれらのいずれか一方を行なう。２つのブランチ８４と８６によって、反応容器１８の反応チャンバの充填および排出が行なわれる。容器は、超音波溶接や機械的接合などによってハウジング１２に接合される。或いは、例えば成形によってハウジング１２と一体に形成されてもよい。流体試料を分析するための反応容器を使用することは、「化学反応を行なうためのカートリッジ（Cartridge for Conducting a Chemical Reaction）」と題する２０００年５月３０日に出願された同一出願人の同時係属米国特許出願第０９／５８４,３２８号に記載されている。
【００２５】
図３〜８の弁１６を作動させるために、典型的には、ステップモータのようなモータがディスク部２２の歯状外周部２９結合され、ハウジング１２に対して弁１６を回転させて流体を高精度で分配する。正確な計測を行なうために、典型的にはリニアーモータなどが、ピストン５４を上下に正確に駆動するのに使用され、また、所望のプロトコルによってコンピュータ制御される。
【００２６】
図１０は、流体制御チャンネルブハウジングまたはブロック１０２に回転可能に結合された別の弁１００を示す。反応容器１０４はハウジング１０２に切り離し可能に結合されている。弁１００は、一般に、図１１に示すように、長軸を持つ管状部材である。ピストン１０６は、移動可能に弁１００に接続され、ピストン１０６が上下に動かされるときに、流体移動チャンバ１０８の容積を変化させる。カバー１０９は、弁１００の底部近くに配置される。流体試料処理領域１１０は、弁１００の中に配置され、流体移動チャンバ１０８と流体で連通する。弁１００は、図１１に最も良く示されているように、第１ポート１１１と第２ポート１１２として一対の開口を含む。図示された実施形態では、ポート１１１と１１２とは、約１２０度の角度間隔があるが、代替えの実施形態では、この間隔は異なってもよい。交差チャンネル１１４は、弁１００の外部表面１１６上に形成され、図１０に示すように略長手方向に延在する。２つのポート１１１と１１２とは、長手軸１０５に沿って互いに長手方向に異なるレベルでずら（オフセット）されて配置されている。交差溝１１４は、軸１０５の長手方向に延在して、ポート１１１と１１２との２つのレベ
ルを架橋する。
【００２７】
ハウジング１０２は、ポート１１１、１１２と溝１１４とを有する弁１００の部分を収容するために開口部１１８を有する。開口部１１８の周りの内部表面１２０は、弁１００の外部表面と協同するように形成されている。ガスケットが内部表面１２０と外部表面１１６との間に配置されているが、好ましい実施形態では、付加的なガスケットを使用することなく，密封効果のある傾斜の付いた円錐面１２０，１１６が採用される。ハウジング１０２は複数のチャンネルとポートを含み、弁１００はその軸１０５の周りに回転できて、ポート１１１，１１２は、ハウジング１０２内の複数のチャンネルと流体で連通するように配置されている。ポートが開であるか閉であるによって、また、ピストン１０６が上方または下方に移動してかで、弁１００内の流体の流れは、方向を変化させることができる。ポート１１１，１１２は、夫々、入口ポートから出口ポートに切り換えることができる。
【００２８】
弁１００の流体の測定と分配の機能を実証するために、図１２Ａ〜１２Ｎは特定プロトコルに対する弁１００の作動状況を示している。図１２Ａに示すように、ハウジング１０２は複数の流体チャンネルを含んでいる。便宜上、チャンネルは次のようにラベル付けされる。主要混合チャンネル１３０、溶解物チャンネル１３２、試料チャンネル１３４、洗浄チャンネル１３６、廃棄物チャンネル１３８、第１ブランチ１４０、第２ブランチ１４２。チャンネル１３０〜１３８は、内部表面１２０から略平坦な外部表面１４４に延在し、ブランチ１４０，１４２は、内部表面１２０から略平坦な別の外部表面１４６に延在している（図１０）。組立ての際に、第１ポート１１１とチャンネル１３０〜１３４とは、長手軸１０５に垂直な第１横断面上に在る。一方、第２ポート１１２とチャンネル１３６，１３８と２つのブランチ１４０，１４２とは、長手軸１０５と垂直な第２横断面上に在る。第２横断面は、第１横断面から長手方向にオフセットされている。便宜上、第２ポート１１２とチャンネル１３６，１３８とブランチ１４０，１４２とは、それらが第１ポート１１１とチャンネル１３０〜１３４から長手方向にオフセットされていることを陰影を付けて示されている。交差溝１１４は長手方向に延在して、第１横断面と第２横断面との間のオフセット（ずれ）を架橋（橋渡）している。チャンバ本体１５０は、ハウジング１０２に接続され（図１０）、主要混合チャンバと溶解物チャンバと試料チャンバと洗浄チャンバと廃棄物チャンバとを含み、それらは夫々チャンネル１３０〜１３８と流体で結合される。第１ブランチ１４０と第２ブランチ１４２とは、反応容器１０４と流体で結合される。
【００２９】
図１２Ａでは、第１ポート１１１は、試料チャンネル１３４と流体で連通するように配置され、ピストン１０６が上方に引っ張られて、流体試料を吸引して流体チャンバ１０８に入れる（図１１）。次に、弁１００が回転して、廃棄チャンネル１３８に流体で連通するように第２ポート１１２を配置する。ピストン１０６が下方に押し下げられて、流体試料を、配置チャンバ１０８から処理領域１１０を通り、破棄チャンネル１３８を通って外に出す。これらのステップは、典型的には、例えば、フィルタのような捕獲部材上に試料成分を捕獲するための処理領域１１０を介して、全試料が処理されるまで繰返される。
【００３０】
図１２Ｃにおいて、弁１００を回転して、洗浄チャンネル１３６と流体で連通するように第２ポート１１２を配置し、ピストン１０６を上方に押し上げることによって処理領域１１０に洗浄流体を吸引する。次に、弁１００を回転させて、廃棄チャンネル１３８と流体で連通するように第２ポート１１２を配置する。ピストン１０６が下方に押し下げられて、処理領域１１０から廃棄チャンネル１３８を通って洗浄流体を外に出す。上記洗浄ステップは、要望通り、弁１００の中の不要な残留物を除去するために繰返される。
【００３１】
分解のために、弁１００を回転して、図１２Ｅに示すように、第１ポ−ト１１１を流体移動チャンネル１３２に流体で連通させ、ピストン１０６が下方に押し下げられて、溶解物流体を流体移動チャンバ１０８内に引き込んむ。図１２Ｆでは、弁１１０を回転して、２つのポート１１１と１１２を閉じる。ピストン１０６は、下方に押し下げられて溶解物流体を処理領域１１０に押し込み、溶解物流体と流体試料処理領域１１０に捕獲された試料成分とを加圧する。処理領域１１０における混合物に付加的なエネルギーが印加される。上記付加的エネルギーには、例えば、音響部材をカバー１０９と作動可能に結合することによって（図１１）音響エネルギーを処理領域１１０に伝えられる音響エネルギーが含まれる。
【００３２】
図１２Ｇでは、予めセットされた所望量の洗浄流体が、洗浄チャンネル１３６から第２ポート１３６を通って処理領域１１０の中に吸引され、混合物を希釈する。次に、弁１００を回転して、図１２Ｈに示すように、第１ポート１１１を主要混合チャンネル１３０と流体で連通するように配置し、予めセットされた量の混合物を処理領域１１０から主要混合チャンバに排出する。ピストン１０６が上下に移動されて、トグリングによって混合物を攪拌し混合する。混合物の残部は、図１２Ｉに示すように、第２ポート１１２を通って廃棄チャンネル１３８に排出される。洗浄流体を洗浄チャンネル１３６から第２ポート１１２を通って処理領域１１０に引き込み（図１２Ｊ）、別の洗浄が行なわれる。洗浄流体は処理領域１１０から第２第２ポート１１２を通って廃棄チャンバ１３８に排出される（図１２Ｋ）。
【００３３】
図１２Ｌでは、弁１００を回転して、第２ポート１１２を、反応容器１０４に結合された第１ブランチ１４０と流体で連通する。一方、反応容器１０４に結合された第２ブランチ１４２は、交差溝１１４と流体で連通するように配置される。上記第２ブランチ１４２は、主要混合チャンネル１３０と軸方向にオフセットされている。図１２Ｌに示す位置では、交差溝１１４は軸方向に延在して、第２ブランチと主要混合チャンネル１３０との間のオフセットを架橋し、互いに流体で連通する。その結果、流体試料処理領域１１０は、第１ブランチ１４０と反応容器１０４と第２ブランチ１４２と交差溝１１４とを介して、主要混合チャンネル１３０と流体で連通される。
【００３４】
ピストン１０６を上方に引き上げることによって、主要混合チャンバ内の混合物は、主要混合チャンネル１３０から交差溝１１４と第２ブランチ１４２とを通って、反応容器１０４の中に引き込まれる。次に、弁１００を回転して、図１２Ｍに示すように、第２ポート１１２を第２ブランチ１４２と流体で連通し、第１ポート１１１を閉じる。ピストン１０６が下方に押し下げられて、反応容器１０４の中の混合物を加圧する。図１２Ｎでは、弁１０を回転して、ポート１１１と１１２とを閉じ、反応容器１０４を分離する。反応容器１０４は、核酸の増幅および検出を行なうために、熱反応チャンバ内に挿入されてもよい。
【００３５】
上記実施形態において示されているように、流体制御処理システムは、好都合にも、多様性と適合性をもつ充分に抑制されたシステムである。流体移動チャンバは、システム内の流体を移動させるための原動力となる。流体移動チャンバと流体試料処理領域との間を流体で連続的に連通させ続けることによって、システム内の流体を移動させる原動力が、常時、処理領域と流体で結合される。流体移動チャンバ（原動力）は、システムを介して駆動される流体の一時的な貯蔵領域として機能する。単一の原動力は、流体をシステムを介して移動させるために使用される。上記実施形態では、流体移動チャンバ内で移動するピストンを用いているが、他の機構が使用されてもよい。上記他の機構には、例えば、流体移動チャンバの容積を変化させることなく、原動力として圧力を使用する空気圧ポンプ機構などがある。流体試料処理領域の入口側または出口側は、如何なるチャンバとも対応でき、試薬や他の流体に無作為にアクセスできる。複合プロトコルは、コンピュータ制御器に比較的容易にプログラムされ、多様性流体制御処理システムを使用して実行される。無複数の異なるプロトコルが、単一のプラットホームを使用して行なわれる。
【００３６】
上記実施形態では、弁内の一対のポートにアドレスすることによって流体制御して、一つのポートのみを、チャンバと一度に選択的に流体で連通するように配置する。これは、チャンバに対して一対のポートを位相を外すことによって行なわれる。交差チャンネルまたはバイバスチャンネルは、付加的な流体制御の可能性を提供する（例えば、利便性良く閉システム内の反応容器を充填したり空にできる）。勿論、他の実施形態では、所望の流体制御を行なうために、異なるポート機構を使用してもよい。さらに、示された実施形態では、各々が弁本体の単一の流体試料処理領域を含むが、要望がある場合には、追加の処理領域が弁本体に配置できる。一般的に、弁本体はｎ個の処理領域について（ｎ＋１）個のポートを必要とする。
【００３７】
単一バルブの使用は、唯一の欠陥要素が存在するために高い生産性を生じる。流体制御と処理要素の集中によって、装置が（例えば、小さなカートリッジの形で）小型化し、成形と組立ての自動化が容易となる。上で検討したように、上記システムは、有利にも、希釈および混合の能力と、中間洗浄能力と、正加圧能力とをを含んでいる。システム内の流体経路は通常閉じていて、汚染を最小限とし、システム内の流体の制御と封込を容易にしている。反応容器は、利便性良く、取り外すことができ交換でき、また、或る実施形態では使い捨てである。
【００３８】
流体制御処理システムの構成部品は、使用される流体に対して適合性のある様々な材料から出来ている。適切な材料の例としては、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリカーボネイト、アクリル、ナイロンなどのポリマー材が含まれる。上記システムの様々なチャンバ、チャンネル、ポートなどは、様々な形態と寸法をとり得る。
【００３９】
装置と方法に関する上記形態は、単に、本発明の原理を例示的に適用したものであり、他の実施形態および修正が、請求の範囲に記載の本発明の精神と範囲から逸脱することなしに為され得るものである。
【００４０】
例えば、図１３は、流体制御処理システムに組込まれる軟質壁のチャンバ２００を示している。典型的には、オンボード試薬型のカートリッジは、システムに組み込まれた試薬と試料の総容積の少なくとも２倍の流体容積を必要とする。軟質壁のチャンバの使用は、必要容積を減少させることができる。これらのチャンバは可撓性壁を有すると共に、典型的には、フィルムを用いて熱成形して形成される。軟質壁の利点を加えると、チャンバが空になったときに壁には充分な可撓性があって壁が押し潰れるならば、孔を設ける必要がないことである。図１３では、可撓性側壁２０２は、試薬チャンバ２０４と廃棄チャンバ２０６とを分離する。廃棄物は試料と試薬からなるので、廃棄に必要な容積は試料と試薬の合計以下である。廃棄物チャンバが膨張するとき、試薬チャンバに接触し、また、廃棄物チャンバと試薬チャンバとが逆の場合もそうである。このことによって、外部とは無関係な閉システムとなる。この形態はカートリッジの全体の大きさを減少させ、チャンバ容積の素早い移行を可能にする。また、通気を消失させ、プラットフォームを幾つか減少させることによってコストの削減となる。プラットフォームは、他の場合は、硬質の装置と共に形成される必要がある。
【００４１】
図１４はピストンアセンブリ２１０を示す。ピストンアセンブリ２１０は、ピストンシャフト２１４に接続されたピストンロッド２１２を含む。ピストンシャフト２１４は、少量の流体を押し遣るためにロッドよりも小さな断面を有している。細いピストンシャフト２１４は、非常に長い場合、印加された圧力下で湾曲する。ピストンロッド２１２は円筒部の上部すなわちハウジング２１６に沿って移動し、ピストシャフト２１４は、円筒部の下部に沿って移動する。ピストンロッド２１２の移動は、ピストシャフト２１４の移動をガイド（案内）し、印加された多くの力を吸収して、非常に少ない力を細いピストンシャフト２１４に伝える。
【００４２】
図１５は、システムに組み込むことができる側部チャンバ２２０を示す。側部チャンバ２２０は、入口ポート２２２と出口ポート２２４とを含む。この例では、側部チャンバ２２０は、入口ポート２２２に配置されたフィルタ２２６を含む。流体は、側部フィルタリング（濾過）のために、入口ポート２２２を経て側部チャンバ２２０に流れ込み、出口ポート２２４を経て外へ出る。これにより、本発明の流体制御システムを使用して、流体試料などの濾過が行なわれる。流体は再循環されて、フィルタ２２６によってより良好に濾過される。この予備濾過は、システムの主チャンバに流体を導入する前に、粒子を除去して詰りを防止するのに有用である。側部チャンバの使用は、例えば、システム内の弁および主チャンバの汚染を防止するのに有益である。
【００４３】
したがって、本発明の範囲は、上記説明に言及して決定されるべきではなく、均等物の全範囲と共に上記請求項に言及して決定されるべきものである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
明細書に記載の発明。
【請求項１】
明細書に記載の発明。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９−１】
【図９−２】
【図９−３】
【図９−４】
【図９−５】
【図９−６】
【図９−７】
【図９−８】
【図９−９】
【図９−１０】
【図９−１１】
【図９−１２】
【図１０】
【図１１】
【図１２−１】
【図１２−２】
【図１２−３】
【図１２−４】
【図１２−５】
【図１２−６】
【図１２−７】
【図１２−８】
【図１２−９】
【図１２−１０】
【図１２−１１】
【図１２−１２】
【図１２−１３】
【図１２−１４】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９−１】
【図９−２】
【図９−３】
【図９−４】
【図９−５】
【図９−６】
【図９−７】
【図９−８】
【図９−９】
【図９−１０】
【図９−１１】
【図９−１２】
【図１０】
【図１１】
【図１２−１】
【図１２−２】
【図１２−３】
【図１２−４】
【図１２−５】
【図１２−６】
【図１２−７】
【図１２−８】
【図１２−９】
【図１２−１０】
【図１２−１１】
【図１２−１２】
【図１２−１３】
【図１２−１４】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１２−１０３２６５（Ｐ２０１２−１０３２６５Ａ）
【公開日】平成２４年５月３１日（２０１２．５．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２８９７１１（Ｐ２０１１−２８９７１１）
【出願日】平成２３年１２月２８日（２０１１．１２．２８）
【分割の表示】特願２００９−１５００１０（Ｐ２００９−１５００１０）の分割
【原出願日】平成１３年７月２６日（２００１．７．２６）
【出願人】（５０００６５５６５）
【氏名又は名称原語表記】ＣＥＰＨＥＩＤ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月３１日（２０１２．５．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１２月２８日（２０１１．１２．２８）
【分割の表示】特願２００９−１５００１０（Ｐ２００９−１５００１０）の分割
【原出願日】平成１３年７月２６日（２００１．７．２６）
【出願人】（５０００６５５６５）
【氏名又は名称原語表記】ＣＥＰＨＥＩＤ
【Ｆターム（参考）】
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